项目简介：  

本项目属于低维纳米结构与材料物理研究领域，涉及硅及氧化物纳米线结构的制备与物性研究。功能准一维纳米线是一种特殊的低维纳米结构，不仅是电荷的最小载体及研究小尺度世界科学规律的理想研究对象，也是构造复杂纳米结构与纳米器件的理想基元，成为材料、物理、电子等交领域的研究热点。本项目主要创新性研究成果如下：

一、成功地制备了硅纳米线,极大地推动了纳米线研究： 早期的硅量子线制备主要是基于自上而下的光刻技术，虽然Westwater 等用CVD 法制备硅纳米线(JVST B 1997)，但未引关注。俞大鹏等(Solid State Commun. 105, 403,1998)与哈佛大学(Science 279, 208 1998)同时独立地用脉冲激光法成功制备了free-standing 硅纳米线。我们也开创简单物理蒸发法制备硅等半导体纳米线(APL 72, 3458, 1998)研究之先河。

二、开拓氧化物纳米线研究新领域，引发一系列研究热点: 氧化物半导体材料由于独特的抗氧化、宽禁带、气敏、压电效应等物理性质受到了国内外的广泛关注。我们不仅率先在国际上制备了SiO2(1998,他人引用160 次)、GeO2(1999,他人引用105 次)、Ga2O3(1999,他人引用126 次)等氧化物纳米线，也是ZnO 纳米线研究的原创性研究小组之一，单篇论文他引263 次。氧化物纳米线极大地丰富了纳米线研究的内涵，并可能对未来纳米器件等应用产生深远的影响。我们还开展了纳米线的生长机理、发光、场发射等物理性质。本项目的实施极大低推动了国际纳米线的研究，共在国际重要学术刊物，包括Appl. Phys. Letters、Phys. Rev. B、Advanced Materials、JACS、JPCB等上发表与纳米线结构相关的学术论文91篇。其中，影响因子大于3的论文数超过一半。本项目地创新性最直观地反映在论文的他人引用上，累计次数2309 次，其中6篇论文的单篇引用超过100 次，形成广泛影响。相关工作被第三世界科学院院长Rao教授等众多著名学者在其综述文章中大量引用和详细评述，并被哈佛著名学者Lieber 教授等高度评价（主要附件九4－1）。

主要发现点：

在本项目开始实施时， 国际纳米线研究仍处于初期阶段，年发表论文数约5 篇，且主要是基于自上而下的光刻制备技术。虽然Westwater 等用CVD 法制备出硅纳米线(JVST B,1997)，但未引起太多关注。本项目的一系列创新性成果推动了国际纳米线研究的发展：

一、成功制备硅纳米线，大大激发了硅纳米线研究热潮：俞大鹏等于1998 年第一次用脉冲激光高温沉积法获得了高品质的纳米硅量子线，这对于微电子加工技术已达到物理极限的今天具有重要意义。在该文章中，我们敏锐地预言，我们的工作"不仅提供了一种制备半导体、导体纳米线材料新的强有力方法，所制备的硅纳米线也是研究小尺寸结构相关的物理现象如量子限制效应等理想介质。同时，利用掺杂等手段，可以获得掺杂的纳米线、异质结等新颖纳米结构等……"。上述预言很快被其他同行的后续研究工作所证实。需要指出的是，哈佛大学Lieber 小组与我们同时独立地报道了这项研究成果，他们论文发表在科学杂志上(Science 279,208,1998,引用1300次以上)，从另外一方面支持了我们这一研究成果的创新性和重要意义。在上述工作的基础上，我们又创新性地采用简单物理热蒸发的方法，制备了宏观量的硅纳米线(APL1998，他引156 次)。在该工作中，我们还预言，……"Our approach can be used, in principle, as a general method for synthesis of other one-dimensional semiconducting, or conducting nanowires"……。在我们的这项创新性工作的推动下，物理蒸发气相输运这种简单、经济的方法被国内外同行广泛采用，成为制备其它半导体纳米线的重要方法之一。上述工作促进了了国际纳米线的研究。

二、把纳米线制备概念拓展到了氧化物半导体新领域：氧化物半导体材料具有其他化合物半导体材料所不具备的性质，其独特的耐高温、抗氧化、具有较宽的禁带、特殊的压电特性、气敏传感特性等物理性能受到了国内外同行广泛关注。我们在国际上率先制备出了SiO2、GeO2、Ga2O3 等氧化物纳米线(SCI检索结果显示上述工作均为第一次报道)，也是国际上开展ZnO 纳米线原创性工作的研究小组之一。以上创新性成果极大地开拓了半导体纳米线研究的内涵，引发国际上对SiO2、GeO2、Ga2O3、ZnO(分别他人引用160、104、126、263 次)等氧化物纳米线的研究热潮。

三、率先开展了半导体纳米线的物理性质研究，促进了纳米线研究的深入开展：通过对纳米线显微结构的系统、深入的分析，深刻理解了纳米线的一维择优生长机理；提出了非晶硅纳米线阵列的固液固(SLS)生长模型；通过比较发光与纳米线直径相互关系研究了硅纳米线的量子限制效应，在ZnO 纳米管中观察到新的喇曼振动模式；通过缺陷与掺杂机理研究调制了半导体纳米线的物理性质，实现了ZnO纳米线的铁磁掺杂；研究了ZnO等纳米线阵列作为集体行为的场发射电子性质。发表相关的SCI收录论文91篇，累计他人引用2000 余次。本项目的实施极大促进了纳米线的研究，现在国际上每年发表的相关论文数呈现指数增长趋势，仅去年就达4000 余篇。

主要完成人：

1.  俞大鹏

俞大鹏教授负责整体研究项目的方案设计与实验方案、技术路线的提出，直接参与具体的研究工作，

推动了硅等半导体纳米线研究的开展，开创了氧化物纳米线研究新领域，引发一系列研究热点。俞大鹏在该项研究中的工作量占本人工作量的80％。

2.  冯孙齐

本项目中，他参加了硅纳米线, Ga2 O3 纳米线等材料的制备与表征工作，对本项目有重要贡献。

冯孙齐在本项研究中的工作量占本人工作量的60％。

3.  徐军

主要利用扫描电镜进行纳米材料的形貌观察和生长机理分析；还利用电子束,离子束等最新的

纳米加工手段加工纳米电极等，协助对研究单根纳米线的电子输运等进行研究。徐军在该项研究中的工作量占本人工作量的60％。

4.  薛增泉

薛增泉教授长期从事真空电子物理，近年来特别是在纳米电子学领域扮演重要角色。 在本项目中，他

和相关研究队伍对硅纳米线和氧化锌等准一维结构的生长方法、生长条件和生长机理进行了深入、系

统的研究。薛增泉在该项研究中的工作量占本人工作量的50％。

5.  奚中和

奚中和教授长期从事非晶和纳米晶半导体材料的研究。在本项目中，他对硅纳米线和氧化锌准一维结

构的生长方法、生长条件和生长机理进行了深入、系统的研究。奚中和在该项研究中的工作量占本人工作量的40％。

10篇代表性论文：

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 .