Â
Òí @ / < Æ § F « Ñ/ < ÆÂ Ò, Â Òí 609-735
T 4 w H<
1 l
x _ @ / < Æ § ¸/ B N < Æõ , Â Òí ß 614-714 (2008¸ 7 Z 4 21{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
> µ 1 Ï F g è _ 6 £ §F GÓ ü t| 9 Ð_ 6 £ x6 x` ¦ 0 Aô Ç In ¸i ç ) a ZnO ¸ } @ / H à º¨ î + þ A \ P í ß o Ð\ " f " f
Ð É r D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ (Znü < In ì r ´ ú ) | 9 | ¾ Óq \ _ K ½ + Ë$ í ÷ &% 3 . Si (111) l ó ø Í 0 A\ AuGe 8 ú ¤ B \ ¦ s 6 x ô
Ç ZnO:In ¸ } @ / H 600 sccm _ Ar Û ¼ Ä »| ¾ Ó _ 600
◦C _ : r ¸\ " f l © -Ó o © - ¦^ o (Vapor- Liquid-solid; VLS) B j& m 7 £ § \ _ K $ í © ÷ &% 3 . Field-emission scanning electron microscope (FE- SEM)` ¦ s 6 x # In_ ¸$ í s 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ f â É r & t ¦ U ´s H t H + þ A © o\ ¦ ' a ¹ 1 Ï % i ¦
¸ } @ /_ & ñ ½ ¨ ¸ H x-ray diffraction (XRD) 8 £ ¤& ñ ` ¦ s 6 x # S X % i . z ´ : r photoluminescence (PL) Ü ¼ Ð 3.252 eV_ y © ô Ç ultraviolet (UV) µ 1 Ï F g õ _ Á ºr ½ + É ë ß ô Ç green band (GB) µ 1 Ï F g` ¦ : x K
ZnO:In ¸ } @ / ª ñô Ç & ñ $ í ` ¦ t ¦ e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 . è 6 £ x6 x` ¦ 0 Aô Ç > µ 1 Ï F g (Field emission; FE)z ´+ « >` ¦ : x K ZnO:In (In∼0.27 at.%) ¸ } @ / H 4.32 V/µm _ ± ú É r ë H) 3 · ú õ 1258 & ñ ¸_ Z } É r > 7 £ x > Ã º (Field enhancement factor; β)\ ¦ S X % i . " f 37 á ¤ F K5 Å q
"
é
¶ è Å Ò{ 9 ô Ç ZnO ¸ } @ /\ ¦ s 6 x # > µ 1 Ï F g è _ $ í 0 p x ¾ Ó © 0 p x$ í ` ¦ { 9 7 £ x % i .
PACS numbers: 81.05.Ys, 61.72.Vv, 81.10, 85.30.Tv Keywords: ZnO, In ¸i ç , VLS $ í © , ¸ & ñ , > µ 1 Ï F g è
I. " e  ] Ø
II-VI7 á ¤ o½ + ËÓ ü t ZnO H wurzite & ñ ½ ¨ ¸\ ¦ t H V ,
É r ½ × ¼Ì s ( © : r \ " f E g =3.37 eV) ì ø Í ¸^ Ð" f ' õ AÒ o\
"
f ü @ % ò % i _ y n C` ¦ ? / H µ 1 Ï F g s ¸× ¼, Y Us $ s
¸× ¼ 1 p x õ ° ú s ª ô Ç F g è F « Ñ Ð Å Ò3 l q ~ à Π¦ e
[1]. ¢ ¸ô Ç Ä ºÃ ºô Ç r F g % ò % i _ È Òõ $ í Ü ¼ Ð D h Ð î
r F g < Æ, F g F « Ñ Ð æ ¼{ 9 ÷ r ë ß m , È Ò" î ¸ í ß
o} Ü ¼ Ð 6 x| ¨ c à º e Ü ¼ 9, ü @ % ò % i  Ò' & h ü @ % ò
%
i t _ y © ô Ç F g < Æ& h f ¨ Ã º Ó ü t| 9 Ð Ö ¸6 x ) a [2]. þ j
H ¸ l Õ ü t \ @ /ô Ç ' a d s / å L7 £ x ¦ 7 á x A _ ZnO ~ Ã Ì}
\
ë ß | 9 × æ ÷ &~ ' a& h \ " f Ò' $ í © ¸| ` ¦ â r ( \
, ¸ , ¸ } @ /, ¸ 6 \ à Ô÷ r ë ß m , ª ô Ç
¸ ª _ ¸ & ñ ` ¦ ë ß [ þ t à º e > ÷ &% 3 . s Qô Ç ½ ¨ ¸
∗
E-mail: jiho [email protected]
&
h
Ó ü t o & h : £ ¤$ í ` ¦ ¸½ + Ë # , l 0 p x ¸ è _ > hµ 1 Ï\
'
a ô Ç ' a d s Z þ t # Q ¦ e .
