Field emission properties of Ge-doped GaN nanowires

发布时间:2017-05-30发布人:cgk

期刊名称:Journal of Alloys and Compounds                 影响因子:3.014

作者:李恩玲,吴蓓,吕世涛,崔真,马德明,施卫

论文介绍:

一维GaN纳米材料和碳纳米管及氧化锌纳米线等其他一维宽禁带半导体纳米材料一样具有大的纵横比和尖端等,作场发射阴极材料有很大的优势,在超高速高频器件、电子束刻蚀以及场发射平板显示器等方面有良好的发展和应用前景。通过掺杂,可以在GaN禁带中引进杂质能级,提升费米能级,使其功函数减小,电导率增加,在外电场作用下杂质能级上的更多电子更易隧穿到真空,提高场发射性能;掺杂也有可能使纳米结构表面变得粗糙,提高场增强因子,增强场发射性能。掺杂是调控半导体材料能级和物理性质的有效手段,对纳米材料而言,杂质对其性能的影响要比常规材料显著得多,通过对纳米材料进行掺杂改性,充分发挥其结构、几何形貌、能级和功能特性的综合效应, 可以制备很好地满足场发射显示要求的阴极材料。

本论文分别从理论和实验两方面研究了掺Ge的GaN纳米线的场发射性能。用密度泛函理论计算的掺Ge浓度为4.2 at.% GaN纳米线的功函数是2.37 eV,不仅比本征GaN晶体的功函数(4.1eV)低很多,也在我们计算的不同浓度掺Ge的GaN纳米线中功函数最低,基于此结果,我们在实验上用化学气相沉积法(CVD)制备了不同摻杂浓度的Ge摻杂GaN纳米线,发现摻杂浓度接近4.2 at.%的纳米线场发射特性最优,与理论计算结果一致。论文成果为开发高性能场发射阴极纳米材料有重要意义。