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.124 北京科技大学学报 2007年增刊2 好.由图1可知，样品C中柱的直径最大，因而稳定 大部分区域和测量之前（图1(a)相比没有明显变 性相对也比较好，所以在加高压励炼后，其阈值电压 化，仅有小部分区域出现尖端被熔化成球状的现象 的值变化并不大，而样品A中纳米柱的直径比较 (图4中I和Ⅱ区)，在发射电流密度非常大的个别 小，经过高压轰击后，优先发射点已经被毁掉，导致 区域，样品被击穿熔化出环形坑（图4中Ⅲ区），直径 样品A整体的场发射性能下降，采用扫描电镜观察 约3m,坑周围的尖端部分也被严重融化成球状 样品A首次加高压测量后的形貌像，发现样品表面 18 10 ●样品A 15 一◆一样品A 青样品B 一一样品B ■样品C 12 -■一样品C 6 94 4 月 6 9 1215 18 369立18224 E/(V.μm) E/V.μm) 图3样品A.B.C第-次(a)和第二次(b)测量的E广J关系曲线 表2样品A.B.C第一次和第二次测量的阑值电压 这些棱角处形成非常强的电场，足够使柱的棱角处 样品A的阈值电样品B的阈值电样品C的阈值电 发生场致电子发射，因而样品C的场发射性能比较 测量 压/(Vm-压/(Vm-)压/(vm-) 好，由上述结果可知，从发射电流大小的稳定性角 第一次 10.9 18.3 13.8 度考虑，样品C的这种形貌更有利于获得较好的场 第二次 17.0 20.4 15.2 发射效果.此外，图3和表2也说明样品场发射阈 差值 6.1 2.1 1.4 值的大小应以测量达到稳定时的值为标准，首次测 量的结果并不能真实反应样品的场发射性能 3结论 本文采用简单的物理蒸发方法在500℃时于 (100)硅衬底上制备出不同形貌的Zn0纳米阵列. 在金属场发射系统中测量了样品的场致电子发射性 能，发现屏蔽效应会导致Z0纳米阵列的部分发射 点优先发射，而场发射性能稳定时则为大面积Z0 纳米柱场致电子发射的平均结果，此外，形貌对 Z0纳米阵列的场发射性能有明显的影响，不同形 貌的Zn0纳米阵列的抗溅射能力也不相同， 2μm 参考文献 图4样品A首次场发射测量之后的SEM像 [1]Huang M,Wu Y,Feick H.et al.Roomtemperature ultraviolet 在两次测量结果中，样品B的场发射效果都是 nanowire nanolasers.Science.2001,292:1897 最差的，这主要是由于它的纳米柱的高度比较一 [2]Johnson J C.Yan H Q.Schaller R D.et al.Single nanowire lasers-J Phys Chem B.2001.105:11387 致，导致屏蔽效应比较明显，另外，纳米柱的顶部为 [3]Lee C J.LeeT J.Lyu SC.Field emission from well-aligned zinc 半球形，尖端效应不明显，这也是导致它场发射性能 oxide nanowires grown at low temperature.Appl Phys Lett, 不高的原因之一·样品C中柱的直径虽然比较大， 2002.81,3648 但是各个柱体之间的高度差异较大，而且顶部为六 [4]Park Won II.Kim JS.Yi G C,et al.Fabrication and electrical 角形，柱顶边缘处的棱角非常明显，高压下可以在 characteristics of high performance ZnO nanorod field-effect tran- sistors.Appl Phys Lett.2004.85:5052好．由图1可知样品 C 中柱的直径最大因而稳定 性相对也比较好所以在加高压励炼后其阈值电压 的值变化并不大．而样品 A 中纳米柱的直径比较 小经过高压轰击后优先发射点已经被毁掉导致 样品 A 整体的场发射性能下降．采用扫描电镜观察 样品 A 首次加高压测量后的形貌像发现样品表面 大部分区域和测量之前（图1（a））相比没有明显变 化仅有小部分区域出现尖端被熔化成球状的现象 （图4中Ⅰ和Ⅱ区）．在发射电流密度非常大的个别 区域样品被击穿熔化出环形坑（图4中Ⅲ区）直径 约3μm坑周围的尖端部分也被严重融化成球状． 图3 样品 A、B、C 第一次（a）和第二次（b）测量的 E－J 关系曲线 表2 样品 A、B、C 第一次和第二次测量的阈值电压 测量 样品 A 的阈值电 压／（V·μm —1） 样品 B 的阈值电 压／（V·μm —1） 样品 C 的阈值电 压／（V·μm —1） 第一次 10∙9 18∙3 13∙8 第二次 17∙0 20∙4 15∙2 差值 6∙1 2∙1 1∙4 图4 样品 A 首次场发射测量之后的 SEM 像 在两次测量结果中样品 B 的场发射效果都是 最差的．这主要是由于它的纳米柱的高度比较一 致导致屏蔽效应比较明显．另外纳米柱的顶部为 半球形尖端效应不明显这也是导致它场发射性能 不高的原因之一．样品 C 中柱的直径虽然比较大 但是各个柱体之间的高度差异较大而且顶部为六 角形柱顶边缘处的棱角非常明显．高压下可以在 这些棱角处形成非常强的电场足够使柱的棱角处 发生场致电子发射因而样品 C 的场发射性能比较 好．由上述结果可知从发射电流大小的稳定性角 度考虑样品 C 的这种形貌更有利于获得较好的场 发射效果．此外图3和表2也说明样品场发射阈 值的大小应以测量达到稳定时的值为标准首次测 量的结果并不能真实反应样品的场发射性能． 3 结论 本文采用简单的物理蒸发方法在500℃时于 （100）硅衬底上制备出不同形貌的 ZnO 纳米阵列． 在金属场发射系统中测量了样品的场致电子发射性 能发现屏蔽效应会导致 ZnO 纳米阵列的部分发射 点优先发射而场发射性能稳定时则为大面积 ZnO 纳米柱场致电子发射的平均结果．此外形貌对 ZnO 纳米阵列的场发射性能有明显的影响不同形 貌的 ZnO 纳米阵列的抗溅射能力也不相同． 参 考 文 献 ［1］ Huang MWu YFeick Het al．Room-temperature ultraviolet nanowire nanolasers．Science2001292：1897 ［2］ Johnson J CYan H QSchaller R Det al．Single nanowire lasers．J Phys Chem B2001105：11387 ［3］ Lee C JLee T JLyu S C．Field emission from wel-l aligned zinc oxide nanowires grown at low temperature．Appl Phys Lett 200281：3648 ［4］ Park Won IIKim J SYi G Cet al．Fabrication and electrical characteristics of high-performance ZnO nanorod field-effect transistors．Appl Phys Lett200485：5052 ·124· 北 京 科 技 大 学 学 报 2007年 增刊2