Õ
ª × æ \ " f ¸ ZnO ¸ } @ /_ ½ + Ë$ í \ ' a ô Ç ½ ¨ H l
© ì ø Í6 £ xZ O [3], Ó o © ì ø Í6 £ xZ O [4], ì r Á ºZ O [5]õ F K5 Å q Ä »l Ó
ü
t o < Æ l © 7 £ x à ÌZ O [6], ì r \ x à Ìr Z O [7] 1 p x õ ° ú
É
r # Qt ~ Ã Ì} ] j ¸ l Z O ` ¦ s 6 x # $ í © ÷ & ¦ e .
Õ
ªo ¦ þ j H \ H ZnO Ó ü t| 9 \ In, Ga, Alõ ° ú É r " é ¶ è\ ¦
¸i ç r & ¸ } @ /\ ¦ $ í © ¦ è 6 £ x6 x` ¦ 0 Aô Ç ¸§ 4 s
r ¸÷ & ¦ e H z ´& ñ s [8–10]. : £ ¤ y In É r É r III 7
á
¤ Ó ü t| 9 Ga, Al q K 7 £ x l · ú s q §& h Z } É r Ó ü t| 9 s Ù ¼
Ð @ /l · ú \ " f ¸ ~ 1 > ¸ } @ / $ í © ½ + É Ã º e H © & h ` ¦
. ¢ ¸ô Ç In_ Ð# Q ì ø Í â s Ga, Alõ ° ú É r " é ¶ è Ð ß
¼l M :ë H \ 4 × 10 19 cm −3 & ñ ¸_ ± ú É r Mott e > x 9 ¸
\
" f F K5 Å q õ ° ú É r : £ ¤f ç s è ß . & ³F t Ga, Al` ¦ s
6 x ô Ç ZnO ¸ } @ /\ ' a ô Ç ½ + Ë$ í [9, 10] É r Y > Y > Õ ªÒ ¨ _
½ ¨ \ _ K è> h ) a e ¦, ¸i ç Ü ¼ Ð K 7 £ x
)
a î r ì ø Í 0 l x ¸ > µ 1 Ï F g è _ ~ ½ ÓØ ¦" é ¶ Ü ¼
-231-
Fig. 1. FE-SEM images of (a) Pure ZnO (b) ZnO:In (In∼0.27 at.%) (c) ZnO:In (In∼0.33 at.%) NRs. The insets are bird eyes view of same samples.
Ð Ö ¸6 x r ± ú É r e > 1 l x · ú õ Z } É r > 7 £ x > Ã º
\
% ò ¾ Ó` ¦ p 2 ; H õ Ð ¦÷ &l ¸ ô Ç [11]. t ë
ß ZnO:In` ¦ s 6 x ô Ç ¸ & ñ _ ½ + Ë$ í É r èà º Õ ªÒ ¨ \ _ K
> r F t ë ß [12] f è & h 6 x 0 p x$ í \ @ /K " f Ð
¦ ) a H \ O . " f, : r ½ ¨\ " f H > ´ òõ µ 1 Ï F g
è \ ¦ 0 Aô Ç ~ ½ ÓØ ¦" é ¶ Ü ¼ Ð+ ZnO Ó ü t| 9 \ III7 á ¤ Ó ü t| 9
In` ¦ ¸i ç r ¸ } @ /\ ¦ ½ + Ë$ í ¦ Õ ª $ í © B j& m 7
£
§` ¦ ¦¹ 1 Ï < Êõ 1 l x r \ è \ ¦ ] j # ¸ } @ /_ Ó ü t
$ í
_ o 6 £ x6 x 0 p x$ í \ p u H % ò ¾ Ó` ¦ ¦¹ 1 Ï 9 ¦ ô
Ç .
ZnO:In ¸ } @ / $ í © É r à º¨ î + þ A \ P í ß o Ð ? /\ " f Si l ó ø Í 0 A\ AuGe` ¦ 8 ú ¤ B Ð # " f Ð É r D ¥ ½ + Ë è Û
¼ (Zn, In ì r ´ ú ) | 9 | ¾ Ó q \ ¦ s 6 x # ½ + Ë$ í ÷ &% 3 . ½ + Ë$ í
)
a ZnO:In ¸ & ñ É r field emission scanning electron microscope (FE-SEM)\ ¦ s 6 x # + þ A © o\ ¦ ' a ¹ 1 Ï
%
i ¦, FE-SEM\ Â Ò Ã Ì ) a energy dispersive x-ray spec- troscopy (EDX) Ð+ ¸ ½ ¨ ¸? /_ " é ¶ è[ þ t _ ¸$ í ` ¦ · ú
Ð ¤ . ¢ ¸ô Ç x-ray diffraction (XRD)` ¦ s 6 x #
&
ñ ½ ¨ ¸\ ¦ ¸ % i ¦, F g < Æ& h : £ ¤$ í É r z ´ : r photolumi- nescence (PL)` ¦ : x K ¦¹ 1 Ï % i . t } Ü ¼ Ð > ~ ½ Ó Ø
¦ z ´+ « >` ¦ : x # ZnO:In ¸ } @ /_ ~ ½ ÓØ ¦" é ¶ Ü ¼ Ð +
_ 6 £ x6 x 0 p x$ í ` ¦ ] jr % i .
