微米/纳米结构的氧化锌材料:合成、特性和压电器件

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氧化锌是重要的半导体材料,具有丰富的微米和纳米结构,并且有优异的光学、电子和压电性能,在光电器件及压电器件领域具有重要的应用价值。本文从氧化锌微米/纳米结构材料的制备、物理特性和压电器件等方面进行研究。利用湿法生长技术,制备了一维、二维和三维的氧化锌微米/纳米结构,并研究了影响氧化锌纳米线生长的因素;在此基础上,直接在Si、SiO2、ITO、石墨烯和柔性Kapton等衬底上生长大面积氧化锌纳米线,并且借助光刻技术实现了纳米线阵列的可控生长;观察到了氧化锌纳米线的分解和二次生长现象,并定性解释其形成机理。  本文研究了氧化锌纳米线两端器件的电学特性,通过热电子发射和隧穿理论,定性解释典型的I-V曲线特性;利用Raman和光致发光谱技术(PL)研究了氧化锌纳米线光学特性,发现利用氨水湿法生长获得的氧化锌纳米线的氧空位缺陷较多;试验发现紫外光的照射可在氧化锌纳米线表面引入新的缺陷。利用AFM探针,研究了基于单根氧化锌纳米线的压电特性;成功研制了基于氧化锌纳米线阵列的发电机,研究了基于欧姆接触或异质PN结势垒的纳米发电机特性,研究发现:纳米发电机的输出电信号强度与势垒密切相关,含势垒的发电机输出电信号强度高于无势垒的或者势垒较小的发电机,发电机的输出电压最高可达500mV;利用手机信号(900-1000MHz频段),研究了氧化锌发电机在微波信号驱动下的工作特性,发现微波信号可使发电机正常工作(输出电压达25mV),该结果表明有望利用高频微波信号和氧化锌实现无线远程充电。
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