ZnO微納米結(jié)構(gòu)的CVD法生長及其在壓電應(yīng)力傳感器中的應(yīng)用.pdf

1、碩士學(xué)位論文ZnO微納米結(jié)構(gòu)的CVD法生長及其在壓電應(yīng)力傳感器中的應(yīng)用Micro&nanoZnOstructuresgrownbyCVDmethodandtheirapplicationinpiezoelectricstrainsensor學(xué)號(hào)：21QQ211I大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要ZnO是一種具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的II—VI族寬帶隙半導(dǎo)體功能材料，室溫下的禁帶寬度達(dá)到

2、337eV，激予束縛能高達(dá)60meV，成為制備下一代的短波長發(fā)光二極管以及激光器的最優(yōu)候選材料之一。此外，它還具有許多其它的優(yōu)良特性，包括良好的壓電特性、高的化學(xué)和熱學(xué)穩(wěn)定性、高的透明性和生物適應(yīng)性及寬的電導(dǎo)率范圍等，且無毒性、廉價(jià)易得，因此在其它光電子器件和微電子器件方面也有著廣闊的應(yīng)用前景。特別是近年來，ZnO的半導(dǎo)體壓電耦合效應(yīng)引起了人們的關(guān)注，人們針對(duì)該效應(yīng)進(jìn)行了廣泛的研究，從而成功制備了納米發(fā)電機(jī)、壓電二極管、壓電場效應(yīng)晶體管

3、等器件，基于ZnO微納米結(jié)構(gòu)所制備的諸多壓電器件顯示了巨大的應(yīng)用潛力。因此，利用ZnO的半導(dǎo)體壓電耦合效應(yīng)制備出更多功能新穎、性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛的壓電器件已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)。本論文在系統(tǒng)的總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于ZnO材料的制備及器件工藝的研究歷史以及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，利用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法生長出多種ZnO微納米結(jié)構(gòu)并制各了ZnO壓電應(yīng)力傳感器。主要研究內(nèi)容如下：一、利用上游生長模式的化學(xué)氣相沉積法生長出ZnO微米樹狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)中的反

4、應(yīng)容器為一個(gè)兩端開放的小石英管，由于氣流的回流效應(yīng)以及溫度變化的作用，最終在上游端口處生長出大量ZnO微米樹狀結(jié)構(gòu)，在下游端口處生長出少量ZnO四角針狀結(jié)構(gòu)，并用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)它們的微觀形貌進(jìn)行了表征。圖像顯示樹狀結(jié)構(gòu)中夾雜著少量更為微小的花狀結(jié)構(gòu)，為接下來的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件制備微米球狀結(jié)構(gòu)打下基礎(chǔ)。二、通過改變實(shí)驗(yàn)條件，利用化學(xué)氣相沉積法生長出ZnO微米線球結(jié)構(gòu)和微米刺球結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)容器為一個(gè)半封閉的小石英管，通過改變

5、氧氣供給量，在端口處生長出新穎的ZnO微米球狀結(jié)構(gòu)并采用掃描電子顯微鏡對(duì)它們的微觀形貌進(jìn)行了表征。圖像顯示微米刺球的結(jié)構(gòu)規(guī)整，分布均勻，并且宏觀上一定數(shù)量的微米刺球聚集在一起后，整體具有彈性，適合制備壓電應(yīng)力傳感器件。三、使用所生長出的ZnO微米刺球結(jié)構(gòu)制備出一種新型壓電應(yīng)力傳感器件。通過半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)(Keithley4200)對(duì)器件的I—V特性以及壓電應(yīng)變特性進(jìn)行了研究。經(jīng)分析，該種器件對(duì)所施加的應(yīng)力高度敏感，開關(guān)比高達(dá)約60，