II. ÷ m Ç ] M ö
ZnO:In ¸ } @ / H Ä »l [ j' Ê ê Si (111)l ó ø Í 0 A\
c 7 £ x à Ìl \ ¦ s 6 x # 100 nm Ð 7 £ x Ã Ì ) a AuGe` ¦ l ó
ø ÍÜ ¼ Ð # $ í © % i . ì r ´ ú + þ AI _ Zn ü < In` ¦ " f Ð
É
r D ¥ ½ + Ëq Ð [ O # Q Z ~ É r èÛ ¼ Ó ü t| 9 õ , $ í © 6 x l ó ø Í É r y y
$ 3 % ò à ÔY Us _ Â Ò, © Â Ò\ & h F r & l o ) a " é ¶ è
l
ó ø Í\ Ã ºf Ü ¼ Ð { 9 ÷ & ¸2 ¤ # $ í © r ( . ZnO:In
¸ } @ /_ $ í © ` ¦ 0 Aô Ç ' z ´+ « >Ü ¼ Ð $ í © : r ¸ 600
◦ C \ " f 600 sccm_ Ar Û ¼ Ä »| ¾ Ó \ " f þ j& h o ) a ZnO
¸ } @ /\ ¦ $ í © r õ \ ¦ s 6 x # : r z ´+ « >\ " f ¸ 1
l x{ 9 ¸| Ü ¼ Ð $ í © % i . $ í © Ê ê, FE-SEM` ¦ : x # ZnO:In ¸ } @ / & ñ _ + þ A © o\ ¦ ' a ¹ 1 Ï % i ¦, EDX
\
¦ s 6 x # In ¸$ í ` ¦ S X % i Ü ¼ 9, In ¸$ í _ 7 £ x \
É r ¸ } @ /_ + þ A © o\ ¦ ¦¹ 1 Ï # $ í © B j& m 7 £ § _
o\ ¦ · ú Ð ¤ . XRD` ¦ s 6 x # ZnO:In ¸ } @ / _
& ñ ½ ¨ ¸\ ¦ ¸ % i ¦, He-Cd Y Us $ (325 nm)\ ¦ s
6 x # z ´ : r \ " f Ò re ¦[ þ t _ F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ¸ ¦, In ¸$ í _ 7 £ x Ð ô Ç î r ì ø Í 0 l x ¸ 7 £ x \ @ /K & ñ $ í & h Ü
¼ Ð · ú Ð ¤ . t } Ü ¼ Ð ZnO:In ¸ } @ /\ ¦ s 6 x K
© : r \ " f > ~ ½ ÓØ ¦ z ´+ « >` ¦ z ´r # ¸ è Ð_ 6
£
x6 x 0 p x$ í ` ¦ S X K Ð ¤ .
III. + s ÇÊ Ý õ m Í w ² o
Fig. 1 É r In _ ¸$ í \ É r ZnO:In ¸ } @ /_ + þ A ©
o\ ¦ FE-SEM` ¦ s 6 x # ' a ¹ 1 Ïô Ç é ß s 9 y Ò r e
¦ _ ¶ ú { 9 Õ ªa Ë > É r 1 l x{ 9 r « Ñ\ ¦ 30 ◦ â r & 8 £ ¤& ñ ô Ç
s . Fig. 1\ " f_ õ (a) H í H Ã ºô Ç ZnO ¸ } @ / s
9, (b-c) H EDX \ " f In ¸$ í s y y 0.27 at.% , 0.33 at.% Ð 8 £ ¤& ñ ) a ZnO:In ¸ } @ /\ ¦ · p . In ¸$ í s 7
£
x H d \ f â s & t ¦ U ´s t H + þ A ©
o Ð . : r z ´+ « >\ " f_ ¸ } @ /_ $ í © B j& m 7 £ §
É r AuGe (Ge∼43 at.%) 8 ú ¤ B _ Ö 6 x& h (560 ◦ C) õ ¸ }
@
/ $ í © : r ¸ (600 ◦ C)\ ¦ ¦ 9K Ð ¤` ¦ M : [13], l © -Ó o
© - ¦^ o (vapor-liquid-solid; VLS) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ ÐÂ Ò' $ í ©
÷
& H כ Ü ¼ Ð ç ß Å Ò ) a . [ jô Ç B j& m 7 £ § É r Fig. 2 \ " f [ O
"
î ¦ ô Ç .
