ZnO quantum dots (QDs) with diameter around 6 nm were grown by a catalyst-free metalorganic chemical vapor deposition method and applied as electron field emitters. The Ga doping resulted in a considerable improvement of the field emission properties. Macroscopic field emission measurements revealed that the Ga-doped ZnO QDs have a low turn-on field of 1.3V/μm and a large field enhancement factor up to 104. Probe force microscopy and scanning field emission probe microscopy were used for mapping at submicrometer scale of the spatial distribution of the work function and the field emission, respectively. The local measurements indicated a spatial correlation between both properties that could be linked to spatial variations of the Ga doping level.

1.
N. S.
Xu
and
S. E.
Huq
,
Mater. Sci. Eng., R.
48
,
47
(
2005
).
2.
Y.
Saito
and
S.
Uemura
,
Carbon
38
,
169
(
2000
).
3.
C.
Kim
,
Y. S.
Choi
,
S. M.
Lee
,
J. T.
Park
,
B.
Kim
, and
Y. H.
Lee
,
J. Am. Chem. Soc.
124
,
9906
(
2002
).
4.
J. C.
Charlier
,
M.
Terrones
,
M.
Baxendale
,
V.
Meunier
,
T.
Zacharia
,
N. L.
Rupesinghe
,
W. K.
Hsu
,
N.
Grobert
,
H.
Terrones
, and
G. A. J.
Amaratunga
,
Nano Lett.
2
,
1191
(
2002
).
5.
W.
Zhu
,
G. P.
Kochanski
, and
S.
Jin
,
Science
282
,
1471
(
1998
).
6.
S.
Fan
,
M. G.
Chapline
,
N. R.
Franklin
,
T. W.
Tombler
,
A. M.
Cassell
, and
H.
Dai
,
Science
283
,
512
(
1999
).
7.
A. M.
Rao
,
D.
Jacques
,
R. C.
Haddon
,
W.
Zhu
,
C.
Bower
, and
S.
Jin
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
3813
(
2000
).
8.
B.
Akdim
,
X.
Duan
, and
R.
Pachter
,
Nano Lett.
3
,
1209
(
2003
).
9.
J. M.
Bonard
,
N.
Weiss
,
H.
Kind
,
T.
Stöckli
,
L.
Forró
,
K.
Kern
, and
A.
Châtelain
,
Adv. Mater.
13
,
184
(
2001
).
10.
Y. K.
Tseng
,
C. J.
Huang
,
H. M.
Cheng
,
I. N.
Lin
,
K. S.
Liu
, and
I. C.
Chen
,
Adv. Funct. Mater.
13
,
811
(
2003
).
11.
X. D.
Wang
,
J.
Zhou
,
C. S.
Lao
,
J. H.
Song
,
N. S.
Xu
, and
Z. L.
Wang
,
Adv. Mater.
19
,
1627
(
2007
).
12.
Y. W.
Zhu
,
H. Z.
Zhang
,
X. C.
Sun
,
S. Q.
Feng
,
J.
Xu
,
Q.
Zhao
,
B.
Xiang
,
R. M.
Wang
, and
D. P.
Yu
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
144
(
2003
).
13.
C.
Li
,
K.
Hou
,
W.
Lei
,
X. B.
Zhang
,
B. P.
Wang
, and
X. W.
Sun
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
163502
(
2007
).
14.
D.
Banerjee
,
S. H.
Jo
, and
Z. F.
Ren
,
Adv. Mater.
16
,
2028
(
2004
).
15.
W. Z.
Wang
,
B. Q.
Zeng
,
J.
Yang
,
B.
Poudel
,
J. Y.
Huang
,
M. J.
Naughton
, and
Z. F.
Ren
,
Adv. Mater.
18
,
3275
(
2006
).
16.
G. Z.
Shen
,
Y.
Bando
,
B. D.
Liu
,
D.
Golberg
, and
C. J.
Lee
,
Adv. Funct. Mater.
16
,
410
(
2006
).
17.
J. C.
She
,
Z. M.
Xiao
,
Y. H.
Yang
,
S. Z.
Deng
,
J.
Chen
,
G. W.
Yang
, and
N. S.
Xu
,
ACS Nano
2
,
2015
(
2008
).
18.
U. K.
Gautam
,
L. S.
Panchakarla
,
B.
Dierre
,
X.
Fang
,
Y.
Bando
,
T.
Sekiguchi
,
A.
Govindaraj
,
D.
Golberg
, and
C. N. R.
Rao
,
Adv. Funct. Mater.
19
,
131
(
2009
).
19.
Z. Z.
Ye
,
Y. J.
Zeng
,
Y. F.
Lu
,
S. S.
Lin
,
L.
Sun
,
L. P.
Zhu
, and
B. H.
Zhao
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
112110
(
2007
).
20.
Y. J.
Zeng
,
Z. Z.
Ye
,
F.
Liu
,
D. Y.
Li
,
Y. F.
Lu
,
W.
Jaeger
,
H. P.
He
,
L. P.
Zhu
,
J. Y.
Huang
, and
B. H.
Zhao
,
Cryst. Growth Des.
9
,
263
(
2009
).
21.
T.
Hantschel
,
P.
De Wolf
,
T.
Trenkler
,
R.
Stephenson
, and
W.
Vandervorst
,
Proc. SPIE
3512
,
92
(
1998
).
22.
I.
Horcas
,
R.
Fernandez
,
J. M.
Gomez-Rodriguez
,
J.
Colchero
,
J.
Gomez-Herrero
, and
A. M.
Baro
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
013705
(
2007
).
23.
X. D.
Bai
,
E. G.
Wang
,
P. X.
Gao
, and
Z. L.
Wang
,
Nano Lett.
3
,
1147
(
2003
).
24.
W. M.
Tsang
,
V.
Stolojan
,
C.
Giusca
,
C. H. P.
Poa
,
B.
Sealy
,
S. R. P.
Silva
, and
S. P.
Wong
,
J. Vac. Sci. Technol. B
24
,
958
(
2006
).
You do not currently have access to this content.