[发明专利]纳米压电发电机及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月23日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0018655的权益，其公开内容通过参考全部引入本文。

技术领域

本公开内容涉及纳米压电发电机(nano-piezoelectric generator)和制造所述纳米压电发电机的方法。

背景技术

压电发电机是用于将机械振动转变为电能的装置(器件，device)，并且可用作小尺寸装置和传感器的电源或者可用作用于传感(检测，sense)机械振动的传感器。

近来，已研究了纳米压电电子学(nanopiezotronics)，其为在纳米范围尺度上使用压电现象的领域。由于应变限制效应，与体结构体(大体积结构体，bulk structure)的压电效率相比，纳米结构体的压电效率可改善。即，在体结构体中，由于应力而产生的应变在其中未施加应力的方向上以及在其中施加应力的方向上发生，且因此应变被分散。然而，在纳米结构体中，和特别地，在作为一维纳米结构体的纳米线结构体中，应变仅限于其中施加应力的纳米线结构体的长度方向，且因此可获得高的压电系数。

另一方面，公知的压电材料如锆钛酸铅(PZT)和钡钛氧化物(BTO)不适合于制纳米线(nano-wiring)且包括对人类有害的物质。因此，近来，已积极地研究适合于制纳米线的材料如ZnO或GaN作为新的纳米压电材料。

发明内容

提供具有改善的压电效率的纳米压电发电机和制造所述纳米压电发电机的方法。

另外的方面将在随后的描述中部分地阐明，且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所提供的实施方式的实践获知。

根据本发明的一个方面，纳米压电发电机包括：第一电极和第二电极；在所述第一和第二电极之间的至少一个由纳米结构体形式的半导体压电材料形成的纳米压电单元；以及在所述第一电极和所述至少一个纳米压电单元之间的由绝缘材料形成的中间层。

所述中间层可包括氧化物或聚合物。所述中间层可包括MoO₃、VO₂、WO₃、HfO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Si₃N₄、Ta₂O₅、MgO、Y₂O₃、La₂O₃、HaSiO₄或SiO₂。

所述第一电极可由金属材料、导电氧化物、或导电聚合物形成。

所述纳米压电单元可包括ZnO或GaN。

所述纳米压电单元可包括：含有预定的第一载流子的纳米结构体；和用于调节所述第一载流子的浓度的浓度调节单元。

所述浓度调节单元可包括掺杂在所述纳米结构体中并且具有与所述第一载流子的极性相反的极性的第二载流子。所述纳米结构体可由ZnO半导体纳米线形成，和所述第二载流子可为p型杂质。所述p型杂质可为Li。

所述浓度调节单元可包括附着至所述纳米结构体的表面并且具有与所述第一载流子的极性相同的极性的官能团。所述纳米结构体可由ZnO半导体纳米线形成，并且所述官能团可具有负电荷。

所述浓度调节单元可包括涂覆在所述纳米结构体的表面上的铁电材料。

根据本发明的另一方面，制造纳米压电发电机的方法包括：在第一电极上形成由绝缘材料形成的中间层；在第二电极上形成至少一个由纳米结构体形式的半导体压电材料形成的纳米压电单元；和将所述至少一个纳米压电单元结合到所述中间层。

附图说明

从结合附图考虑的实施方式的下列描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的纳米压电发电机的示意性透视图；

图2A和2B是显示根据对比例的纳米压电发电机的压电电势(piezoelectric potential)的图；

图3A和3B是显示图1中所示的纳米压电发电机的压电电势的图，其中中间层的材料分别是MoO₃和VO₂；

图4是根据本发明的另一实施方式的纳米压电发电机的示意性透视图；

图5是显示在ZnO纳米线中压电电势相对于载流子的浓度的计算机模拟图；