基于氧化鋅復(fù)合結(jié)構(gòu)的壓電納米發(fā)電機(jī)研究.pdf

1、ZnO是直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，常溫下帶寬為3.37eV，所對應(yīng)的波長處于紫外波段，與其他幾種常見的寬帶隙半導(dǎo)體的性質(zhì)對比，ZnO在很多方面存在明顯的優(yōu)勢。首先，ZnO的激子束縛能高達(dá)60meV，高于室溫?zé)犭x化能（26meV），非常適合制作室溫或更高溫度下的短波長光電子器件。其次，ZnO的電子飽和遷移率也較高，因此更適合制作高頻器件。特別重要的是，ZnO具有顯著的半導(dǎo)體和壓電耦合特性，且其生產(chǎn)成本低廉，容易獲取，制備工藝要求也較低，這些優(yōu)

2、勢使ZnO成為近年來制備壓電器件的重要材料。自2006年王中林教授提出“納米發(fā)電機(jī)”這一概念開始，各國的科研工作者們開始以硅、藍(lán)寶石、纖維等材料為襯底，制備了多元結(jié)構(gòu)的壓電納米發(fā)電機(jī)，用以收集環(huán)境中的機(jī)械能，通過壓電效應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)為各種微納器件供電的目標(biāo)。
　　本文以ZnO納米結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，提出了兩種新型的復(fù)合材料壓電納米發(fā)電機(jī)。主要的研究過程及成果如下：
　　首先在n型硅片襯底上利用水溶液法制備ZnO納米棒陣列，并

3、利用磁控濺射法在ZnO納米棒陣列上沉積一層BaTiO3薄膜，經(jīng)過退火和極化增強(qiáng)壓電特性。通過掃描電子顯微鏡（SEM），X射線衍射（XRD）和X射線能譜儀（EDS）等一些表征手段對生長樣品進(jìn)行了表征。表征結(jié)果顯示，ZnO納米棒陣列具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，致密地生長在硅片襯底上，BaTiO3薄膜均勻覆蓋在ZnO納米棒表面，形成BaTiO3/ZnO核殼結(jié)構(gòu)。接下來制備出基于這種BaTiO3/ZnO核殼結(jié)構(gòu)的壓電納米發(fā)電機(jī)，并對其性能進(jìn)行了相應(yīng)的測

4、試與分析。我們利用半導(dǎo)體測試儀對納米發(fā)電機(jī)進(jìn)行電學(xué)特性的測量，發(fā)現(xiàn)它有較好的發(fā)電性能，與單獨基于ZnO納米棒或BaTiO3薄膜的單一材料的納米發(fā)電機(jī)相比，有更高的輸出電流，約為105nA。
　　其次我們制作了另外一種基于ZnO納米結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)——ZnO/NiO復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電納米發(fā)電機(jī)。首先利用磁控濺射法在ITO襯底上沉積一層NiO薄膜，之后同樣利用磁控濺射法在上面再沉積一層ZnO薄膜，并利用與上面提到的相同表征手段對實驗樣品的形貌、