一維納米結(jié)構場致電子發(fā)射相關理論問題的建模和計算.pdf

1、一維納米材料(如碳納米管和寬帶隙半導體納米線)已經(jīng)被實驗證實具有優(yōu)異的場致電子發(fā)射性能，有廣泛的應用前景。但人們對它們的場發(fā)射規(guī)律仍缺乏清晰的認識。本文研究半導體納米線場致電子發(fā)射機制，發(fā)展超越傳統(tǒng)Fowler—Nordheim場致電子發(fā)射理論的數(shù)值模擬和理論計算方法，探討與納米線和納米管場電子發(fā)射有關的新物理現(xiàn)象。 我們提出了一個寬帶隙半導體納米線場發(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電子在導帶

2、中的輸運。建立了能態(tài)密度—有限元方法，自洽模擬計算能帶圖、真空勢壘和場發(fā)射電流。對寬帶隙半導體納米線場發(fā)射的計算表明，當納米線半徑足夠小時，在外加電場下納米線尖端附近的導帶底可以降到費米能級附近，使電子占據(jù)導帶能態(tài)的機會大大增加，因而寬帶隙半導體納米線場發(fā)射的勢壘高度由電子親和勢而不是由功函數(shù)決定。我們得到了其費米能級接近導帶底的臨界條件，并用懸球模型求得了納米線尖端費米能級與導帶底的相對位置δ隨外加電場的變化，從而解釋了實驗得到的單根

3、ZnO納米線場致電子發(fā)射的Z型FN曲線。在計算中通過考慮非平衡效應解釋了ZnO納米線薄膜的FN曲線在大電流時向下彎曲的實驗結(jié)果。 本文計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，出射電子束截面擴大得越快。計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)理論計算所用的WKB近似方