Синтез квантоворозмірних віскерів ZnO і дослідження їх емісійних властивостей
We have developed the process oflow-temperature carbothermic synthesis of zinc oxide whiskers. The whisker arrays on polished silicon substrates were fabricated. The high-resolution scanning electron microscopy images show structures of the “nanotip-on-nanowhisker type. The field emission properties...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2009
|
| Онлайн доступ: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/375 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Surface| _version_ | 1869291498110976000 |
|---|---|
| author | Gorbik, P. P. Dadykin, A. Dubrovin, I. V. Kashin, G. M. Demchenko, Ju. O. |
| author_facet | Gorbik, P. P. Dadykin, A. Dubrovin, I. V. Kashin, G. M. Demchenko, Ju. O. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "P. P. Gorbik",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "A. Dadykin",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "I. V. Dubrovin",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "G. M. Kashin",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "Ju. O. Demchenko",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Gorbik, P. P. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:39:36Z |
| description | We have developed the process oflow-temperature carbothermic synthesis of zinc oxide whiskers. The whisker arrays on polished silicon substrates were fabricated. The high-resolution scanning electron microscopy images show structures of the “nanotip-on-nanowhisker type. The field emission properties of the fabricated arrays have been investigated The obtained current-voltage curves show a number of resonance peaks which occurrence may be explained by energy-level quantization. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:32:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДIt 538'975 ; 533.2 : 546.47 : 546.2 l
сиHTЕЗ кBAtITЮBoPAЗlиЕ'PIlЬIx B иC кЕРoB Zn o }I
иссЛЕДoBAнpIЕ I{x ЭMисс}loHItЬtх CBoйств
II.П. Гopбик, A.A.,.{aдьrкин, I4.B. {yбpовин, Io.A. .{eмveнкo,
Г.f{. КaIшин
I,Iнcmumуm хuJу'uu |lОвеpхIroсИ,tu шll. А,А' Чуйкa HАH Укpаuньl
ул' Генеpала Hаумoва ]7, a3]б4 Кusв-]64
Pазpaбoпlана меmoduка нuЗкomеh|nеpсlmуpнo?'o каpбomepмuческozo сu11mе3сl
вucкеpoв oксudа цuнка. IIoлучень| Jt4сlсcuвь! вuскеpoв на пoлupoваннoй кpемнuевoй
nodлoэtске. С no"мaщыo pа,сmpОвОza элекm]}oнtloeo j'|uкpoскonа oбнаpуaюеньl cшwкmwьI,
npеdcmавляюuцue co6oй ,,нанooсmpuя Ilа наIьoвuскеpd|х,,. lficcлedoвана naJIевсUr Э]rекmpoн-
нсtЯ ЭJ1,1ucс1|я oбpазцoв. Iloлуvеньt вoЛьm-aмnеpньtе хсlpакmеpucmuкll' uJv|еloщI|е pеЗОI|сurс-
ньrc пuкlt, npupodа КОmopblх o6ъяcняеmcя p{|З1L|еpнь|^4 квQнmoвс't|uем Энepeuu ЭЛекmpoнoв,
BвеДeние
B пoслеДниr гoДьI вr.ц},Tся цеJrеIIaпpaBJIеIlIIьIе иссЛeДoгlaН:r4Я TBердgтеJIьIIьD(
мIIoгoкомПoIlеIIT}IьD( сI{стrм, B кoТopьD( paзмrpЬI объектoв сpaBIrимЬI с длинoй вoJlllы .це
Бpойля эЛrкТpo}IoB' лIlбо с боpoвским pa'циyсoь,{ экрaниpoвill{уlя' Ha oсIIoBe тaкиx сисТеNr
yжr сOз.цaIIьI пpибopьr с }'I{I4каЛьI{ЬIМи xapaкTrpисTикaLrи. Haпримеp, нa oснoBе
гrTеpocтp}кT}? rqpемlrий * геpмaний yдaJIOсь изгoToB!{TЬ Irpиrмirики ИК-излyrения в
.циaIIaзoIIе )"> 10мк с коэффикиеtIToм пoгJIoщеI{IuUI, IrреBьIIш€IIощиL{ нa 3 _ 4 поpядка
коэффициент troглощеIIи;I I\{aсоI,IBIIьD( обpaзцoв [1]. Пpитинa Taкогo pезI{oго BoзpaсTaIII{я
коэффициентa IIoгJIoщeIIия изJIyчrЕI{я з€шсцIочaeTся B тoм, чTo B сщryar МaJlьrx paзI\.{еpo6
объектов' кoтоpьIе Мo)lсIo ЦaзBaTЬ (иcкyссTBенI{ЬIМ!{ aтомaми)' Bектор эJIектрическoгo
IIOJUI элeктpoмarтrитной BoлItЬI И кoll{IIoIIеIIты мaТpицЬI .циIIоЛьIioгo Мoh{еIlтa
ПoJllpизyloщeгося нaноo6ъекTa сTЕlIioBятся IIap€uUIe]ЬЕI,IndII.
B paботе [2] нa пpимеpr кBaIITовЬD( точек Gе-Si в шодевoй ЭмиссI,Iи нa ЕoJIьТ*
aI{перI{ьrх xapaктеpl,iс.Iикax oбнapyxtеI{ЬI pеЗoн€*'сIIьIе tIикI{ Toкa IIOяBJIеIII{е кoтоpьD(
сBязт-rRaеTся с I{tlJIиlIие}r дискрeтIIЬD( ypoвней энерги!i в потенцишг,ной яМr
гrтеpoпеpexo/цa Gе_Si. Полоxtение Эт['( ypoBllоfr" (E") п pacсToяHиr тuе}Iqщy IIиМи мo)Iсlo
TolI1Io paссчI{тaтЬ, IIоJIьзуясь l\{o.цfl]ЬIо tIoTеIIциаЛЬIlогo яIцI{кa с бrсковечно BЬIсoкиl{и
сTенкaми [3]. B этой L{o.цеJI[l
E, =it ^ n', (i), ,
2tп* t l '
rдe m* _ эффектившaя Ldaссa ЭлекTрoIIa, а - IIIириЁa поTеIтциаJIьIIогo Ящикa' fl _ l(B€lIIToBoe
чllслo.
