壓電電子學

壓電電子效應 是利用壓電電勢作為「門」電壓對電荷載流子的傳輸特性進行調整和控制，可以用於製備新型的電子器件。壓電電子學的基本原理是由喬治亞理工學院的王中林教授在2007年提出來的。^[1] 基於這個效應，已經製備了一系列的電子器件，包括壓電電場柵控的場效應電晶體,^[2] 壓電電場控制的二極體,^[3] 應變傳感器,^[4] 力/流量傳感器,^[5] 混合 場效應電晶體,^[6] 壓電 邏輯閘電路,^[7] 機電 存儲器,^[8] 等等. 壓電電子器件被認為是一個新的半導體器件種類。 壓電電子學在傳感器，人機互動技術，微機電系統，納米機器人，以及有源柔性電子學等領域都可能具有重大的應用前景。

兩端通過電極固定在柔性襯底上的壓電電子器件的工作原理。由應變產生的沿著壓電材料分布的壓電電勢將會使兩端接觸處肖特基勢壘的高度沿相反的方向改變：負的壓電電勢提高局域勢壘的高度，而正的壓電電勢降低局域勢壘高度。這種對肖特基勢壘的非對稱調節作用就是壓電電子效應。

機制

壓電材料一端被固定的壓電電子器件的工作原理。誘發的壓電電勢分布與傳統場效應電晶體中所施加的門電壓類似，如圖（b）所示。

顯示壓電效應，光激發和半導體特性三者之間相互耦合的示意圖。

由於材料具有非中心對稱性，例如纖鋅礦結構的氧化鋅、氮化鎵和氮化銦，當在材料上施加一個應力時，在晶體中會產生一個壓電電勢。由於同時具有壓電特性和半導體特性，在晶體中產生的壓電電勢會對載流子的傳輸過程產生很強的影響。通常，基本的壓電電子器件的構造可以分成兩個類型。在這裡我們以納米線為例。 對於第一類，壓電納米線被放置在一個柔性的襯底上，兩個頂端用電極固定。在這種情況下，當襯底被彎曲，納米線會被純粹的拉伸或者壓縮。壓電電勢將會沿著納米線的軸向分布。它會改變接觸區域的電場或者肖特基勢壘的高度。在一側接觸引入的正的壓電電勢將會降低肖特基勢壘的高度，而在另一側接觸引入的負的壓電電勢將會提高勢壘的高度。因此電子傳輸特性將會被改變。對於第二類壓電電子器件，納米線的一端用電極固定，而另一端是自由的。在這種情況下，當在納米線的自由端施加一個力，對其進行彎曲，壓電電勢將會垂直於納米線的軸向分布。引入的壓電電勢是垂直於電子傳輸方向的，就好像在傳統場效應電晶體中所施加的門電壓一樣。因此，電子傳輸特性將會被改變。用於壓電電子學的材料應該是壓電半導體材料，^[9] 例如氧化鋅，氮化鎵和氮化銦。壓電效應，光激發和半導體特性之間三者的耦合是壓電電子學（壓電效應-半導體特性耦合），壓電光子學（壓電效應-光子激發耦合），光電子學和壓電光電子學（壓電效應-半導體特性-光激發耦合）的基礎。這些耦合效應的核心是壓電材料中產生的壓電電勢。^[9]