Пьезотроника
Эффект пьезотроники заключается в использовании пьезоэлектрического потенциала (пьезопотенциала), созданного в материалах с пьезоэлектричеством, в качестве напряжения «затвора» для настройки / управления свойствами транспорта носителей заряда для изготовления новых устройств.
Нил Дауни показал, насколько просто было построить простые демонстрации в макромасштабе, используя сэндвич из пьезоэлектрического материала и углеродного пьезорезистивного материала, чтобы сделать усилительное устройство, подобное полевому транзистору, и поместил его в книгу научных проектов для студентов в 2006 году. [1]
Фундаментальный принцип пьезотроники был представлен профессором Чжун Линь Ваном в Технологическом институте Джорджии в 2007 году. [2] С 2006 года был продемонстрирован ряд электронных устройств, основанных на этом эффекте, в том числе полевой транзистор с пьезопотенциальным затвором , [3] пьезопотенциальный стробируемый диод , [4] тензодатчики , [5] датчики силы/расхода, [6] гибридный полевой транзистор , [7] пьезотронные логические вентили , [8] электромеханическая память , [9] и т. д.
Пьезотронные устройства считаются новой категорией полупроводниковых устройств. Пьезотроника, вероятно, будет иметь важные применения в датчиках , взаимодействии человека и кремния, МЭМС , наноробототехнике и активной гибкой электронике.
Механизм [ править ]
Из-за нецентральной симметрии в таких материалах, как вюрцита со структурой ZnO , GaN и InN создается пьезопотенциал , в кристалле за счет приложения напряжения . Благодаря одновременному обладанию пьезоэлектрическими и полупроводниковыми свойствами создаваемый в кристалле пьезопотенциал оказывает сильное влияние на процесс транспорта носителей тока. [10]
В целом конструкцию основных пьезотронных устройств можно разделить на две категории. Здесь мы используем нанопроволоки в качестве примера. Первый вариант заключается в том, что пьезоэлектрическая нанопроволока помещается на гибкую подложку, два конца которой фиксируются электродами. В этом случае при изгибе подложки нанопроволока будет либо просто растянута, либо сжата. Вдоль его оси будет введен пьезопотенциал. Это изменит электрическое поле или высоту барьера Шоттки (SB) в области контакта. Наведенный положительный пьезопотенциал на одном конце уменьшит высоту ШБ, а отрицательный пьезопотенциал на другом конце увеличит ее. При этом свойства электротранспорта изменятся. Второй вид пьезотронного устройства заключается в том, что один конец нанопроволоки закреплен электродом, а другой конец свободен. В этом случае, когда к свободному концу нанопроволоки прилагается сила для ее изгиба, распределение пьезопотенциала будет перпендикулярно оси нанопроволоки. Введенное пьезоэлектрическое поле перпендикулярно направлению транспорта электронов, как и при применении Напряжение затвора традиционного полевого транзистора . Таким образом, свойства переноса электронов также будут изменены. [10]
Материалами для пьезотроники должны быть пьезоэлектрические полупроводники. [10] такие как ZnO, GaN и InN. Трехсторонняя связь между пьезоэлектричеством , фотовозбуждением и полупроводником лежит в основе пьезотроники (связь пьезоэлектричество-полупроводник), пьезофотоники (связь пьезоэлектричество-фотонное возбуждение), оптоэлектроники и пьезофототроники (пьезоэлектричество-полупроводник-фотовозбуждение). В основе этой связи лежит пьезопотенциал, создаваемый пьезоэлектрическими материалами. [10]
См. также [ править ]
- Пьезоэлектричество
- Нелинейные пьезоэлектрические эффекты в полярных полупроводниках
- Вюрцит
- Nanostrain - Бывший научный проект, финансируемый ЕС - проект ЕС
Ссылки [ править ]
- ^ Дауни, Нил А. (2006). Взрывные дисковые пушки, слиземобили и 32 других проекта для субботней науки . Издательство Университета Джонса Хопкинса. стр. 133–145. ISBN 0-8018-8506-Х .
- ^ [1] Чжун Линь Ван, «Нанопьезотроника», Advanced Materials, 2007, 19, 889-892.
- ^ Ван, Сюдун; Чжоу, Цзюнь; Сун, Цзиньхуэй; Лю, Цзинь; Сюй, Ниншэн; Линь Ван, Чжун (2006). «Пьезоэлектрический полевой транзистор и наносиловой датчик на основе одной нанопроволоки ZnO» (PDF) . Нано-буквы . 6 (12): 2768–2772. Бибкод : 2006NanoL...6.2768W . дои : 10.1021/nl061802g . ПМИД 17163703 .
- ^ Он, Дж. Х.; Синь, CL; Лю, Дж.; Чен, LJ; Ван, ЗЛ (2007). «Пьезоэлектрический диод из одиночной нанопроволоки ZnO» (PDF) . Продвинутые материалы . 19 (6): 781–784. дои : 10.1002/adma.200601908 .
- ^ [2] Цзюнь Чжоу, Юдун Гу, Пэн Фей, Вэньцзе Май, Ифань Гао, Русен Ян, Ган Бао и Чжун Линь Ван, «Гибкий пьезотронный датчик деформации», Nano Letters, 2008, 8, 3035-3040.
- ^ [3] Пэн Фей, Пин-Хун Йе, Цзюнь Чжоу, Шэн Сюй, Ифань Гао, Цзиньхуэй Сун, Юдун Гу, Яньи Хуан и Чжун Линь Ван, «Полевой транзистор с пьезоэлектрическим потенциалом и управляемым потенциалом на основе отдельно стоящего провода ZnO». », Nano Letters, 2009, 9, 3435-3439.
- ^ [4] Вэйхуа Лю, Минбек Ли, Лэй Дин, Цзе Лю и Чжун Линь Ван, «Гибридный полевой транзистор нанопровода-нанотрубки с пьезопотенциальным вентилем», Nano Letters, 2010, 10, 3084-3089.
- ^ [5] Вэньчжо Ву, Ягуан Вэй, Чжун Линь Ван, «Наноустройства с тензоэлектрической пьезотронной логикой», Передовые материалы, 2010, 22, 4711-4715.
- ^ [6] Вэньчжо Ву и Чжун Линь Ван, «Пьезотронные резистивные переключатели на основе нанопроводов как программируемые электромеханические запоминающие устройства», Nano Letters, 2011, 11, 2779–2785.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д [7] Чжун Линь Ван «Устройства нанопроволоки с пьезопотенциальным управлением: пьезотроника и пьезофототроника», Nano Today, 5 (2010) 540-552.