《ZnO納米結構的原位生長和場致電子發射性能研究》是依託北京大學，由趙清擔任負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：ZnO納米結構的原位生長和場致電子發射性能研究
- 項目負責人：趙清
- 項目類別：青年科學基金項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
ZnO作為一種寬禁帶半導體材料，由於其大的激子束縛能，優異的光電特性，耐高溫，抗氧化等諸多無可替代的性能成為半導體材料研究領域的關注焦點。對於ZnO納米結構的研究由於其優異的光電性能和場致電子發射性能成為了納米材料研究領域中近期的一大研究熱點。本項目將圍繞以下幾點展開系統和深入的創新性研究：1.在環境掃描顯微鏡中實現ZnO納米線的原位生長和原位觀察，並施加外加電場以實時觀測電場對ZnO納米線的生長影響，找出其生長機理，利用生長機理指導發展生長製備方法，實現對ZnO納米結構的可控生長；2.在環境掃描顯微鏡下實現對單根ZnO納米線的場致電子發射性能的系統測量研究，並可以實現對其場發射過程中的原位觀測，並對氣氛，光照，電漿處理等對單根ZnO納米線的場致電子發射性能的影響進行深入分析，得出其中的基礎物理規律，並提出可以有效顯著提高ZnO納米結構場致電子發射性能的方法。
結題摘要
ZnO 由於其大激子束縛能，優異光電特性，抗氧化，耐高溫等諸多優勢成為半導體材料的研究熱點。對於其納米結構的生長機理研究有助於進行可控形貌結構的大面積製備功能材料器件。ZnO準一維納米結構優異的場致電子發射特性使其成為真空電子學器件有力的競爭者之一。本項目緊扣研究計畫，圍繞ZnO納米結構原位生長和場致電子發射性能兩個方面，取得了一系列創新性結果。利用高分辨環境掃描電子顯微技術，原位觀察ZnO納米結構生長，發現其形貌與生長溫度與生長時間的規律。並指出了Zn蒸汽飽和蒸汽壓是決定ZnO納米結構形貌的重要因素（J. Phys. Chem. 2010）。在退火後的Zn膜上，利用原位外延生長技術，實現了高取向高質量的ZnO納米線陣列生長，並且系統研究了退火產生的ZnO膜對於外延生長的重要作用（CrystEngComm 2011）。利用環境掃描顯微鏡中的原位觀察技術，系統研究了單根ZnO納米線Zn（0001）解理面和O（0001）解理面極性依賴的同質外延生長機理。並且通過第一性原理計算，描述了ZnO單體的吸附，原子級吸附解吸附的物理過程，自洽的解釋了Zn終止面外延生長速度遠高於O終止面的原因（CrystEngComm (2012) 封面文章(Cover article)）。利用環掃中原位生長技術，實現了高質量單晶的ZnO/ZnTe分支結構。通過第一性原理計算，發現由於不同ZnTe表面表面能的差別對ZnO外延成核的生長規律，並與實驗結果高度吻合（Nanoscale 2011）。這些結果對實現高質量ZnO納米線陣列的可控生長，深入理解ZnO納米結構生長機理具有非常重要的學術意義。在ZnO納米結構場致電子發射性能研究方面，利用N離子注入方法，得到超高電流發射密度10.3mA cm-2的N摻雜ZnO納米線樣品，並深入研究了提高電流發射密度的可能原因（Nanotechnology 2010）。利用電子束曝光技術，發明了一種新型二維基於ZnO納米線的場致電子發射平面結構器件。該結構創新性的將發射陽極，陰極置於同一平面內，實現了從三維到二維的轉變，提供了一種新型真空電子學器件結構（Solid State Comm. 2011）。以上結果對有效提高ZnO納米結構場發射性能提供了行之有效的方法，對利用ZnO納米結構進行真空電子學器件設計具有非常重要的科學意義。
