壓電效應(yīng)和半導(dǎo)體效應(yīng)結(jié)合起來，形成一個新的研究領(lǐng)域：壓電電子學(xué)。
壓電效應(yīng)
壓電效應(yīng)是指特定晶體材料在應(yīng)力作用下變形時所產(chǎn)生電壓的現(xiàn)象，即一種機(jī)械能與電能互換的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是1880年由皮埃爾·居里和雅克·居里兄弟發(fā)現(xiàn)的。壓電材料發(fā)生壓電效應(yīng)的原因，是因?yàn)槠鋬?nèi)部原子的特殊排列方式，使得材料有了應(yīng)力場和電場耦合的效應(yīng)。壓電效應(yīng)已被廣泛應(yīng)用于微機(jī)械傳感、器件驅(qū)動和能源領(lǐng)域。
壓電器件
基于壓電效應(yīng)的新型納米電子邏輯器件，這種邏輯器件的開關(guān)可以通過外加在氧化鋅納米線上的應(yīng)力所產(chǎn)生的電場調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基本和復(fù)雜的邏輯功能。傳統(tǒng)的場效應(yīng)晶體管中，一種場效應(yīng)開關(guān)調(diào)控了半導(dǎo)體中電流的方向；這種電場是靠外加的電壓。而這種新型納米邏輯器件的開關(guān)場則是通過氧化鋅納米線的機(jī)械變形來產(chǎn)生的晶體內(nèi)部場，它可以取代傳統(tǒng)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件中柵極電壓的作用，從而可調(diào)控載流子的運(yùn)動。CMOS晶體管的研究致力于高速運(yùn)算，與之互補(bǔ)，新型納米壓電邏輯器件適用于低頻應(yīng)用領(lǐng)域。基于壓電效應(yīng)的新型納米電子邏輯器件的基本元件包括晶體管和二極管，可廣泛應(yīng)用于納米機(jī)器人、納米機(jī)電系統(tǒng)、微機(jī)電系統(tǒng)、微流體器件中。調(diào)控這類邏輯器件的信號應(yīng)力可以是簡單的按鈕動作，也可由液體流動、肌肉的伸縮或機(jī)器人部件的運(yùn)動所產(chǎn)生。利用機(jī)械應(yīng)變作為柵極門控制信號的氧化鋅納米線壓電晶體管（strain-gated-transistor）是這一組新型邏輯器件的基本組成元件。每個氧化鋅納米線壓電晶體管由一根集成在柔性襯底上的氧化鋅納米線和其兩端的源漏金屬電極構(gòu)成。改變作用在柔性襯底上的應(yīng)力，在納米線中應(yīng)變極性發(fā)生相應(yīng)的改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對壓電晶體管的觸發(fā)調(diào)控。
提出
2007年，基于納米級壓電和半導(dǎo)體性能的巧妙耦合，著名科學(xué)家王中林（中國科學(xué)院外籍院士、美國佐治亞理工學(xué)院董事教授）首次提出了壓電電子學(xué)的概念，即利用壓電勢能來調(diào)制和控制半導(dǎo)體中的電流。借用氧化鋅納米結(jié)構(gòu)同時具備半導(dǎo)體性和壓電性的獨(dú)特性質(zhì)，他們制備出第一個壓電三極管和壓電二極管，《自然—納米技術(shù)》將之稱為壓電電子效應(yīng)。
參考資料 >