圆形振动膜ZnO压电微传声器的研制

本文介绍了一种新型圆形振动膜ZnO压电微传声器的制备，并对传声器制备的工艺过程进行了较为详细的描述。圆形振动膜的压电传卢器与以前方形振动膜结构设计相比，较大幅度提高了传声器的灵敏度和成品率，灵敏度达到-70dB（相对于1V／Pa），成品率达到80％。     

基于ZnO压电薄膜的弯曲振动硅微压电超声换能器的研究

对所研制的硅微压电超声换能器（PMUT）的振动特性进行了研究分析。对硅微压电超声换能的振动膜薄板的厚度相对于薄板的尺度（边长）而言较薄的情况,理论分析与实验结果均表明残余应力对换能器的谐振频率影响较大:不考虑残余应力的理论分析得出的换能器谐振频率与器件的实验测量的结果相差较大,而考虑残余应力的分析给出的谐振频率结果与实验结果是符合的。本文还对所制作的硅微压电超声换能器的谐振频率及导纳进行测量,并给出其等效电路参数。其中振动膜边长为1mm的换能器的谐振频率为71.25 kHz。最后对其进行了简单接收发射实验,测得谐振频率处的接收灵敏度为-201.6 dB（ref 1 V/μPa）,发射电压响应约为137 dB（ref 1 μPa·m/V）。     

热处理对ZnO/Au薄膜结构和压电特性的影响

通过射频磁控溅射在氧化硅片表面沉积ZnO/Au薄膜,并通过不同的热处理方式对薄膜进行退火。为了研究退火对ZnO/Au薄膜结构和压电特性的影响,采用X射线衍射分析（XRD）、光学显微镜、场发射扫面电镜（FESEM）和压电力分析仪对薄膜退火前后的材料特性进行了分析。研究发现,热处理能够改善ZnO/Au薄膜的结晶质量。特别是在氮气保护氛围下慢速退火后,薄膜结晶质量有明显改善。但是,热处理导致了薄膜的压电系数d33和d31降低。分析认为,热处理过程中Au原子在ZnO中的易迁移特性破坏了ZnO/Au薄膜的压电性能。     

热处理对ZnO/Au薄膜结构和压电特性的影响

通过射频磁控溅射在氧化硅片表面沉积ZnO/Au薄膜,并通过不同的热处理方式对薄膜进行退火。为了研究退火对ZnO/Au薄膜结构和压电特性的影响,采用X射线衍射分析（XRD）、光学显微镜、场发射扫面电镜（FESEM）和压电力分析仪对薄膜退火前后的材料特性进行了分析。研究发现,热处理能够改善ZnO/Au薄膜的结晶质量。特别是在氮气保护氛围下慢速退火后,薄膜结晶质量有明显改善。但是,热处理导致了薄膜的压电系数d33和d31降低。分析认为,热处理过程中Au原子在ZnO中的易迁移特性破坏了ZnO/Au薄膜的压电性能。     

热处理对ZnO/Au薄膜结构和压电特性的影响（英文）

通过射频磁控溅射在氧化硅片表面沉积ZnO/Au薄膜,并通过不同的热处理方式对薄膜进行退火。为了研究退火对ZnO/Au薄膜结构和压电特性的影响,采用X射线衍射分析(XRD)、光学显微镜、场发射扫面电镜(FESEM)和压电力分析仪对薄膜退火前后的材料特性进行了分析。研究发现,热处理能够改善ZnO/Au薄膜的结晶质量。特别是在氮气保护氛围下慢速退火后,薄膜结晶质量有明显改善。但是,热处理导致了薄膜的压电系数d33和d31降低。分析认为,热处理过程中Au原子在ZnO中的易迁移特性破坏了ZnO/Au薄膜的压电性能。     

碳纳米管微悬臂梁红外探测器的优化设计

对复合层微悬臂梁红外探测器进行了理论分析，并建立了相应的理论模型，实验研究了在硅基底上生长碳纳米管的吸热特性，优化设计了一种生长有碳纳米管的三层硅微悬臂梁谐振式红外探测器。该探测器基于复合层微悬臂梁的谐振频率随着微悬臂梁温度的改变发生漂移的特性，在一定的红外辐射下，微悬臂梁的温度会随着辐射光强的强弱而发生变化，从而根据微悬臂梁谐振频率的漂移而感知温度变化实现对辐射光的探测，利用碳纳米管的红外吸收特性，在二层微悬臂梁上生长碳纳米管薄膜作为吸收层，提高了微悬臂梁探测器的红外吸收性能。研究表明：其功率灵敏度可达fw级，比传统的静态测试方法提高了两个数量级。而且这种基于微机电系统技术的传感器与集成电路工艺是兼容的。     

光激光拾谐振法确定硅微机械薄膜的杨氏弹性模量

提出了一种采用光热激励和光拾取的全光谐振技术方法,确定硅微机械薄膜的杨氏弹性模量.该方法基于光热激励的致动机理,使用调制光对硅微机械薄膜结构进行光热激励使之谐振,利用光纤传感技术拾取其谐振频率信号,进而利用谐振理论模型确定其杨氏弹性模量.为准确确定杨氏弹性模量,利用了硅微薄膜结构的前三阶谐振频率进行多次测量,求均值的方法.为简化光激励测试系统,设计了新颖结构的单光源激励测试系统,同时实现了对微机械薄膜结构的激振和信号拾取.     