Fig. 2 H In ¸$ í 7 £ x \ É r ¸ } @ /_ $ í © B j& m 7
£
§ _ o\ ¦ ¦¹ 1 Ï l 0 AK ¸ } @ /_ f â (Diameter;
D) õ U ´s (Length; L)_ © ' a ' a > \ ¦ & ñ o ô Ç õ s .
Fig. 2. Length-diameter relationship of (a) Pure ZnO (b) ZnO:In (In∼0.27 at.%) (c) ZnO:In (In∼0.33 at.%) NRs.
¸ } @ /_ f â õ U ´s H Ä »´ ò¿ ºa (H)ü < ' a > 9 A
à ºd (1)` ¦ s 6 x # K $ 3 % i . Õ ªA á Ô\ " f y Ò r e
¦` ¦ ½ ¨Z > f ± H í ß ê ø Í ) a & h [ þ t É r z ´] j SEM 8 £ ¤& ñ õ ÐÂ Ò '
¸Ø ¦ ) a õ s 9, z ´ É r z ´] j 8 £ ¤& ñ ) a f â õ U ´s \ ¦ s
6 x # Ã ºd (1) Ð x h Aô Ç õ s [14].
L = (c + D ∗
D )H (1)
#
l " f, L É r z ´] j ¸ } @ /_ U ´s , D H ¸ } @ /_ f
â , H H 7 £ x Ã Ì ) a Ó ü t| 9 _ Ä »´ ò¿ ºa Ð 7 £ x à ÌÒ ¦ (V ) ü < 7 £ x
Ã
Ìr ç ß (t)\ q Y Vô Ç . c H Ó o © ³ ð õ q Ö ¸$ í o ) a ³ ð
_ $ í © \ ' a > H f ¨ Ã Ì - » 1 Ï Ã Ìõ ½ + Ë ) a ´ òõ \ @ / ô
Ç " é ¶ \ Á º ' a ô Ç © à ºs 9, D ∗ H ¸ } @ /_ x 9 ¸ü <
¨ î
ç Hf â \ _ > r H ' a > \ ¦ t H : £ ¤$ í f â s . Fig.
2 \ " f_ õ (a) H ZnO ¸ } @ /s ¦ þ j èf â 51.7 nm \ " f U ´s 4200 nm, þ j@ /f â 100 nm\ " f H U ´s 3800 nm\ ¦ ? / 9, U ´s @ / f â q (L/D ratio) H
© H ¸ } @ /ü < © Ï ã T É r ¸ } @ /_ â Ä º y y 81 ü < 38 ° ú כ` ¦ . (b) H ZnO:In (In∼0.27 at.%) ¸ }
@ /s 9, © H ¸ } @ /ü < © Ï ã T É r ¸ } @ / _
L/D ratio H y y 20õ 5 Ð > í ß ÷ &# Q& . t } Ü ¼ Ð In s 0.33 at.% ¸i ç ) a ZnO:In ¸ } @ / (Fig. 3(c))_ L/D ratio H 9 \ " f 3 s ° ú כ` ¦ ° ú H . In _ ¸i ç < Ê
|
¾ Ós 7 £ x H d \ © H ¸ } @ /\ ¦ l ï r Ü ¼ Ð ½ + É M
:, L/D ratio 81\ " f 20, 9 Ð & h & h y è % i . s Q ô
Ç o H In _ ' \ _ ô Ç $ í © B j& m 7 £ § _ o\ l
H כ Ü ¼ Ð « Ñ ) a .
¸ } @ /_ $ í © B j& m 7 £ § É r ´ ú § É r Õ ªÒ ¨ \ _ K
½
¨ ÷ &% 3 [14]. 1964¸ Wagnerü < Ellis H o < Æ l © 7 £ x Ã Ì (Chemical Vapor Deposition; CVD)` ¦ : x K Si (111)l ó ø Í 0
A\ Au Ó ü t| 9 ` ¦ 6 x # 6 fÛ ¼& (whiskers)` ¦ ë ß [ þ t% 3
\
' a # ô Ç $ í © B j& m 7 £ § s : r ÷ & ¦ e . Schubert Õ ª Ò
¨ É r Si whiskers _ â Ä º, f â s Ï ã T É r כ Ð · û ª ¦ H
כ
s 8 À 1 Ïo $ í © ÷ & ¦ 8 £ ¤& ñ ) a U ´s ü < f â _ ' a > H " f
Ð ì ø Íq Y Vô Ç ¦ Ð ¦ % i [11]. s f â s 7 £ x < Ê
\
U ´s y è H â ¾ Ó É r Dubrovskii _ ½ ¨ \ _
# GaAs ¸ } @ / \ " f ¸ z ´+ « >& h Ü ¼ Ð 7 £ x" î ) a
e
[17]. s Qô Ç õ [ þ t` ¦ : x # ¸ } @ /_ U ´s ü <
f
â _ ' a > H é ß í H ô Ç ì ø Íq Y V ' a > Ð [ O " î î ß ÷ & H 8 4 ¤
¸ ú
ô Ç כ ¹ s > r F ¦ e 6 £ §` ¦ r ô Ç . s Qô Ç כ ¹ ` ¦ [ O
" î l 0 Aô Ç þ j H _ ½ ¨\ _ , ¸ } @ /_ $ í ©
\
e # Q" f } @ /_ 8 £ ¤# 4 ` ¦ ³ ð \ " f Ò' } @ /_ = å Q Ü
¼ Ð ³ ð " é ¶ S X í ß \ @ /ô Ç l # × æ כ ¹ ¦ : r ) a
[14]. r ´ ú , U ´s 7 £ x ¦ f â s y è H
â
¾ Ó É r ¸ } @ /_ & ñ $ í © \ e # Q" f f ¨ Ã Ì Ä » ¸ ) a $ í
© (absorption-induced growth) Ð H S X í ß Ä » ¸ ) a $ í © (diffusion-induced growth) s t C & h s H כ s .