Пpи этом pacсToЯIlие Мr)I('цy cocr.цIlими }1рoBIUtми
{2}
Этo выpaженIle ]\,r0жIro иGПoJIьзoBaTЬ ,цJUI oцrнtси paзl,Ispoв oбъeктoв, необход.rмьu< дш
пpoяBлeIIIrя эффектoв pазI\,rеplroго кBaI{тоBaIIиЯ.
Пoвеpхнocmь' 2009. Bьtn. ] (1б). С. 177 - I84
Ha пpaктикс вarкен сrry.rай aсимI\{rTpиtllloгo яIIIикa сo стrнкaми конrчrroй высoтьI.
B этом слуraе кoличесTвo yрвней энrpгии B яIIРIкg I\do)KIIo oцrIIить I4з сooшIolцrния [3]
(3)
где Uо и Ul _BъtcoTa сТfiIoк Пoте}IциaJIЬIIoгo ящикa. Пpи этоtu Boзмo)кеIt сlry.raй меJIкогo
Ящикa малoЙ IIIириI{ы, кoгдa в нёrrд нет IIи o,цнoгo ypoBIIя эI{еpгиIr. Этa сиryauия
IlpoдеМolrcтpиpоBaнa в [2] для кJI€юТеpoB Gе мальrx (< 2 нм) pa}мrpoB. B этoм сny{aе
вoJIЬт.zlN{IIеp"u" *upu*,ф""''*u (BAx) эмиссии IIoJгr{aеTся глаДкoй. C yвелиuением
paзI\dеpoв кJIaстеpoB нa BAХ II0яBJIяюTся IIики Toк4 чTо сBязьIBaеTся с ЕaJIиIIием
д"",йo'"o ypовней эrrеpгии B IIoтеIIци€UIьrroм яIцI,rкs. flpи pазмеpaх кJIЕlстеpoB > t0 rn,t
ч!{слo IIpIкgв Beсьмa Bсликo, oIIи сJIиBaIотсЯ и xapaктсpисTикa сIIoBa ст€lIIoBlITся гла,loй.
I{ельIo lraстoЯIцей paбoтьI 6ылa paзpaбoTкa llизкoтrмпepaтуpной МrTo,цI4ки синTrзa
BискrpoB, oстpийньп< cтpylсyp ZnО tla кpемниевoй пo.цJIo?Iке II иссJIедoBaIILIe 'T'(
эь,rиссиоI{I{ЬD( xapaкTepl{сTl{к.
Метoдикa эксПеpимеIIтa
B кaчеотве l,Iсхo.щoгo мaтеpиaJla для кaфотеpr'rияескoго сиIIт€зa BI{скеpoB oксидa
цIltIIкa I{aIIoJIьзoBаJIи смесЬ IIopoпIкa ZлО }rФки o.с'ч. и гpaфи:гa B сooтEoцIrI{ии 1:1,
"',p"".ou*ylo
в тaблclки ,lамrтpoм 10 мм и вьrсoтoй - 5 мм, oтo)ioi(еEEьD( пpи
тeп,{I]rpaтypе - l l00 K.
Poст нarroвискеpoB oкси,цa ц!ffiкa IIpoBo,циJIи IIa полирвaпной -кpемниевoй
IIJraстиIIr
с opиrнтаЦиеt (1 li) пo lllсx€lltизмy пap*xfl{ДкoсTь_кpисTaJlЛ [4]. I{сленarщaвЛеIrltor
"o.й*"
неoбxoДшrlой IUIoтЕoсTи цоIITpoB кpIrст.lJlJIизации I{a IIоJIиpoBaIilIой кремниевой
IIJIaсTиIIe oсyщrствJUUIи' исIIoJIьзyя в кaчесTBr кaтaДиз€lTopa нaнOpшмrplrьIе чaсTицЬI
зojloтa. .!'тlя этoго кolrrоиДньrй paсTBop ЗoЛотa гoтoBиJIся IIoсЛr.цoBaTrлЬЕьIN{ добaвлениeм
к 95 мл кипяцей д,"''*"pouaцEoй BoДЬr, 0,2 мл paстBopa xJIоpI4.цa зoлoтa (+3)
"oд"p**"*
0,008 г .ooo"u и 4 мл l о/o paствоpa фоpмaльдегидa. Полуrенньй
кqдпоишъй pасTBop имел BиIIIIIеBьгй цвeт. B течение сyгoк кoaГyJIяIIиlI paствopa IIе
набJtroДaлaсь, и oI{ oсT.rBaЛся IIpoзpaIIньIм.
Синтез пpoBoдиJIи B yстЕlIIoBкс, сoсToяIцrй иЗ гоpизol{Trrjlьнoй TрyбчaТoй ше'rи в
кoTopyю пoмrlдrl{ квapЦeвьй pеaкTop c_ a.щ'ндoвой лoдо.кoй. B нeй pшмflцaJIи
*upцЬ"," тaблrтки исxoДнoгo МaтrpиUla. Pеaктop IIpисorдиЕЯJIи к сис.гeме оIIисткI{ и
пollaчll гaзoB.