V形槽硅微通道冷却器的研制

高平均功率的二极管泵浦固体激光器（DPL）要求用于泵浦的二极管阵列功率密度达到1kW／cm^2，由于二极管运行的电光效率只有40％50％，需要高强度的冷却器来对面阵进行冷却。V型槽硅微通道冷却器。结构紧凑，具有较高的冷却能力，可在其V形槽上同时焊接多条bar而形成面阵。从而能大幅提高封装工艺的集成度，降低封装成本，使大规模地封装高功率激光二极管阵列成为可能。     

纳米硅薄膜复合阳极的绿色微腔式OLED的研究

采用甚高频增强型等离子体化学气相沉积技术,通过优化薄膜的沉积条件制备出高性能的P nc Si∶H薄膜材料(σ=5.86 S/cm、Eopt>2.0 eV).通过XRD测量计算出薄膜<111>、<220>和<311>三个晶向上的晶粒大小分别为15 nm、17 nm和21 nm;通过Raman测量,计算出其晶化率为35％左右.实验中,将P型纳米硅薄膜与氧化铟锡一起构成有机电致发光器件的复合阳极,研究了他们的发光特性,结果表明：由于P nc Si∶H薄膜材料具有近似半反半透的光学特性,它与高反射率的阴极Al使有机电致发光器件产生了微腔效应,使其发光光谱窄化,半宽高由126 nm窄化到33 nm;发光光亮明显增强,最大亮度为47 130 cd/m2,最大发光效率为9.543 83 cd/A,与以ITO为阴极的无腔器件相比,提高了约127%.     

镀膜硅微机械谐振器光热激励的实验研究

对镀膜双层硅微机械谐振器的光热激励进行了实验研究，在大气环境下对硅微谐振器进行了光激电拾实验测试和光激光拾实验测试。成功观测到了硅微谐振器的一阶、二阶和三阶谐振状态。在光激光拾实验测试中提出了一种新颖的“单光源实验测试方法”，即：使用同一光源同时实现硅微谐振器的光热激振和微弱谐振信号的提取，这与传统的“双光源实验方法”相比，简化了实验系统，有利于实用化开发。     

ZnO薄膜硅微压电矢量水听器

提出了一种基于ZnO压电薄膜的硅微压电矢量水听器,其核心部件是利用微电子机械系统(MEMS)技术制作的悬臂梁结构压电加速度计。由近似解析和有限元分析,得出加速度计的灵敏度和谐振频率,并在此基础上对其进行了优化设计。研制了MEMS压电加速度计,并装配后构成MEMS矢量水听器。测试结果表明:加速度灵敏度在20~1,200 Hz范围内约为0.83 mV/(m/s²)。经过液柱法测量,在1 kHz时,MEMS矢量水听器等效声压灵敏度为-229.5 dB (ref.1V/μPa),比同类型压阻式MEMS矢量水听器的灵敏度高17 dB以上。     

基于高阻ZnO薄膜的光电导型紫外探测器

本文通过射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积一层ZnO薄膜, 制备了Al-ZnO-Al 结构光电导型紫外探测器件, 并在室温下测试了所制备器件的暗场特性及其对紫外线的响应特性. 暗场条件下器件电流特性测试结果表明所制备的ZnO薄膜电阻率达到了3.71×10⁹ Ω · cm, 是一种高阻薄膜. 在波长365 nm, 光强303 μW/cm²的紫外线照射下, 薄膜的电阻率为7.20×10⁶ Ω · cm, 探测器明暗电流比达到了516. 40 V偏置电压条件下周期性开关紫外线照时, 探测器的上升和下降时间分别为199 ms和217 ms, 响应速度快且重复性好, 并利用ZnO半导体表面复合慢过程和体复合快过程对瞬态响应过程进行了理论拟合分析. 本文研究结果表明, 高阻ZnO薄膜紫外探测器具有良好的紫外光电响应特性.     

MEMS压电水听器和矢量水听器研究进展*

基于微电子机械系统制造技术的MEMS压电水听器和矢量水听器具有小型化、低功耗、低成本、易成阵、无源、噪音低等优点。对基于ZnO薄膜的MEMS水听器和矢量水听器进行了研究,测试结果表明,硅微压电水听器的灵敏度为-192 d B(ref.1 V/μPa),基本达到实用化的要求。MEMS压电矢量水听器等效声压灵敏度为-229.5 d B(ref.1 V/μPa),比同类型压阻式MEMS矢量水听器的灵敏度高17 d B,但还未达到实用化要求。为了进一步提高MEMS矢量水听器的灵敏度,设计了具有U形槽的压电复合悬臂梁结构和电极串联结构,采用具有更高压电系数的掺钒ZnO薄膜作为压电层,并对MEMS制备工艺进行了改进,有望显著提高MEMS矢量水听器的灵敏度。     