s
Qô Ç ' a& h \ " f : r ½ ¨_ õ \ ¦ ¦¹ 1 Ï In_ ¸
$ í
7 £ x \ É r f â _ 7 £ x H In ³ ð f ¨ Ã Ì " é ¶ Znf ¨
Ã
Ì " é ¶ Ð Z } É r 7 £ x l · ú ` ¦ t Ù ¼ Ð ³ ð \ f ¨ Ã Ì ) a In
"
é
¶ _ > r F r ¸ } @ / = å Q Ü ¼ Ð_ S X í ß | ¾ Ós 7 £ x # f
â s 7 £ x ô Ç ¦ [ O " î ½ + É Ã º e . s Qô Ç õ H d (1)` ¦ s 6 x K Fig. 2_ õ \ ¦ x h A % i ` ¦ M : ZnOü <
ZnO:In ¸ } @ /_ : £ ¤$ í ì ø Í â (D ∗ ) É r 28.5 nm ü < 284 nm Ð 7 £ x H כ Ü ¼ Ð S X ÷ &% 3 . ² D G s Qô Ç õ
ÐÂ Ò' In ¸$ í 7 £ x $ í © íl _ Ù þ + þ A$ í õ & ñ õ $ í © õ
& ñ \ % ò ¾ Ó` ¦ p 5 g Fig. 1\ " f ' a ¹ 1 Ï ) a כ õ ° ú É r + þ A © _
o\ ¦ { 9 Ü ¼v H כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a . (· ú ¡" f ] jr ô Ç õ
ü < Õ ª õ _ ¦¹ 1 Ï Ð Ò' # l $ í ô Ç כ õ ° ú É r : r s
¸Ø ¦ ) a )
Fig. 3 É r ZnO:In ¸ } @ /_ & ñ ½ ¨ ¸\ ¦ ì r$ 3 l 0
Aô Ç Ä º 8 XRD 8 £ ¤& ñ õ s . Fig. 3 (a-c) H y y í H Ã
ºô Ç ZnO ¸ } @ /, ZnO:In ¸ } @ / (In∼0.27 at.%), ZnO:In ¸ } @ / (In∼0.33 at.%)\ ¦ · p . 8 £ ¤& ñ ) a y © ô
Ç r] X x ß ¼[ þ t É r a» ¡ ¤ © Ã º 0.324 nmü < c» ¡ ¤ © Ã
º 0.521 nm\ ¦ t H Ä ºØ Ô s à Ô ZnO \ @ /ô Ç ³ ðï r Ä
º 8 r] X × ¼ ÐÂ Ò' q §ô Ç õ Ð" f " f Ð { 9 u H d` ¦
Ð . Fig. 3 \ " f_ õ (a) H í H Ã ºô Ç ZnO ¸ } @ /
Fig. 3. XRD patterns of (a) Pure ZnO (b) ZnO:In (In∼0.27 at.%) (c) ZnO:In (In∼0.33 at.%) NRs.
Ð Si (111)õ ZnO_ (002)õ (004), 8 ú ¤ B Au (111) x ß ¼
' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 . s õ РÒ' y © ô Ç (002) r] X x ß ¼ H ZnO c» ¡ ¤ ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð $ í © ` ¦ H כ Ü ¼ Ð ¦¹ 1 Ï | ¨ c à º e
[18]. (b-c) H y y 0.27 at.%ü < 0.33 at.%_ In ¸$ í
`
¦ t H ¸ } @ /_ õ X <, ZnO ¸ } @ /_ â Ä
ºü < ° ú s ZnO_ (002)ü < (004) x ß ¼ Å Ò Ð ' a ¹ 1 Ï ÷ &% 3 Ü
¼ 9 F K5 Å q Zn, F K5 Å q In, In2O3 ü < ° ú É r © É r ' a ¹ 1 Ï÷ &t · ú §
¤ . " f Ins ¸i ç H d \ " f & ñ ½ ¨ ¸& h + þ A
É
r Á ºr ½ + É Ã º e H כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a . Fig. 4 H In _ ¸$ í
\
É r ZnO:In ¸ } @ /_ z ´ : r PL Õ ªA á Ôs . Fig.
