項目簡介：  

本項目屬于低維納米結構與材料物理研究領域，涉及硅及氧化物納米線結構的制備與物性研究。功能準一維納米線是一種特殊的低維納米結構，不僅是電荷的最小載體及研究小尺度世界科學規(guī)律的理想研究對象，也是構造復雜納米結構與納米器件的理想基元，成為材料、物理、電子等交領域的研究熱點。本項目主要創(chuàng)新性研究成果如下：

一、成功地制備了硅納米線,極大地推動了納米線研究： 早期的硅量子線制備主要是基于自上而下的光刻技術，雖然Westwater 等用CVD 法制備硅納米線(JVST B 1997)，但未引關注。俞大鵬等(Solid State Commun. 105, 403,1998)與哈佛大學(Science 279, 208 1998)同時獨立地用脈沖激光法成功制備了free-standing 硅納米線。我們也開創(chuàng)簡單物理蒸發(fā)法制備硅等半導體納米線(APL 72, 3458, 1998)研究之先河。

二、開拓氧化物納米線研究新領域，引發(fā)一系列研究熱點: 氧化物半導體材料由于獨特的抗氧化、寬禁帶、氣敏、壓電效應等物理性質(zhì)受到了國內(nèi)外的廣泛關注。我們不僅率先在國際上制備了SiO2(1998,他人引用160 次)、GeO2(1999,他人引用105 次)、Ga2O3(1999,他人引用126 次)等氧化物納米線，也是ZnO 納米線研究的原創(chuàng)性研究小組之一，單篇論文他引263 次。氧化物納米線極大地豐富了納米線研究的內(nèi)涵，并可能對未來納米器件等應用產(chǎn)生深遠的影響。我們還開展了納米線的生長機理、發(fā)光、場發(fā)射等物理性質(zhì)。本項目的實施極大低推動了國際納米線的研究，共在國際重要學術刊物，包括Appl. Phys. Letters、Phys. Rev. B、Advanced Materials、JACS、JPCB等上發(fā)表與納米線結構相關的學術論文91篇。其中，影響因子大于3的論文數(shù)超過一半。本項目地創(chuàng)新性最直觀地反映在論文的他人引用上，累計次數(shù)2309 次，其中6篇論文的單篇引用超過100 次，形成廣泛影響。相關工作被第三世界科學院院長Rao教授等眾多著名學者在其綜述文章中大量引用和詳細評述，并被哈佛著名學者Lieber 教授等高度評價（主要附件九4－1）。

主要發(fā)現(xiàn)點：

在本項目開始實施時， 國際納米線研究仍處于初期階段，年發(fā)表論文數(shù)約5 篇，且主要是基于自上而下的光刻制備技術。雖然Westwater 等用CVD 法制備出硅納米線(JVST B,1997)，但未引起太多關注。本項目的一系列創(chuàng)新性成果推動了國際納米線研究的發(fā)展：

一、成功制備硅納米線，大大激發(fā)了硅納米線研究熱潮：俞大鵬等于1998 年第一次用脈沖激光高溫沉積法獲得了高品質(zhì)的納米硅量子線，這對于微電子加工技術已達到物理極限的今天具有重要意義。在該文章中，我們敏銳地預言，我們的工作"不僅提供了一種制備半導體、導體納米線材料新的強有力方法，所制備的硅納米線也是研究小尺寸結構相關的物理現(xiàn)象如量子限制效應等理想介質(zhì)。同時，利用摻雜等手段，可以獲得摻雜的納米線、異質(zhì)結等新穎納米結構等……"。上述預言很快被其他同行的后續(xù)研究工作所證實。需要指出的是，哈佛大學Lieber 小組與我們同時獨立地報道了這項研究成果，他們論文發(fā)表在科學雜志上(Science 279,208,1998,引用1300次以上)，從另外一方面支持了我們這一研究成果的創(chuàng)新性和重要意義。在上述工作的基礎上，我們又創(chuàng)新性地采用簡單物理熱蒸發(fā)的方法，制備了宏觀量的硅納米線(APL1998，他引156 次)。在該工作中，我們還預言，……"Our approach can be used, in principle, as a general method for synthesis of other one-dimensional semiconducting, or conducting nanowires"……。在我們的這項創(chuàng)新性工作的推動下，物理蒸發(fā)氣相輸運這種簡單、經(jīng)濟的方法被國內(nèi)外同行廣泛采用，成為制備其它半導體納米線的重要方法之一。上述工作促進了了國際納米線的研究。

