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。我們也開創簡單物理蒸發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受到了國內外的廣泛關注。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涵，并可能對未來納米器件等應用產生深遠的影響。我們還開展了納米線的生長機理、發光、場發射等物理性質。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的論文數超過一半。本項目地創新性最直觀地反映在論文的他人引用上，累計次數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）。

主要發現點：

在本項目開始實施時， 國際納米線研究仍處于初期階段，年發表論文數約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。本項目的一系列創新性成果推動了國際納米線研究的發展：

一、成功制備硅納米線，大大激發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象如量子限制效應等理想介質。同時，利用摻雜等手段，可以獲得摻雜的納米線、異質結等新穎納米結構等……"。上述預言很快被其他同行的后續研究工作所證實。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新性和重要意義。在上述工作的基礎上，我們又創新性地采用簡單物理熱蒸發的方法，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"……。在我們的這項創新性工作的推動下，物理蒸發氣相輸運這種簡單、經濟的方法被國內外同行廣泛采用，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，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 納米線原創性工作的研究小組之一。以上創新性成果極大地開拓了半導體納米線研究的內涵，引發國際上對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、深入的分析，深刻理解了納米線的一維擇優生長機理；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制了半導體納米線的物理性質，實現了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射電子性質。發表相關的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，現在國際上每年發表的相關論文數呈現指數增長趨勢，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，開創了氧化物納米線研究新領域，引發一系列研究熱點。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 .