Пorryuенные II€}IIoBискеpьl иссЛr.цоBaJIи мrтoдilми pеrггeнфазoBогo aEaJII,Iзa (PФA),
с IIoмoIItьIо paотpoBoгo эJIекцрoIItIoгo микpoскoпa (PЭM) JsМ.з5 с реI{Tге}IoBск}Iм
спекT,€'JIьIIьI}' микpo.'tшIиз*opЪ* типa IСХA-733' arraлизы1roвtlJllt мrтoдoм еJleктpoннoй
Oже.спектpоскoпI.lи с IIol\,IoIIIЬIo мl{кp0зollдa мapки JAМP.l0S фиpnлш JЕoL (Япoшия) и
IIpoBодиJIи €lBтoэмItссI{oнныr исcJIе,цoBtlI{и't. Эмиссиoшtьre из]{eреIIия Цpoве.цеllьI B
сTaIrдapTIIьD( Д,IoДt{ЬD( ячейкaх с llIIодoItд' IIOкрЬITьII\,I кaтoдoJll0миIloфоpoм дJIя
Bизy.UIизaции .эМиGcии. Paсстoяние кaтo.ц-alro'ц зaдaBajloсь .'300 мкм с цеJIЬto
yI\,{еIIьПISнш1 локaльнoй flJIоTIIoсTlt эм}IссиI{ д'Iя IlредoтBparцrния paзpylпеI{ия экpaнa.
Pезyльтaтьr эксIlrpП}rrlrTa и их oбсy)к,цellЕr
Cиrrтез B}IскеpoB у1З oкси.цa циIIкa _ сoе'щlЕrllиЯ' oблaдаrоlцегo Bысoкoй
TrMllrpaтypой плaвпенпя }I IIизкItl{ .ЦaвJIrEиrм пapoB, зaщy,Щeн. Кo.iшlчeство
испoJlЬзyrМьтх ,4IIя этID( цrJIrй I\{еTo,цoB BесЬмa orpaEI{чеIIo. К rrrм, * o.,o,"j^Y-'- y:.::
oTI{rсти Метoд XиМI{EIеских тpaнспopTЕЬD( pеaкЦшй, IIиpoJIиз мeтaJшopгaничeскиx
сoeдI{нrниЙ и хсrдкoфaзнyю эпI{тaксию из pасTBopa-pасIIJraBa. Пpи pеIIIеIIиI,I
178
uo
ul
пoстЕtBJIеlIноЙ зaДa,м сTaJIкиBаIoTся ДBr в3€lиI\4llo IIр0тиBoIIoлoЖньIе TсIlДеIlЦии. Taк. лля
оиI{Trзa кpиcTаJaIIoв с сoBеpIIIеIrной сщщтypoй дoлxсньl бьrгь сoздaны бrпlзкие к
р€lвtIoBrсI{ьIм yсJIoBи,I, обеспеuивaющие Пepесъттцrllиll IIo кpистaJiJlизyr1,{oмy
сor/JинеIIIlo, близкие к 1. C Дp}Toй стopOIlЬI' сoз.цaциr 6ольrцor'о числa cтaтиcтичrски
paспpeделёнIlьIx зaрo.цьrrпей новoй фaзьl и их oДIroBpеМенньrй poст Еa IIoBrрxIloсти
ПoдJIo)ккI{ IIpи oTс},TсTBии IIpeиIvtyцесTBеIIIIoгo poсTa oтДrльIIьЕ Це}tТpoB BоЗмOxtнO
тoJ]Ькo при пrpесьIIцeH|4Ях' близких к крI,rTически}l.
Tpyдности BoзtlI{кaIоT таюке Пpи фоpмиpoвшrии lra IIoBеpxI{ocTIl llо.ц'r,o}lки
стaTисTически рaспPеДелеIIIIЬIх il{икpoкpисTaлJloB. B чaстнoсти, к trIип4 Мoя11lо oтнrсти
неoбxoдимосТЬ paBlrotr{еpiroгo paсIIpе.цеItеIlи,I I{p}IсT€шrлoB IIo IIoBерхIrости I, yIIpaвЛrIIия
их paзмеpЕtМц. Для yДoвлетBopеIIия }ксtзаrтrrьгх yсловий u*уynnЪu," }4еTo.цЬI' обьгslrо
исIIоJIьзyемьIе ,цЛя BЬIряrцИBaHИЯ IIлеIIOк' oказьIBaIотся мaпo эффектиBllьjми. oксид цинкaсyбпшиpyет в вaкyyTиe с.цисс0циaЦией. Taк,толЬкo пpи rзjjк в Мaсс.сIIекTpaх ПapoB
бьrли зapегисTpиp.BalrЬI wollЬ| Zrf , Znn, О2, , o'no.й*,u.Еul и}Iт*IIaиBнOсть к'ТopЬD(
сосTaBJшJIa l00:0,18:50,8 t5]. Пepенос BrщесТBа' достaru.rньй &lUI пpaктическoгo
I{спoЛЬзoB€lIlия, нaбrподaша пpи poсTе из гaзoвой фазьr при aтмосфеpном lu"n*o," Jо1ТoJIЬкo пpи l€МпеpаTypе - l670 К.
oбеспечение техI{oлoгичrcких ЦapaмеTрoB дJIя pостa, формирoBaIIи'I paзмrpa
кpистtuuloB oксидa ЦиЕкa Еa IloBrpxтloсTи li,IoнoкрI,rсTаJlличrскoгo кprп{I]I{я oсyщeстBЛrIIO
гIpи исIIoJIь3OBaIIии MеTOдI{ки кщботеpмиuеского BocстaнoBJlеrrия oltсI{дa цицкa
гpaфитом с IIс'сЛeДу.Iощи},l oкиcЛеIlиеM цинкa. Синтез ПpoBo.цI,UIи в щyбuaтoй пeYи
сoпpoтиBJIеII}IЯ B IIоToкr aргОI{a с' |0уo об. кислоpодa. Cшpессoвarr'y,o
"
'uб,е'ки IIIIIхTy с
сo.цеp)кaнIlеМ oкси"цa циI{кa и гpaфитa 1:1 помещaци в aщ{r.цoB}TO jlo,цoЧкy' зa кoтopoй
::y^1T-1
л!дJIoЧTy. Пеpепoс IIaрoB циIrкa I1 иx oкllслеIlие IIpoиcхoдиJIo ПрI.r скopoсТи
пoТокa 2,||) " м"/с. Пo Меpr Bьrгopallllя гpaфитa Ilpoцеcс pоoTa пpокpаrц.rлся.