用压电聚合物构成的单极性声脉冲发生器

本文介绍了用阶跃电压的快速下降沿作用在PVDF压电膜上而产生的单极性声脉冲。实验结果表明，声脉冲的波形和脉冲宽度取决于PVDF压电膜的厚度，阶跃电压的下降沿宽度，以及背衬材料和声传播媒质的形状等多个因素。该声脉冲发生器所产生的压力波脉冲的宽度约为50ns，不仅适用于固体中空间电荷的测量，也可以用于其他方面的应用，例如超声医学诊断，对材料的非破坏性的检测等。文章以该声脉冲发生器在压电压力波中的应用为例进行论述，并且所有测量结果都是通过压电压力波测试系统获得的。     

ZnO薄膜的激子能量和束缚能的计算

采用有效质量近似，将耦合在一起的6×6价带本征方程分开来考虑, 取激子试探波函数为z方向和x-y平面分离的形式，用变分法计算了ZnO薄膜重空穴带激子基态能、第一激发态能、束缚能和激子的半径随薄膜厚度的变化关系，并讨论了电子波函数的量子隧穿效应对厚度d<2.0 nm薄膜的能量修正. 关键词： 激子 ZnO薄膜 纤锌矿     

Microstructure and optical properties of nitrogen-doped ZnO film

The nitrogen doping of ZnO film deposited by the magnetron sputtering method is subsequently realized by the hydrothermal synthesis method.The nitrogen-doped ZnO film is preferably(002) oriented.With the increase of hexamethylenetetramine(HMT) solution concentration,the average grain size of the film along the 002 direction almost immediately decreases and then monotonously increases,conversely,the lattice strain first increases and then decreases.The structural evolution of the film surface from compact and even to sparse and rough is attributed to the enhanced nitrogen doping content in the hydrothermal process.The transmission and photoluminescence properties of the film are closely related to grain size,lattice strain,and nitrogen-related defect arising from the enhanced nitrogen doping content with HMT concentration increasing.     

Direct-current piezoelectric nanogenerator based on p-Si/n-ZnO heterojunction

We have demonstrated a direct-current piezoelectric nanogenerator with a novel structure of p-Si/n-ZnO heterojunction. Low resistance p-type silicon chip, with a large number of nano-concaves on the surface, was utilized as a top electrode over the n-type ZnO nanorod arrays, forming a heterojunction nanogenerator. Piezoelectric current, with average singles about 1 nA, was generated from the heterojunction nanogenerator. Rectifying behavior of the p-Si/n-ZnO heterojunction in our piezoelectric nanogenerator was analyzed from the I–V curve and the energy band structure. Furthermore, output tests of reverse connection and two devices parallel connection clearly eliminate the effects from measurement system errors and confirms that the current is generated from the nanogenerator. Our research presents an approach to integrating a new type of nanogenerator using the silicon chip directly, without expensive Pt or Au coated on the electrode surfaces.     

ZnO micro-nano composite hydrophobic film prepared bythree-step method

<正>The hydrophobicity of the lotus leaf is mainly due to its surface micro—nano composite structure.In order to mimic the lotus structure,ZnO micro-nano composite hydrophobic films were prepared via the three-step method.On thin buffer films of SiO₂,which were first fabricated on glass substrates by the sol—gel dip-coating method,a ZnO seed layer was deposited via RF magnetron sputtering.Then two different ZnO films,micro-nano and micro-only flowerlike structures,were grown by the hydrothermal method.The prepared films have different hydrophobic properties after surface modification.The structures of the obtained ZnO films were characterized using x-ray diffraction and field-emission scanning electron microscopy.A conclusion that a micro-nano composite structure is more beneficial to hydrophobicity than a micro-only structure was obtained through research into the effect of structure on hydrophobic properties.     

Electric power generation using vibration of a polyurea piezoelectric thin film

An energy harvesting system is proposed, in which mechanical energy is converted to electrical energy through the piezoelectric effect of a polymer polyurea film on the device. Electrical energy harvesting methods that use piezoelectric elements have been reported by several groups, and lead zirconate titanate (PZT) is predominantly employed as the piezoelectric material. An energy harvesting device with a polyurea thin film formed through vapor deposition polymerization with 4,4′-diphenylmethane diisocyanete (MDI) and 4,4′-diamino diphenyl ether (ODA). The conversion efficiency from mechanical to electrical energy was calculated using finite elemental analysis (FEA) of the cantilever configuration. Higher conversion efficiency was obtained using a thinner and shorter cantilever configuration with increased resonance frequency of the device. Experiments were conducted using an electric power generation device with a 3 μm thick polyurea thin film attached to a 0.1-mm-thick, 18-mm-long beryllium copper cantilever. Vibration in the vertical direction, which induces the bending vibration on the cantilever, was applied to the device and the output voltage was measured by connecting load resistances. The output power was measured with a change in the load resistance from 10 kΩ to 10 MΩ, and an optimum output was obtained at 1 MΩ, which corresponds to the value calculated using FEA. The conversion efficiency was improved by changing the cantilever length and an efficiency of 0.233% was obtained with a 4-mm-long cantilever.