二、把納米線制備概念拓展到了氧化物半導體新領域：氧化物半導體材料具有其他化合物半導體材料所不具備的性質(zhì)，其獨特的耐高溫、抗氧化、具有較寬的禁帶、特殊的壓電特性、氣敏傳感特性等物理性能受到了國內(nèi)外同行廣泛關注。我們在國際上率先制備出了SiO2、GeO2、Ga2O3 等氧化物納米線(SCI檢索結果顯示上述工作均為第一次報道)，也是國際上開展ZnO 納米線原創(chuàng)性工作的研究小組之一。以上創(chuàng)新性成果極大地開拓了半導體納米線研究的內(nèi)涵，引發(fā)國際上對SiO2、GeO2、Ga2O3、ZnO(分別他人引用160、104、126、263 次)等氧化物納米線的研究熱潮。

三、率先開展了半導體納米線的物理性質(zhì)研究，促進了納米線研究的深入開展：通過對納米線顯微結構的系統(tǒng)、深入的分析，深刻理解了納米線的一維擇優(yōu)生長機理；提出了非晶硅納米線陣列的固液固(SLS)生長模型；通過比較發(fā)光與納米線直徑相互關系研究了硅納米線的量子限制效應，在ZnO 納米管中觀察到新的喇曼振動模式；通過缺陷與摻雜機理研究調(diào)制了半導體納米線的物理性質(zhì)，實現(xiàn)了ZnO納米線的鐵磁摻雜；研究了ZnO等納米線陣列作為集體行為的場發(fā)射電子性質(zhì)。發(fā)表相關的SCI收錄論文91篇，累計他人引用2000 余次。本項目的實施極大促進了納米線的研究，現(xiàn)在國際上每年發(fā)表的相關論文數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)增長趨勢，僅去年就達4000 余篇。

主要完成人：

1.  俞大鵬

俞大鵬教授負責整體研究項目的方案設計與實驗方案、技術路線的提出，直接參與具體的研究工作，

推動了硅等半導體納米線研究的開展，開創(chuàng)了氧化物納米線研究新領域，引發(fā)一系列研究熱點。俞大鵬在該項研究中的工作量占本人工作量的80％。

2.  馮孫齊

本項目中，他參加了硅納米線, Ga2 O3 納米線等材料的制備與表征工作，對本項目有重要貢獻。

馮孫齊在本項研究中的工作量占本人工作量的60％。

3.  徐軍

主要利用掃描電鏡進行納米材料的形貌觀察和生長機理分析；還利用電子束,離子束等最新的

納米加工手段加工納米電極等，協(xié)助對研究單根納米線的電子輸運等進行研究。徐軍在該項研究中的工作量占本人工作量的60％。

4.  薛增泉

薛增泉教授長期從事真空電子物理，近年來特別是在納米電子學領域扮演重要角色。 在本項目中，他

和相關研究隊伍對硅納米線和氧化鋅等準一維結構的生長方法、生長條件和生長機理進行了深入、系

統(tǒng)的研究。薛增泉在該項研究中的工作量占本人工作量的50％。

5.  奚中和

奚中和教授長期從事非晶和納米晶半導體材料的研究。在本項目中，他對硅納米線和氧化鋅準一維結

構的生長方法、生長條件和生長機理進行了深入、系統(tǒng)的研究。奚中和在該項研究中的工作量占本人工作量的40％。

10篇代表性論文：

1.   Synthesis of Nano-scale silicon wires by means of laser ablation at high temperature/ Solid State Communications

2.   Silicon Nano-wires synthesized using simple physical evaporation/Applied Physics Letters

3.   Direct evidence of quantum confinement evaluated from size dependence of the photoluminescence of silicon quantum wire/Physical Review B (Rapid Communications)

4.   Amorphous silica nano wires: Intensive blue light emitters/Applied Physics Letters

5.   Nano-scale GeO2 wires synthesized by physical evaporation/CHEM PHYS LETT

6.   Nano-scale Ga2O3 wires synthesized using physical evaporation/Solid State Communications

7.   Ultraviolet-emitting ZnO nanowires synthesized by a physical vapor deposition approach/Applied Physics Letters

8.   Optical properties of the ZnO nanotubes synthesized via vapor phase growth，Applied Physics Letters

9.   Efficient field emission from ZnO nanoneedle arrays/Applied Physics Letters

10.  Synthesis, optical, and magnetic properties of diluted magnetic semiconductor Zn1-xMnxO nanowires via vapor phase growth/Applied Physics Letters .