ПpедлоxенпaзI мrтo,цllкa ПoзвoJU{ет сЕизиTь TемгIеpaт},рy сI{I1те3a цa - 400 К и
oсyщrстBJUrTь рoс1- l{tшOpa3il{еpllЬIх кpисШшlJIoB Еa пo.цлoxке IIpи Tемцrpaтyрe - 12.1a К,
Пpотекarощaя пpи этой теМIlepaTypе pеaкциЯ (4) восстaновn*n'" o*"'дa циIrкa гpaфитoм
с oбpaзовaпиеI\,r леTyчиx пpoДyктoв спoоoбствyеI'цpoЦессy IIеpеIroсa tsещrстBa:
ZnO(твepд) * C1шоpл) : ZЩ,ф+ Сor,.а.ь
2 Znвi * oz (*,t = 2 ZnОp"pду
C использовalrиеп,{ меTo.цики кapботepмичrскoгo синтrзa I{aМI{ BьlpаттIеньr обpaзцьr
l4no, кoтopьlr пpе,цсТaBn,Iroт сoбой ..напооJщия
Еa нaIIoBискеpaх''. Изo6p*..'," Ъ*"*
обpaзцoв, IIoЛуIенIroе с IloМolЮ paсЦ)oBoгo эдекTрoIlI{oГo Мицpoскoпa, IIредсTaBЛеЦo lra
pис. 1. Как ви.Щro, нa Eaнoвисl(rрaх диaм€TрoМ oкoло l0 * з5 нм. фоpмиpyroтсянal{ooстри't МrI{ЬI]II.tх (* 6 ш*) paзмеpoB. Это гtpoисxо.циT цpI{ t{змеI{еIlиI,I tiеI}еcт-тrт\еIlи'I I{
теМIIrpaTypЬI Bo Bpем,I рoсTa нaнообъектoв. По-видшлoмy, aтoмьI ПapoB Цинкa
диффyнлиpyroт по бoкoвьrм гpaIUЦ\{ к нaибoлее бьlстpо pu''yщ"и |PffiИ, обpaзyя oсTpI4lI.
Подpoбнoе изуIeIrие l\,tехulltиЗмa poсTa этиx нaноострий щeбyет д.,u-,,n.,uo исследовaний.
oже.спекщьr oT yrlaсTкa IIoвеpхIloсTи IIoДJIo)кки сo сIIЛ0IIII'ьIм IIoкpьITиrМ BискеpilМи
пoщ/чfi{IrьIе с IIрOстрaI{сTBеЦнЬIМ p.ЦlреIilrниеМ IlopяДкa 1 мnм (т. r, flpе'цсTЕlBJUIIощие
yсpеднeнньй IIо },IIIoгI]М BI,IскrpaМ эдементньй сoсraв) пpaкTиЧrсKи I{е oTЛиЧ.lIоTся oт
сIIектрa кoМпitктIIЬIх oбpaзцoв ZnО (pие.2). B спeктp€rx OсIIоBнь]ми кoМПoненTalи и, бът;rл
oже.пики кРIсJIopoДa и циЕкa. Изуrение oбразцов МеТoдoМ PФA ;o;;;,";;;
сиI{ТеЗиpoBaIrнЬIe нaI{oBискeрьI IlМеIoT гекс€lгoIltlJIЬI{}то BIорЦи.1'rr}т0 стpylffyрy c
пaрaмrТpzlМи эЛeМеI{тapнoй ячейlg{ сrЗ'242 A, с=5,186 A'
(4)
(5)
179
Pис. 1. РЭМ изoбpalксllllе IIaI{oBискеpов Zno'
Энrргlrя, еB
Pшс. 2. Оже-спeктp гIoлyчrIIIIoгo пoкpьIтиll
B paбoте [6] пoлyяены FIaIroр€tзItdерIrьIе BисKrpьI ZnO, неoдrоpo'цныr пo p€}ЗМepaм'
}t иrcJIrДoBанa иx IIолеBIUI эЛекЦ)ol{нaя эмиссLlЯ. .{иаметp BискероB (ф сoстaвrrял oкoJlo "-
10 нм, BьIсoTa - i000 IIм; Ttlкие Bискrpы l\{o)кЕo paссп{aTpиBaТь кilк кBaIITоBЬIе tIIlти с
o.цнoмеprrым кBaнтоB.lIIиeм. ouенкy pffiМrpoB BискеpoB, при кoTopьD( IIpoЯBJIяIoТс.Я
кваrriовopaзмеpньrе эффеIсТьI, мo)I(нo с.целaTь шo фоpмyле Q). B oксиДr цинкa B
З€tBисимoсти от кpисTa]Uloгpaфи.reскиx нaпpaвлений эффеrшвпaя l\{aaсa эЛскTpoЕa
изМеII,lется от 0,06 дo 0,35 пo |.|1',{ля тoгo, чгобьl ypoBнl{ p€lзДеJIяJIиоь пpи 300 к (AЕ' :
0,026 эB), paзмерЬI обpaзцов ,цoJDкI{ьI бь.rгь в IIprдflIaх 2 - !0 Е}r, п0эToщ/ IIoJIyчеIIЕьIr
BискеpьI (d - I0 нм) явл.шотся BгIоJIЕе IIo.ry(одяtIIцми дJIя вЫяBлfi{иll IgaнmBopЕlзМеpIIьD(
эффeктов.
