纤锌矿结构ZnO(0001)-Zn和(000-1)-O极性表面稳定几何及电子结构性质  

Stable Geometrical and Electronic Structrues of Wurzite ZnO(0001)-Zn and(000-1)-O Polar Surfaces

作　　者：周昌杰[1] 吴雅苹[2] 陈晓航[2] 周颖慧[2] 朱会丽[1] 康俊勇[2] 

机构地区：[1]集美大学理学院,福建厦门361021 [2]厦门大学物理与机电工程学院,福建省半导体材料与应用重点实验室,福建厦门361005

出　　处：《厦门大学学报（自然科学版）》2015年第1期80-86,共7页Journal of Xiamen University：Natural Science

基　　金：国家自然科学基金(91321102;11304257;61227009);福建省自然科学基金(2011J05006;2009J05149;2014J01026);福建省教育厅资助项目(JA09146);黄慧贞集美大学学科建设基金资助项目(ZC2010014);集美大学科研启动金项目(ZQ2011008;ZQ2009004)

摘　　要：采用超高真空分子束外延和扫描隧道显微(STM)技术,对纤锌矿结构ZnO单晶(0001)-Zn和(000-1)-O极性表面进行了STM形貌扫描和扫描隧道谱(STS)测量.STM表征结果显示,(0001)-Zn极性表面形成了以单层高度交替出现的直线型和锯齿型台面的大表面纳米稳定结构,还通过形成(3×3)再构表面来稳定其表面.而(000-1)-O极性表面则形成了双层高度台面的表面稳定结构.STS测量结果表明,(0001)-Zn极性表面内部偶极矩方向指向表面,而(000-1)-O极性表面内部偶极矩方向指向材料内部,导致两种极性表面能带的弯曲方向不同,最终引起两者导带底EC和价带顶EV能量位置的偏移.(0001)-Zn和(000-1)-O极性表面I-V和dI-dV曲线的偏移体现了两种表面的不同极性和电子结构性质.Geometrical and electronic structures of wurtzite ZnO（0001）-Zn and（000-1）-O polar surfaces have been examined carefully by using an Omicron molecular beam epitaxy（MBE）and scanning tunneling microscopy（STM）combined system operated in ultra-high vacuum（UHV）.STM measurements showed that（0001）-Zn polar surface tends to form the stable alternating straight and zigzag countertops with the double-layer step.In some areas there exist the（3×3）surface reconstruction.Different from the stabilization mechanism of（0001）-Zn polar surface,（000-1）-O polar surface can be stabilized by forming the double double-layer step countertops with the large flat surface.Furthermore,current-voltage properties measured by scanning tunneling spectroscopy（STS）indicate that,the conduction band bottomECand the valence band top EVof（000-1）-O polar surface shifts to the higher energy as compared with that of（0001）-Zn polar surface.The shifting of EC and EVis apparently attributed to different dipole moments of the（0001）-Zn and（000-1）-O polar surfaces and indicates the different polarity of two polar surfaces.

关 键 词：ZNO 极性表面 扫描隧道显微 扫描隧道谱 偶极矩 

分 类 号：O472.1[理学—半导体物理]