【摘 要】
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自1880年发现压电效应,很快传统的压电材料（无机钙钛矿陶瓷晶体和有机聚合物）就在机电传感器、致动器和能量转换器等领域得到广泛应用。然而,这些材料的绝缘特性限制了其压电极化和电子之间的耦合作用发挥。2006年,王中林院士首次利用压电半导体材料制备得到一种新型的压电纳米发电机,随即很快提出压电电子学概念和相应理论。压电电子学效应是将压电极化与半导体性质有效结合,通过压电极化电荷调控半导体界面能带和电
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自1880年发现压电效应,很快传统的压电材料（无机钙钛矿陶瓷晶体和有机聚合物）就在机电传感器、致动器和能量转换器等领域得到广泛应用。然而,这些材料的绝缘特性限制了其压电极化和电子之间的耦合作用发挥。2006年,王中林院士首次利用压电半导体材料制备得到一种新型的压电纳米发电机,随即很快提出压电电子学概念和相应理论。压电电子学效应是将压电极化与半导体性质有效结合,通过压电极化电荷调控半导体界面能带和电荷传输特性。在压电半导体材料中,一维ZnO纳米材料由于尺寸形貌的高度可控和独特的功能性在纳米发电机、应力应变传感及压电电子学理论研究等方面获得广泛关注。为了实现一维ZnO纳米阵列材料的商业化推广应用,其微观尺寸的规整性与压电电子学器件结构之间的相关性有待进一步探索。本论文采用低温水热外延生长一维ZnO纳米阵列压电半导体材料,研究外延生长ZnO纳米阵列的影响因素,分析探讨其生长机理。基于外延生长得到性能优异的一维ZnO纳米阵列,实现高灵敏压力传感器的设计和制备,以此探索压电电子学效应。本文主要内容和结论包括以下几个部分:（1）本论文采用低温水热合成方法进行ZnO纳米阵列的同质外延生长,制备得到垂直排列的一维ZnO纳米阵列。优化合成一维ZnO纳米阵列的材料体系,重点研究了ZnO种子层上同质外延生长一维ZnO纳米阵列的影响因素。研究结果表明采用六水合硝酸锌和六次亚甲基四胺体系在前驱体物质的量浓度为150mmol/L、生长温度85°C、生长时间为7h以及添加氨水含量为5m L的条件下的制备得到单根长径比最大为78的规则排列的一维ZnO纳米阵列。（2）将硅衬底表面同质外延生长的一维ZnO纳米阵列用于组装2×2电极压力传感器,并测试器件性能。对传感器进行I-V特性曲线测试,证明了器件形成了肖特基接触。对单块和串、并联两块传感器的输出电流、电压测试,进一步证明是由压电效应引起肖特基势垒高度的变化。传感器随着施加力的增大,输出的电压和电流同时增大。在0.05～2.8N压力范围内,传感器的输出电压、电流与施加力具有良好的线性关系。当力增加到2.8N时,输出电压最大值约为159m V,输出电流最大值为0.9n A。器件的灵敏度在0.05～2.8N压力范围内,随压力增加而减小。在施加力为0.03N时分辨率最高为851m V/MPa。对传感器进行独立性和重复性测试,测试结果为2×2电极传感器相互独立,互不影响,且具有良好的重复性与较长的使用寿命。
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