Полевaя-эlшисси'l иссJIrдoBaJIaсь B IIJIoских дIro.щrь'D( ячейкаx с ptlсстoяЕиrм мея{.цy
кaToдoм It 'ЕIо.ЦoМ - 300 мкм. Taкoе paсстoяЕие II0зBоJIялO IIoIlиЗить Jloк€lJlьI{yro
IIЛоTнooТь Toкa нa экp!tl{ Bо избеlкaние paзpyшеIrllя кaТoдoJllol\{инoфoрa, Еaнrсfftшoгo нa
aIIo.ц дЛя визyaлизaциI{ эМIlсс[lи. Пoщэенa стaби,.Iьнafl Д€Dке IIри. p - 10-, Пa цoлевая
эJIещpoЕI{{lя эм}Iссия. Cpедняя IIJIoTIIoсть токa .цoсTaгaлa l0., А"/см,, тoг.цa как JIoк€l,'IьЦzUI
пpевЬIIпaJIa I Nсмf без paзpyrпеIlиrя кaToдoJlюминофopа. Кaк и B сJгyчu}r э},rиссии из
кBtlI{ToBьIx тo.rек [2] нa BAХ ДЛЯ IIaIIoBI{скepoв ZnO, описсaной в [6], нaб.iпoдшoтся тпtки
тoкa' IIoяBJIr}тиr коTopЬD( ]\{ьI сBязъrвaем с кBaнTоBaI{и€Ir{ }pовнeй зIrеpгии B
пoтrнIIи:lJIьIlo},I яIIIике'
180
ц
o)
нr:
rт)'Е
tsl
у-r
rт'l
Fr
н
o
Ф
F{
A
B отличие oт f2l, кoг'цa llpямoyгольньrй пoтеIIциzшIЬI{ьй япЦlк BoзнI.IкaеT нагeTеpoпеpеХоде Si-Gе, B слyчaе Bllсксpa oксиДa циHкa с opo**"o""*еМ элекTpltческoгoгI.JUI B кaToд y IIoBеpх]loсти' вслeдствие ЦaкJIoI{a ЗoI{ I]ри yсЛoBии oдi{op.ДIlocти сРrlьr'oбpaзyется Tре}т.JIЬII€ш IIoтеIlцI,ItlJIЬнtUt ямa' кaк Пок€rзa'о шa pис. 3.
Ec
*"".,.,"HЖ;::}:;:}::3?T.::::^":*-йo*ooникoBoгo
пoлеBoгo эМr{ттеpa с
ЧI:"ж::J,ж:1Y'T::йyou.!u":,'"T:";";Ц;;;";;;;;#Ыi'Ъ:
;'Ё"_."#jJу::11y^.::: f"::J^o-:::1. Феpми, Еu ] 'о'o,o- ,;;;ffi?#
f;'*";н::::ярaзп{еplloго*u,,.ou*й,;;;:,;o;#;йffiкrШ";'#*IIoJIyпpoBoДIIикa.
Полoжeние 1pовней
",:9y,
и paсст(tяЕrиr NIет{.цy ниI\{и B [8] найдены изсoвI\4есTIIoгo pеIIIeIrия ypaвнений IПpeдlнгер и ГIyaссонa ';;;;" кopIIями }?{IBIIеIIIU.
:J",fi"^*'"x'#
эtI€pгI{я oсIIoBItoгo сoсTroяI{и'I (Eo) Е€!хo.цится и3 пpиIII{иIIa
7 , , ' _ . 1 1 | З
- 1 n.е.E i I
! ^ _ l ъ
l
\2** )
где .Еs _ Iraпpлl(еrllroсТь элекTpиЧrcкoгo II.JU. BIIуTpи Bискеpа9 tna - NIaccaсвoбoДнoгoэлекTpoI{а. Этa энеpгия /IJIя pa?IrЬп( эффективньп< }taсс меIlяется oт 1,5 до 0,26 эB. Bсл}Чae IIлoскогo кaтoдa paссToяIIие мrжlцy сoсrдI{I.tIv!и ypoвIlяl\{и oцеIIиBаJIoсь IlзсooTIloIIIеIiI{JI
," *[0,,r-o,t(#)'.]
B oтлиц,tе
"' ?Jjj:^"'"alТ'
тrjl,rpинa ПoTенци€LтIЬIrой ямьr сyжaеTся' a ypoBIrplсмещaloтся ввеpx. Harпrщ,lе пшсoв 'оni
"a
BAХ свидетeй",uy", о p€rзмеpЕoмкBaIIToBafiI{In ypoвней эЕеpгии. Пpи этoм }?оBI{Ii эЕrpгI.tl.t' сoorъrTсTBy'oщие пик€lм Toкaнa BAХ, pаj}.цеJIяIoTся .цJrя IItшpilBjIений, uеpпеIIдикyляpIIъ,Di oси вискepa (кaтoдa). BЕяIrlеI!{ сЛгIaе B IIaЦpaBJIeIrИуI aсуr Bискrрa yрoBHи кBaнтoBaниlI сливаIoтся [9l, пoэтolrтyпояBJIение tIIlков тoкa rra BAХ слrдyrт сBязaть с кBaнTo-B.lIII{eм ypoвней .Цля нaпpaвлений,IIеpIтеIilрIкyляpHьD( oси Bискфa. B соoтветствии с [10] ,"'""#,o"' из облaсти вбlизиBePIIIи1ЬI BискФa' где элrщpЕIrскoe IIoЛе м€rксимzlльIlo
Boзмoхснaя сxeмa эмиссии иЗ IG{lIIToвopазмep}Ioгo BисI(еpa сooтBеTсTByrт pис.3.Пpи этoм э]\{исси,I B IraIIpаB,лeнии oси Bискерa l{r цpедст;вJIЯeт иIrTерrо4 пoскoлЬкy' к.lкoтI\{ечaJIoсЬ BьIIIIе' ypoBllей многo, они сливаroтсu Ц IIе д€lIот вlсяaда в фopмиpовaниe
=7,zs.to-'(#u,,)''' , (6)
{?)
