Investigation of the diameter-dependent piezoelectric response of semiconducting ZnO nanowires by Piezoresponse Force Microscopy and FEM simulations

材料科学 压电响应力显微镜 压电 纳米线 有限元法 原子力显微镜 光电子学 纳米技术 凝聚态物理 复合材料 铁电性 结构工程 物理 工程类 电介质
作者
Thomas Jalabert,Manojit Pusty,Mireille Mouis,Gustavo Ardila
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:34 (11): 115402-115402 被引量:11
标识
DOI:10.1088/1361-6528/acac35
摘要

Semiconducting piezoelectric nanowires (NWs) are promising candidates to develop highly efficient mechanical energy transducers made of biocompatible and non-critical materials. The increasing interest in mechanical energy harvesting makes the investigation of the competition between piezoelectricity, free carrier screening and depletion in semiconducting NWs essential. To date, this topic has been scarcely investigated because of the experimental challenges raised by the characterization of the direct piezoelectric effect in these nanostructures. Here we get rid of these limitations using the piezoresponse force microscopy technique in DataCube mode and measuring the effective piezoelectric coefficient through the converse piezoelectric effect. We demonstrate a sharp increase in the effective piezoelectric coefficient of vertically aligned ZnO NWs as their radius decreases. We also present a numerical model which quantitatively explains this behavior by taking into account both the dopants and the surface traps. These results have a strong impact on the characterization and optimization of mechanical energy transducers based on vertically aligned semiconducting NWs.
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