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文檔簡介
1、一維納米材料(如碳納米管和寬帶隙半導(dǎo)體納米線)已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)證實(shí)具有優(yōu)異的場致電子發(fā)射性能,有廣泛的應(yīng)用前景。但人們對(duì)它們的場發(fā)射規(guī)律仍缺乏清晰的認(rèn)識(shí)。本文研究半導(dǎo)體納米線場致電子發(fā)射機(jī)制,發(fā)展超越傳統(tǒng)Fowler—Nordheim場致電子發(fā)射理論的數(shù)值模擬和理論計(jì)算方法,探討與納米線和納米管場電子發(fā)射有關(guān)的新物理現(xiàn)象。 我們提出了一個(gè)寬帶隙半導(dǎo)體納米線場發(fā)射的雙電流模型,其中考慮了電子在納米線表面定域態(tài)之間的躍遷和場感應(yīng)電子在導(dǎo)帶
2、中的輸運(yùn)。建立了能態(tài)密度—有限元方法,自洽模擬計(jì)算能帶圖、真空勢壘和場發(fā)射電流。對(duì)寬帶隙半導(dǎo)體納米線場發(fā)射的計(jì)算表明,當(dāng)納米線半徑足夠小時(shí),在外加電場下納米線尖端附近的導(dǎo)帶底可以降到費(fèi)米能級(jí)附近,使電子占據(jù)導(dǎo)帶能態(tài)的機(jī)會(huì)大大增加,因而寬帶隙半導(dǎo)體納米線場發(fā)射的勢壘高度由電子親和勢而不是由功函數(shù)決定。我們得到了其費(fèi)米能級(jí)接近導(dǎo)帶底的臨界條件,并用懸球模型求得了納米線尖端費(fèi)米能級(jí)與導(dǎo)帶底的相對(duì)位置δ隨外加電場的變化,從而解釋了實(shí)驗(yàn)得到的單根
3、ZnO納米線場致電子發(fā)射的Z型FN曲線。在計(jì)算中通過考慮非平衡效應(yīng)解釋了ZnO納米線薄膜的FN曲線在大電流時(shí)向下彎曲的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 本文計(jì)算了金屬型納米線場發(fā)射電子波函數(shù)的演化,考察了WKB近似方法在納米線場致電子發(fā)射中的適用性。用波函數(shù)匹配方法求出了納米線內(nèi)的電子和出射到真空中的電子的波函數(shù),發(fā)現(xiàn)外加電場越小、納米線直徑越小,出射電子束截面擴(kuò)大得越快。計(jì)算得到電子隧穿過納米線末端三維勢壘的概率,指出傳統(tǒng)理論計(jì)算所用的WKB近似方
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