181
pезoIIЕlIIсIlьD( tIикoB тoкa нa BAХ. oснoвнoй BкJIaд B oбpaзoвalrие пикoB Т0кa .ц,aет
эмиссия элrщpoltoв из ZnО чеpез .ЩrскpеT}IЫе ypoвI{lt B TpеyгoЛьIIoй потенциадьнoй яrцr
фис. 3), Taк кaк эмиссt,Ur идrт из oблaсти с Мtlкcим€lльl{ъIм пoЛeм, т. е. из oблaсти вбЛI,IЗи
BrpIIIиtIьI Bискepa.
Полr}^rеrrньrе oбpaзцьr имеIoт хopoцIиe хapaкTерисTики пoлевoй электpoннoй
эмиссии, nЬ"op* нaбJпo.цarТся гIpи срr.щ*D( элrктp}IЧrских IIoJI-'D( < 105 B/см и бьrлa
стaбильноЙ, кaк I,I B сlryчa€ oдинoчIIьD( ou'o"и"oepоB' IIpи p - 10-2 Пa. BAХ эМиссIIи
пprдстЕlBЛеIIaЕapl4c.4.. кaк*т B сJryчaе o,циIIorII{ЬD( II€lI{oBискrpoB, Ira BAХ иМеIоTся пикI{
Toкal oдHaкo в этoМ сЛyчaе в oблaсти Bысoкиx нaпpяхений нaбrшоДaется бoльшoй
BсII,16ск токa. Taкyю з€lBисимocть мo)IсIo oбъясllить Tем' ЧТo в oб-тIaсти мlЦ{ьгх
нaпpяrr<ений эМитTиpyloт ToJIьI(o нaнooсTpI,UI с MинимtuIьIIьш pа'циyсoм закpyгдеIIия' a с
poстol{ нaпpDI(eI{Lrя BкJIIoЧ€IеTся эNltlcal,l:lЯ, из lltlнoвискepоB с больIпим paдrryсoм
Зaкp}тJIrЕpI'I.
,r-**
.r
/*-t-
2 2,5
u,.*в
3'5 4
Pис. 4. Bольт-aмпеpII€Ц xapaкTrpllстикa вискеpoв Zno.
Paсxо;rсдeЕIrе экcIIеpимrI{тaJrЬIIьD( pезyJIьтaToB c ДaпIIьIМи paбoт [6' 11] мo)I(еT
бьrгь oбъяснеrrо 6оlьrцим paзбрсом paзмepoB BискepоB IIо сp€lBI{rIIиIO с pa:}меpilми
(толщинoй) щ)исТ.lJIЛoB Zno. oднaкo BиДIo' чтo наJiичие вaнooстpийнoй стpyкrypьI
мaссиBoB нa}IoBискеpoB сyщrсTBeIшIo (нa 1,2 кB) yменьшaет пopoг эI\4иccии.
.Пpoдoлжение исспе,цoвarrий ь,Ioжrт бьrгь II€lпptlBJIеIIo }Ia IIoJlyчrIIиr
пpocц)aEсTBеIIIIо oД{opoДlrЬD(' с мЕIJIьIм paзбpосом IIo BысoTе и ,цIraмеTpy' систrМ
IraпoBиокеpoв. C этoй цrjIьIо Boзмox(Еo исIIoJIьзoBaIIие и дpyгЕx мeTo'цoB сI{ETeзa'
нaIIpиI\,tеp oсaxДrнIrя aэpoзoJlrй. C Tollк}l зpеI{l{я прaкTrlFlrскoгo IIpиМOIIеIIиЯ
lшиpoкозонный ПoJIyIIpoвoДIrик ZnО цeлесooбpaзнo испoJIЬзoBaтЬ пpи сoз.цaнии
}laJIоЦIyп{яIцкx oIITo- и paдиoЭлrкTроIIгIЬIx пpибopoв. Cистемьr IIaIIoBI{скеpoв могщ бьrтъ
иcIIoJIьзoBaIIьI тaЮкr IIри сoздal{ии яpкю< (> 300 Кдtу; IIJIоскI.D( кaToдoЛIоI\{иErсцеIlTньD(
l[испJIeеB' экс1riryaTaциollltьIl cвойсTBa кoTopЬD( IIpсBЬIrшaIот хapaктrpисTикlr
эJIeктpoJIIoмиIIrсцeIITнЬD( Е )IшlкокpисTtlJUIичeскиx tlllаЛoгoв.
Bьrвo.цьr
Пpeдtoxreнa и aпpoбиpoвalla мrтo,цикa кapботеpмиrескoгo сиIITезa II€lIIoBI,IскrpoB
и нaноoстpий оксидa ЦI{нкa rro меxaнизмy IIap-)ig,I,цкoсть-кpисTаJIЛ. Испoльзовaниr эТoй
меToдики II9зBqJIяеT IIpи oтнoсиTеJIьIIo Ilизкoй Tq\,IIIеpaTyре poсTa кpистtlJIJIoB IIoIyчaTь
SIIл6IIIIIЬI9 oстpийньtе lloкpытиll Ea IIoлиpoBаЕнoй пoвеpхнoстI{ мoIroщ)исTaJIJII{ческoгo
кpeмнI{я. BьrpаЩенньrе I{aI{oBискерьr мo}сIo paсcмaтpl{BaTь к€lк кBaIIToBьIе нити. Изрены
стpyктyp4 мopфoлoгия и эмиссиoц}lьIe xapaктеpllсTики изгqTоBJISнIIьD( сTpyктyp.
182
Ё . o
J
Пoдевaя эЛrктpolrl{аll эмисси'I }IссJlе.цoBaпнЬD< стp}кTyp нaблrодaлaсь Цpи сpеДrrиxэЛекЦ)I,iческI.D( пoл.'D( < 10, B/см и,цaBЛrI{ии - 10.2 Па. нa вд;i нa6лroдались резolraнсi{ЬIепIlки' Illulиlll,lr кoтopЬD( oбъяctlяeтcя кBaнToBaниrм ypoвней энepгии.
