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ZnO是直接宽带隙半导体材料,常温下带宽为3.37eV,所对应的波长处于紫外波段,与其他几种常见的宽带隙半导体的性质对比,ZnO在很多方面存在明显的优势。首先,ZnO的激子束缚能高达60meV,高于室温热离化能(26meV),非常适合制作室温或更高温度下的短波长光电子器件。其次,ZnO的电子饱和迁移率也较高,因此更适合制作高频器件。特别重要的是,ZnO具有显著的半导体和压电耦合特性,且其生产成本低廉,容易获取,制备工艺要求也较低,这些优势使ZnO成为近年来制备压电器件的重要材料。自2006年王中林教授提出“纳米发电机”这一概念开始,各国的科研工作者们开始以硅、蓝宝石、纤维等材料为衬底,制备了多元结构的压电纳米发电机,用以收集环境中的机械能,通过压电效应将其转化为电能,实现为各种微纳器件供电的目标。本文以ZnO纳米结构为基础,提出了两种新型的复合材料压电纳米发电机。主要的研究过程及成果如下:首先在n型硅片衬底上利用水溶液法制备ZnO纳米棒阵列,并利用磁控溅射法在ZnO纳米棒阵列上沉积一层BaTiO3薄膜,经过退火和极化增强压电特性。通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和X射线能谱仪(EDS)等一些表征手段对生长样品进行了表征。表征结果显示,ZnO纳米棒阵列具有六方纤锌矿结构,致密地生长在硅片衬底上,BaTiO3薄膜均匀覆盖在ZnO纳米棒表面,形成BaTiO3/ZnO核壳结构。接下来制备出基于这种BaTiO3/ZnO核壳结构的压电纳米发电机,并对其性能进行了相应的测试与分析。我们利用半导体测试仪对纳米发电机进行电学特性的测量,发现它有较好的发电性能,与单独基于ZnO纳米棒或BaTiO3薄膜的单一材料的纳米发电机相比,有更高的输出电流,约为105nA。其次我们制作了另外一种基于ZnO纳米结构的发电机——ZnO/NiO复合结构压电纳米发电机。首先利用磁控溅射法在ITO衬底上沉积一层NiO薄膜,之后同样利用磁控溅射法在上面再沉积一层ZnO薄膜,并利用与上面提到的相同表征手段对实验样品的形貌、结构等进行表征,并将其制成压电器件,在外力的作用下将机械能转化为电能。经测量,这种基于ZnO/NiO复合结构压电纳米发电机的输出的压电电流可以达到70nA,比单独的ZnO薄膜纳米发电机增大10倍。这主要是因为NiO-ZnO之间形成的pn结降低了ZnO薄膜内的载流子浓度,从而减弱了载流子对其产生的压电电势的屏蔽效应。