4(a-c) H y y í H Ã ºô Ç ZnO, ZnO:In (0.27 at.%), ZnO:In (0.33 at.%) ¸ } @ /\ ¦ · p . ZnO ¸ } @ /_ â Ä
º, 3.236 eV_ y © ô Ç UV µ 1 Ï F g` ¦ t 9 In_ ¸$ í s 0.27 at.% ü < 0.33 at.% Ð ¸i ç ) a ¸ } @ / H 3.251 eV ü < 3.252 eV _ UV µ 1 Ï F g` ¦ f ` ¦ · ú Ã º e . 2.5 eV_ B Ä º ô
Ç GB µ 1 Ï F g É r Å Ò Ð í ß è / B N/ B N, g Ë >{ 9 + þ A Zn, Zn / B N/ B N õ ° ú
É
r ? /F & h < Ê\ _ K l ÷ & 9, In < Ê| ¾ Ós 7 £ x < Ê\
µ 1 Ï F g y © ¸ 7 £ x Ù þ ¡t ë ß , UVµ 1 Ï F g õ q §½ + É M : Å Ò Á
ºr ½ + É ë ß ô Ç µ 1 Ï F g y © ¸\ ¦ Ð% i .
Fig. 4 \ " f ô Çt Å Ò3 l q ½ + É ë ß ô Ç z ´ É r UV µ 1 Ï F g x ß
¼ In_ ¸i ç < Ê| ¾ Ós 7 £ x < Ê\ Z } É r \ -t A á ¤
Fig. 4. Room temperature PL spectra of (a) Pure ZnO (b) ZnO:In (In∼0.27 at.%) (c) ZnO:In (In∼0.33 at.%) NRs.
Ü
¼ Ð Blue shift H כ X <, s & ³ © É r Burstein-Moss
´
òõ Ð [ O " î ` ¦ ½ + É Ã º e [19]. III7 á ¤ " é ¶ è Ins ¸i ç
É r Zn " é ¶ è o \ Ins u ¨ 8 ÷ & ¦ \ ¦ ? /# QÅ Ò
H % i ½ + É` ¦ > ) a [20]. s ü < ° ú É r Ô ¦í HÓ ü t \ _ K
¸@ /\ õ e ç î r ì ø Í ë ß [ þ t # Qt > ÷ & 9 s Qô Ç î r ì ø Í [
þ
t É r ZnO:In ¸ } @ / ? /_ l ¸ ¸\ ¦ 7 £ x r v H
%
i ½ + É` ¦ > ÷ & ¦, ¸@ /_ © o Ô ¦í HÓ ü t Ð K Ò q
t$ í ) a õ e ç î r ì ø Í [ þ t \ _ K G 0 >4 R { ç ß \ -t
¦\ -t Ð s 1 l x > ÷ & 9 s Qô Ç ´ òõ \ ¦ d (2)õ ° ú É r Burstein-Moss(BM) ´ òõ ¦ ô Ç [21].
∆E g = h 2 8m ∗
3 2/3
π n 2/3 e (2) d
(2)\ " f h H e ¦ | ½ Óß ¼ © Ã ºs 9, m ∗ H _ Ä »´ ò| 9 | ¾ Ó,
∆E g H 7 £ x ô Ç { ç ß \ -t s . d (2)_ > í ß ` ¦
0.27 at.%, 0.33 at.%_ In ¸$ í ` ¦ t H ¸ } @ /\
"
f y y 1.510 × 10 18 cm −3 , 1.742 × 10 18 cm −3 _ 7 £ x
)
a î r ì ø Í 0 l x ¸\ ¦ t > ÷ & H X <, s H In ¸i ç Ü ¼ Ð ô
Ç î r ì ø Í 0 l x ¸_ 7 £ x Ð \ V © ô Ç . Fig. 5 H $ í © ) a
Fig. 5. J-E plots of (a) Pure ZnO (b) ZnO:In (In∼0.27 at.%) (c) ZnO:In (In∼0.33 at.%) NRs. The inset shows the linear dependence of F-N equation.
¸ } @ /\ ¦ s 6 x # z ´ : r \ " f > ~ ½ ÓØ ¦ z ´+ « >` ¦ ô Ç õ X <, 8 £ ¤& ñ ) a À Ó (I)ü < · ú (V) ° ú כ` ¦ s 6 x # > (electric filed; E) ü < À Óx 9 ¸ (J) Õ ªA á Ô Ð ? /% 3 .