Литеparypa
1. Кремний.гrрМaIIиrBЬIе l{lшIoстрyкTypЬr с квaIIтoвЬIМи ToчкaI\{и: МеХaнизМьIoбpaзoвaния и электplrческие свойствa / o.П. Птелякoвo Ю.в. ьолховитянoв, A.B.
.{вypeueнский, Л.B. Cокoлoв, A.И. Никифopов, A.И. Я**o", Б. Фoйхтлеlrдеp//Физикa и TеХIII{кa IIoJtFIрoBoдЕиков. _ 2000. * т. з+, Nsl 1. _ c. izв r - ]f,,gg'2. {aдыкин A.A., Козьtpев Ю'H., Hayпlовец A.Г' Пoлeвая,'**щ*,n* эМиссI.lя из Gе-SiнaнoсIpyкТyp с кB€lIlToвьIIvlpl тoчк{tм}I ll Ппcьмa B ,{ryplr. эксIIФи]\,r. и Tеxн. физики. -20a2' * 'Т ' 76, _ Ns l1. _ с ' 550 _ 55з.
з.. лaнлar Л..{., Лифrпиц Е.М., Квaнтoвая мех€lникa. * M.: Нayк4 T. 1. - |989. _ 768 c.4. Гивapгизoв Е.И. opиентиpовшlьгй pост IIиTеBи.ЦIIьD( I(pисTaJInoB
"o"*,йt
д,'Ы пoIfехtш{I,Iз]!fy пap * xйДкoсть - крI,стiUIJI i/ Кpисталпогpфtlя _ 1975. _ т.zo, й+. *
С.812 _822. . r - -т--- .
5. 3бежневa с.Г., Мaкapoв А.B, Мaсс-спerстp'lJlЬIloе изy{Фrие пapa нaднaнoI(рисT€lILIIиqескиМ oксидoм цlанкa |l Bестll' Мoск. yн-тa. Сep. 2. Xуъ,tltя. * zоoz.'*T. 43. .hlb з. _ C.l43 _ 148.
6. fослiдxення осoбливoстей фiзикo-xiмiтних^пpоцrсiв фоpмрarrня нarropозмipнlо<вiскеpiв ZnО / I1'П. Гoфик, I.B. ,{yбpовiн, Ю.b. Д"**;;;.il.М. Фiлoненкo, o.A.
- .Цадикiн //Xимu& физикa и TехIIOJIогиII IIoBеpxIIoстI{. _ 2008. _ Bьшr. 14. _ с. 2,7518|.7. Физикo.химиЧеские свoйствa пoщЦIpoBоДII}IковьIx BещесTB' Пoд ред. A.B.Hoвoселовoй. М.: Haукa. 1978. - З40 о.
.
8. F. Stеrn, W.Е. Howаrd Prорrtiеs оf sеmiсоnduсtor surfaсе invеrsiоn layers in thе еleсtгiс
g:a"tu* |iПllt | | Phys. Rеv. _ |967.- v. 1б3. - P. 8 i 6 * 8з5.
9. IIIпoльский Э.B. Aтомнaя физикa. T. 1. Bвeдeн"" u u"o*oy. физикy. М.: Hayк4t974.- 467 c.
10. Л.I{. ,{обpяцoв, М.B. Гомоrонoвa ЭммI,tссия эJIекTpoItикa. Гл. VШI, М.: Нayrсa, |966. _256 c.
11. Пoлевая электpoнн€ш эl{иссиJI из кB.tIIтoBopазh{сpIIЬIх lltu{ol.,larTrpoB oкс,Iдa циЕкa'синTeЗI{poBaII!{ьш нa фофи.це гaJIJIIш / П.1.. Гopбик, A.A {адикин, И.B. {yбpовин'Ю.M. JIитвин, М.}I. Филонerrкo' А.A' Чyйкъ tt нaнiiiйеми, наномaтеpiшrи,н€шIoтехIloлoгii. - 2005. _ т. з, N94. _ C, g4g - 956.
с}IIIтE.з кBAI{ToBoPoЗlvIРIII,tх BIскЕPIB Zno I
Д0сЛIДтшIII{я ix шмrсIйI{иx BлACT}IBOсTЕй
П.П. Гoрбик, o.A.,,{aдикiп,I.B. {yбрoвiнo Г.М. Кaшrинo ro.o. Демченкo
Iнcmumуm хiмii пoвеpхнi iм. o.О. Чуiка Hацioнaльнoi акаdеaсit наук Укpаiнu
вул. Генеpала l,rаумoва ]7, 03164 Кuiв-Lб4
Poзpoблeна мemoduка н\кlькomемnepamуI1нoеo каpбomеp*tivнozo cшrШеЗу вicкepiвoкcudу цuнку. Оmpttманi маcuвu вicкеpii на пoлipoвiнiй фемнieвiЙ nidклаduнu;i' Заdoпaлlozotо pаcmpoвo?o eлекmpaннoeo мфa.cкonа вuявлeнi cmpукmwu, щo явJIяЮmьcoбolo .нoнoвiсmpя
на нанoвicкеpш,". дacitocreнсt nolbОвсI
"nвii,po"'o
еadciя зpазкiв.Оmpшlанi вoЛb|n-QJ|'nеpнi хаpакmеpu"йunu Jwаюmь pезoнанcнi niюt, наявнiсmь яI<xlхnОяclt|o€mьcя квс|l{I|tувсllt|tял| piвнiв eнеpzii,
183
sYNT}IЕsIs oF ZnО QUANTUIи.SIZE,D WI{ISKЕRS
AND INVЕSTIGATION
P.Р. Gorbiko O.A.Dadykin' I.Y. Dubrovino G.М. Kashin, Ju.o. Dеmеhеnkо
Сhuiko Institutе of Suфcе Сhеmistry, Nаtionсll Аcаdеmу of Sсiепсes of {l,|сrаinе
Gепеrаl Nаumov Sff', 17, 03l64 Kуiv -164, tЛсrаiпе
W.е hауe dеvеlopеd thе proсеSs of low.tеmpеrаturе cаrbоthеrrniс sуnthеsis of zinс aхidе
ууhiskers. Thе .whiskеr аrrсlуS otl polishеd siliсоn substrаtes wеrе fаbriсаtеd' Thе |ligh-
resalution scапning еlесtron miсroscopу imаgеs show slruсtures of thе ,,пaпоtip-on-
nаnowhisktr'' tуpе. Thе Jiеld еm,ission propertiеs of thе fаbriсаtrd аrraуs hаvе bеert
invеstigаtеd. Thе obtаinеd currеnt-voltаgе curуes show а numbеr af'rеsonаnce pеаlв which
оccurrеncе mау bе ехplаinеd bу еnеrgу-!еvеl quаntizаtion.
