研究目的
研究分子束外延生长的具有不同厚度和衬底的β-MoO3纳米带的生长、结构、光学及场发射特性。
研究成果
研究表明,分子束外延生长的β-MoO3纳米带具有厚度依赖性特性,与α-MoO3相比,其长径比增大、光学带隙减小、局部功函数升高,且场发射性能更优(开启电场更低、场增强因子更高)。这些发现表明其在光电器件中具有潜在应用价值,并建议进一步研究其稳定性和可扩展性。
研究不足
该研究仅限于特定基底和厚度范围;β-MoO3的亚稳态特性可能对重现性构成挑战;设备特定参数(如真空条件)可能影响结果;量子尺寸效应是推断得出而非直接测量的。
1:实验设计与方法选择:
研究采用分子束外延(MBE)技术在超高真空条件下生长β-MoO3纳米带。通过使用不同基底(Si(100)、Si(5512)、FTO)和厚度(5-30 nm)来探究形貌、光学带隙、局域功函数及场发射特性。技术手段包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、掠入射X射线衍射(GIXRD)、紫外-可见-近红外光谱(UV-Vis-NIR)、开尔文探针力显微镜(KPFM)及场发射测试。
2:0)、Si(5512)、FTO)和厚度(5-30 nm)来探究形貌、光学带隙、局域功函数及场发射特性。技术手段包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、掠入射X射线衍射(GIXRD)、紫外-可见-近红外光谱(UV-Vis-NIR)、开尔文探针力显微镜(KPFM)及场发射测试。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:基底为含/不含自然氧化层的Si(100)、Si(5512)和FTO。以纯度99.995%的MoO3粉末作为源材料。样品制备条件为:衬底温度350°C,沉积速率约1 ?/分钟。
3:0)、Si(5512)和FTO。以纯度995%的MoO3粉末作为源材料。样品制备条件为:
3. 实验设备与材料清单:设备包含Omicron MBE系统、场发射扫描电镜(Carl Zeiss, Neon 40)、透射电镜(JEOL JEM-2010)、配备Cu Kα光源的掠入射XRD、紫外-可见-近红外分光光度计(岛津UV-3101PC)、原子力显微镜/开尔文探针(MFP-3D, Asylum Research美国)及场发射系统(Excel仪器FE System-150)。材料包括MoO3粉末、硅基底、FTO基底及KPFM用导电探针。
4:实验设备与材料清单:
4. 实验流程与操作步骤:基底经清洁或保留自然氧化层处理。通过MBE沉积MoO3。采用SEM和TEM分析形貌,GIXRD评估结构特性,UV-Vis-NIR光谱测量光学性质,KPFM测定局域功函数,在二极管构型中通过改变阳极-样品间距评估场发射性能。
5:0)、透射电镜(JEOL JEM-2010)、配备Cu Kα光源的掠入射XRD、紫外-可见-近红外分光光度计(岛津UV-3101PC)、原子力显微镜/开尔文探针(MFP-3D, Asylum Research美国)及场发射系统(Excel仪器FE System-150)。材料包括MoO3粉末、硅基底、FTO基底及KPFM用导电探针。 实验流程与操作步骤:
5. 数据分析方法:尺寸测量采用对数正态分布拟合,带隙计算使用Tauc图,场发射分析应用FN方程,功函数测定基于KPFM方程。
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Scanning Electron Microscope
Neon 40
Carl Zeiss
Used for surface morphology and structural characterization of samples.
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Transmission Electron Microscope
JEM-2010
JEOL
Used for detailed structural analysis and electron diffraction.
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UV-Vis-NIR Spectrophotometer
UV-3101PC
Shimadzu Corporation
Used to measure optical properties and band gap of samples.
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Conductive Tip
AC240TM
Olympus
Used with AFM for KPFM measurements.
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Molecular Beam Epitaxy System
Omicron
Omicron
Used for growing β-MoO3 nanoribbons under ultra-high vacuum conditions.
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X-ray Diffractometer
GIXRD with Cu Kα source
Used for grazing incidence X-ray diffraction to determine crystal structure.
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Atomic Force Microscope
MFP-3D
Asylum Research
Used for Kelvin probe force microscopy to measure local work function.
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Field Emission System
FE System-150
Excel Instruments
Used to measure field emission properties of samples.
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