¶ ú
{ 9 Õ ªa Ë > É r Fowler-Nordheim (FN) ~ ½ Ó& ñ d ` ¦ s 6 x # y
Ò re ¦[ þ t ÐÂ Ò' + þ A& h ' a > \ ¦ : x K FN d ` ¦ ë ß 7 á ¤
H t S X % i [22]. Fig. 5\ " f_ õ (a) H ZnO s 9, (b)ü < (c) H y y 0.27 at.%, 0.33 at.%_ In_ ¸$ í ` ¦
ZnO:In ¸ } @ /s .
J = Aβ 2 E 2 φ
exp βφ
32βE
(3)
d
(3)\ " f J H À Óx 9 ¸, E H > [ jl , φ H { 9 < ÊÃ º (5.3 eV), ² H > 7 £ x > Ã º (Field enhancement factor;
β) s . Aü < B_ © Ã º H y y 1.56 × 10 −10 AV −2 eV ü <
6.83 × 10 3 VeV −3/2 µm −1 s [23]. Ã ºd (3)\ ¦ s 6 x K " f
%
3 # Q FE õ \ ¦ Table 1 \ & ñ o % i . Table 1\ " f
Ð í H Ã ºô Ç ZnO Ð Ins ¸i ç ) a ZnO ¸ } @ /\
"
f ± ú É r e > · ú õ Z } É r > 7 £ x > Ã º S X ÷ &% 3 .
s
Qô Ç õ H 1 l x{ 9 ô Ç F « Ñ_ ¸ } @ /_ â Ä º f â s
É r â Ä º\ > ~ ½ ÓØ ¦ : £ ¤$ í s ¾ Ó © ÷ & H כ õ ì ø Í@ /÷ & H
â
¾ ÓÜ ¼ Ð ZnO:In ¸ } @ /_ â Ä º î r ì ø Í 0 l x ¸ 7 £ x \ _
K F K5 Å q& h : £ ¤$ í ` ¦ ° ú > ÷ &l M :ë H \ ¸ } @ /_ f â s
7 £ x % i 6 £ § \ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ > 7 £ x > Ã º 7 £ x
¦ e > > y è H â ¾ Ó` ¦ Ðs H כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a
.
: r ½ ¨\ " f H ZnO ¸ } @ / ? /_ In ¸i ç ` ¦ : x K
¾ Ó © ) a > ~ ½ ÓØ ¦ : £ ¤$ í ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e Ü ¼ 9, > ~ ½ ÓØ ¦ è
(FED)_ ~ ½ ÓØ ¦" é ¶ Ü ¼ Ð s 6 x r : £ ¤$ í ¾ Ó © ` ¦ 4 R
`
¦ כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a .
ZnO:In ¸ } @ / H Si (111) l ó ø Í 0 A\ " f AuGe\ ¦ 8 ú ¤ B
Ð s 6 x # $ í © ÷ &% 3 . In_ ¸$ í s 7 £ x < Ê\
$ í
© ) a ¸ } @ /_ f â õ U ´s _ ' a > H 7 £ x Ã Ì Ó ü t| 9 _ Ä
»´ ò ¿ ºa \ _ > r ô Ç H z ´õ S X í ß Ä » ¸ ) a $ í © B j& m
7 £ §` ¦ : x K ¸ } @ / $ í © ) a H z ´` ¦ · ú Ã º e
%
3 . ZnO:In ¸} @ /_ XRD õ ÐÂ Ò' × æ ç ß © s
© ì r o \ O s hcp & ñ © ` ¦ Ä »t H כ ` ¦ S X % i ¦, z
´ : r \ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç PL Õ ªA á Ô\ " f ZnO:In ¸ } @ /_ Z }
É
r \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð_ UV x ß ¼ s 1 l x Ü ¼ РÒ' Ô ¦í HÓ ü t s : r
o\ _ ô Ç î r ì ø Í 0 l x ¸ 7 £ x \ V © ÷ &% 3 . t } Ü ¼ Ð
> µ 1 Ï F g z ´+ « >` ¦ : x K ZnO ¸ } @ /ü < q §K ^ ¦ M :, ZnO:In (0.27 at.%) ¸ } @ / H ± ú É r e > · ú (4.32 V/µm) õ Z } É r > 7 £ x > Ã º (1258)\ ¦ f ` ¦ S X
%
i . " f In` ¦ ¸i ç ô Ç ZnO ¸ } @ /_ + þ A © ] j# Q
\
¦ : x K ¦´ òÖ ¦ _ > µ 1 Ï F g è _ 6 £ §F GÓ ü t| 9 Ð+ _ 0
p x$ í ` ¦ ] jr % i .
P
c p 8 ý ò k >
: r ½ ¨ H ô Dz D G õ < ÆF é ß _ : £ ¤& ñ l í ½ ¨ t " é ¶` ¦ ~ à Î
à º' ) a ½ ¨e . (R01-2006-000-10436-0)
Y
c p w à U Ø ô
[1] C. X. Xu and X. W. Sun, Appl. Phys. Lett. 83, 3806 (2003).
