压电电子学

压电电子效应 是利用压电电势作为“门”电压对电荷载流子的传输特性进行调整和控制，可以用于制备新型的电子器件。压电电子学的基本原理是由佐治亚理工学院的王中林教授在2007年提出来的。  Zhong Lin Wang, “Nanopiezotronics”, Advanced Materials, 2007, 19, 889-892.
基于这个效应，已经制备了一系列的电子器件，包括压电电场栅控的场效应晶体管,  Xudong Wang, Jun Zhou, Jinhui Song, Jin Liu, Ningsheng Xu, and Zhong Lin Wang, “Piezoelectric Field Effect Transistor and Nanoforce Sensor Based on a Single ZnO Nanowire”, Nano Letters, 2006, 6, 2768-2772. 压电电场控制的二极管, Jr-Hau He, Cheng-Lun Hsin, Jin Liu, Lih-Juann Chen and Zhong Lin Wang, “Piezoelectric Gated Diode of a Single ZnO Nanowire”, Advanced Materials, 2007, 19, 781-784.  应变传感器,  Jun Zhou, Yudong Gu, Peng Fei, Wenjie Mai, Yifan Gao, Rusen Yang, Gang Bao and Zhong Lin Wang, “Flexible Piezotronic Strain Sensor”,  Nano Letters, 2008, 8, 3035-3040. 力/流量传感器,  Peng Fei, Ping-Hung Yeh, Jun Zhou, Sheng Xu,Yifan Gao, Jinhui Song, Yudong Gu,Yanyi Huang and Zhong Lin Wang, “Piezoelectric Potential Gated Field-Effect Transistor Based on a Free-Standing ZnO Wire”, Nano Letters, 2009, 9, 3435-3439. 混合 场效应晶体管,  Weihua Liu, Minbaek Lee, Lei Ding, Jie Liu, and Zhong Lin Wang, “Piezopotential Gated Nanowire-Nanotube Hybrid Field-Effect Transistor”, Nano Letters, 2010, 10, 3084-3089. 压电 逻辑门电路,  Wenzhuo Wu, Yaguang Wei, Zhong Lin Wang, “Strain-Gated Piezotronic Logic Nanodevices”, Advanced materials, 2010, 22, 4711-4715. 机电 存储器,  Wenzhuo Wu and Zhong Lin Wang, “Piezotronic Nanowire-Based Resistive Switches As Programmable Electromechanical Memories”, Nano Letters, 2011, 11, 2779–2785. 等等. 压电电子器件被认为是一个新的半导体器件种类。 压电电子学在传感器，人机交互技术，微机电系统，纳米机器人，以及有源柔性电子学等领域都可能具有重大的应用前景。

机制
由于材料具有非中心对称性，例如纤锌矿结构的氧化锌、氮化镓和氮化铟，当在材料上施加一个应力时，在晶体中会产生一个压电电势。由于同时具有压电特性和半导体特性，在晶体中产生的压电电势会对载流子的传输过程产生很强的影响。通常，基本的压电电子器件的构造可以分成两个类型。在这里我们以纳米线为例。 对于第一类，压电纳米线被放置在一个柔性的衬底上，两个顶端用电极固定。在这种情况下，当衬底被弯曲，纳米线会被纯粹的拉伸或者压缩。压电电势将会沿着纳米线的轴向分布。它会改变接触区域的电场或者肖特基势垒的高度。在一侧接触引入的正的压电电势将会降低肖特基势垒的高度，而在另一侧接触引入的负的压电电势将会提高势垒的高度。因此电子传输特性将会被改变。对于第二类压电电子器件，纳米线的一端用电极固定，而另一端是自由的。在这种情况下，当在纳米线的自由端施加一个力，对其进行弯曲，压电电势将会垂直于纳米线的轴向分布。引入的压电电势是垂直于电子传输方向的，就好像在传统场效应晶体管中所施加的门电压一样。因此，电子传输特性将会被改变。用于压电电子学的材料应该是压电半导体材料，  Zhong Lin Wang “Piezopotential Gated Nanowire Devices: Piezotronics and Piezo-phototronics”, Nano Today, 5 (2010) 540-552. 例如氧化锌，氮化镓和氮化铟。压电效应，光激发和半导体特性之间三者的耦合是压电电子学（压电效应-半导体特性耦合），压电光子学（压电效应-光子激发耦合），光电子学和压电光电子学（压电效应-半导体特性-光激发耦合）的基础。这些耦合效应的核心是压电材料中产生的压电电势。

参考文献

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