184
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-375 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Russian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:10:40Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/b5/73b9c6b2d45d9b58e516e4acc28ec4b5.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-3752018-11-27T09:39:36Z Synthesis of ZnO quantum-sized whiskers and investigation Синтез квантоворазмерных вискеров ZnO и исследование их эмиссионных свойств Синтез квантоворозмірних віскерів ZnO і дослідження їх емісійних властивостей Gorbik, P. P. Dadykin, A. Dubrovin, I. V. Kashin, G. M. Demchenko, Ju. O. We have developed the process oflow-temperature carbothermic synthesis of zinc oxide whiskers. The whisker arrays on polished silicon substrates were fabricated. The high-resolution scanning electron microscopy images show structures of the “nanotip-on-nanowhisker type. The field emission properties of the fabricated arrays have been investigated The obtained current-voltage curves show a number of resonance peaks which occurrence may be explained by energy-level quantization. Разработана методика низкотемпературного карботермического синтеза вискеров оксида цинка. Получены массивы вискеров на полированной кремниевой подложке. С помощью растрового электронного микроскопа обнаружены структуры, представляющие собой “наноострия на нановискерах ”. Исследована полевая электронная эмиссия образцов. Получены волът-амперные характеристики, имеющие резонансные пики, природа которых объясняется размерным квантованием энергии электронов. Розроблена методика низькотемпературного карботермічного синтезу віскерів оксиду цинку. Отримані масиви віскерів на полірованій кремнієвій підкладинці. За допомогою растрового електронного мікроскопа виявлені структури, що являють собою “ноновістря на нановіскерах". Досліджена польова електронна емісія зразків. Отримані вольт-амперні характеристики мають резонансні піки, наявність яких пояснюється квантуванням рівнів енергії. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2009-08-09 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/375 Surface; No. 1(16) (2009): Surface; 177-184 Поверхность; № 1(16) (2009): Поверхность; 177-184 Поверхня; № 1(16) (2009): Поверхня; 177-184 3154-8091 3154-8083 ru https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/375/372 Авторське право (c) 2009 P.P. Gorbik, A.Dadykin, I.V. Dubrovin, G.M. Kashin, Ju.O. Demchenko |
| spellingShingle | Gorbik, P. P. Dadykin, A. Dubrovin, I. V. Kashin, G. M. Demchenko, Ju. O. Синтез квантоворозмірних віскерів ZnO і дослідження їх емісійних властивостей |
| title | Синтез квантоворозмірних віскерів ZnO і дослідження їх емісійних властивостей |
| title_alt | Synthesis of ZnO quantum-sized whiskers and investigation Синтез квантоворазмерных вискеров ZnO и исследование их эмиссионных свойств |
| title_full | Синтез квантоворозмірних віскерів ZnO і дослідження їх емісійних властивостей |
| title_fullStr | Синтез квантоворозмірних віскерів ZnO і дослідження їх емісійних властивостей |
| title_full_unstemmed | Синтез квантоворозмірних віскерів ZnO і дослідження їх емісійних властивостей |
| title_short | Синтез квантоворозмірних віскерів ZnO і дослідження їх емісійних властивостей |
| title_sort | синтез квантоворозмірних віскерів zno і дослідження їх емісійних властивостей |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/375 |
| work_keys_str_mv | AT gorbikpp synthesisofznoquantumsizedwhiskersandinvestigation AT dadykina synthesisofznoquantumsizedwhiskersandinvestigation AT dubroviniv synthesisofznoquantumsizedwhiskersandinvestigation AT kashingm synthesisofznoquantumsizedwhiskersandinvestigation AT demchenkojuo synthesisofznoquantumsizedwhiskersandinvestigation AT gorbikpp sintezkvantovorazmernyhviskerovznoiissledovanieihémissionnyhsvojstv AT dadykina sintezkvantovorazmernyhviskerovznoiissledovanieihémissionnyhsvojstv AT dubroviniv sintezkvantovorazmernyhviskerovznoiissledovanieihémissionnyhsvojstv AT kashingm sintezkvantovorazmernyhviskerovznoiissledovanieihémissionnyhsvojstv AT demchenkojuo sintezkvantovorazmernyhviskerovznoiissledovanieihémissionnyhsvojstv AT gorbikpp sintezkvantovorozmírnihvískerívznoídoslídžennâíhemísíjnihvlastivostej AT dadykina sintezkvantovorozmírnihvískerívznoídoslídžennâíhemísíjnihvlastivostej AT dubroviniv sintezkvantovorozmírnihvískerívznoídoslídžennâíhemísíjnihvlastivostej AT kashingm sintezkvantovorozmírnihvískerívznoídoslídžennâíhemísíjnihvlastivostej AT demchenkojuo sintezkvantovorozmírnihvískerívznoídoslídžennâíhemísíjnihvlastivostej |