[2] W. W. Wilson, Y. Akira and T. Kiyoshi, J. Appl.
Phys. 70, 7119 (1991).
[3] K. Hiruma, M. Yazawa, T. Katsuyama, K. Ogawa, K. Haraguchi and M. Koguchi, J. Appl. Phys. 77, 447 (1995).
[4] B. Wang, M. J. Callahanb, C. Xu, L. O. Bouthil- lette, N. C. Giles and D. F. Bliss J. Crystal Growth.
304, 73 (2007).
[5] F. Paraguay D. W. Estrada L, D.R. Acosta N, E.
Andrade and M. Miki-Yoshida, Thin Solid Films 350, 192 (1999).
[6] B. J. Ohlsson, M. T. Bj¨ ork, M. H. Magnusson, K.
Deppert and L. Samuelson, Appl. Phys. Lett. 79, 3335 (2001).
[7] L. Schubert, P. Werner, N. D. Zakharov, G. Gerth, F. M. Kolb, L. Long, U. Go sele and T. Y. Tan, Appl. Phys. Lett. 84, 4968(2004).
[8] J. Jie, G. Wang, X. Han and J. G. Hou, J. Phys.
Chem. B 108, 17027 (2004).
[9] J. Zhong, S. Muthukumar, Y. Chen, Y. Lu, H. M.
Ng, W. Jiang and E. L. Garfunkel, Appl. Phys. Lett.
83, 3401 (2003).
[10] X. Y. Xue, L. M. Li, H. C. Yu, Y. J. Chen, Y. G.
Wang and T. H. Wang, Appl. Phys. Lett. 89, 043118 (2006).
[11] C. X. Xu, X. W. Sun and B. J. Chen, Appl. Phys.
Lett. 84, 1540 (2004).
[12] J. S. Jie, G. Z. Wang, X. H. Han, Q. X. Yu, Y. Liao, G. P. Li and J. G. Hou, Chem. Phys. Lett. 387, 466 (2004).
[13] H. Okamoto and T. B. Massalski, Bull. Alloy Phase Diamgrams 5, 601 (1984).
[14] V. G. Dubrovskii, I. P. Soshnikov, N. V. Sibirev, G.
E. Cirlin and V. M. Ustinov, J. Crystal Growth 289, 31 (2006).
[15] R. S. Wagner and W. C. Ellis, Appl. Phys. Lett. 4, 89 (1964).
[16] E. I. Givargizov, J. Crystal Growth 31, 20 (1975).
[17] V. G. Dubrovskii, G. E. Cirlin, I. P. Soshnikov, A.
A. Tonkikh, N. V. Sibirev, Y. B. Samsonenko and V. M. Ustinov, Phys. Rev. B 71, 205325 (2005).
[18] C. X. Xu and X. W. Suna, Appl. Phys. Lett. 83, 3806 (2003).
[19] E. Burstenin, Phys. Rev. 9, 632 (1954).
[20] Y. Morinaga, K. Sakuragi, N. Fujimura and T. Ito, J. Crystal Growth. 174, 691 (1997).
[21] B. E. Sernelius, K. F. Berggren, Z. C. Jin, I. Ham- berg and C. G. Granvist, Phys. Rev. B. 37, 10244 (1988).
[22] C. X. Xu and X. W. Sun, Appl. Phys. Lett. 86, 18 (2003).
[23] Q. Zhao, H. Z. Zhang, Y. W. Zhu, S. Q. Feng, X.
C. Sun, J. Xu and D. P. Yu, Appl. Phys. Lett. 86,
203115 (2005).
S. H. Ha and Y. R. Cho
Department of Materials Engineering, Pusan National University, Busan 606-735 W. J. Lee
Department of Nano Technology, Dong-Eui University, Busan 614-714 (Received 21 July 2008)
ZnO:In nanorods as a cathode material for a field emission device were synthesized by using different mixed sources in a horizontal furnace. A vapor-liquid-solid mechanism was used to grow the ZnO nanorods were grown at 600
◦C under an Ar gas flow of 600 sccm on a substrate on which a AuGe layer had been deposited. With increasing In content, a morphological variation was observed using field-emission scanning electron microscopy, and the crystal structure of the nanorods was confirmed by using X-ray diffraction. The crystallinity of the ZnO:In nanorods and the strong ultraviolet emission with negligible green band emission were investigated at room temperature by using photoluminescence measurements. Compared with ZnO, ZnO:In (0.27 at.%) nanorods have a low threshold voltage (4.32 V/µm) and a high field-enhancement factor (β ∼1258), which indicates the possibility of using them us cathode materials for the fabrication of field-emission-based devices.
PACS numbers: 81.05.Ys, 61.72.Vv, 81.10, 85.30.Tv
Keywords: ZnO, In doping, VLS growth, Nano-crystal, Field emission device
∗
