壓電電子學基本信息

中文名稱 壓電電子學 結合 壓電效應和半導體效應
研究領域 壓電電子學 實質 電壓的現象

基于壓電效應的新型納米電子邏輯器件，這種邏輯器件的開關可以通過外加在氧化鋅納米線上的應力所產生的電場調控，進而實現基本和復雜的邏輯功能。傳統的場效應晶體管中，一種場效應開關調控了半導體中電流的方向;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場則是通過氧化鋅納米線的機械變形來產生的晶體內部場，它可以取代傳統金屬氧化物半導體(CMOS)器件中柵極電壓的作用，從而可調控載流子的運動。CMOS晶體管的研究致力于高速運算，與之互補，新型納米壓電邏輯器件適用于低頻應用領域?；趬弘娦男滦图{米電子邏輯器件的基本元件包括晶體管和二極管，可廣泛應用于納米機器人、納米機電系統、微機電系統、微流體器件中。調控這類邏輯器件的信號應力可以是簡單的按鈕動作，也可由液體流動、肌肉的伸縮或機器人部件的運動所產生。利用機械應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成。改變作用在柔性襯底上的應力，在納米線中應變極性發(fā)生相應的改變，進而實現對壓電晶體管的觸發(fā)調控。

壓電電子學造價信息

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2007年，基于納米級壓電和半導體性能的巧妙耦合，著名科學家王中林(中國科學院外籍院士、美國佐治亞理工學院董事教授)首次提出了壓電電子學的概念，即利用壓電勢能來調制和控制半導體中的電流。借用氧化鋅納米結構同時具備半導體性和壓電性的獨特性質，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》將之稱為壓電電子效應。

壓電效應是指特定晶體材料在應力作用下變形時所產生電壓的現象，即一種機械能與電能互換的現象。這種現象是1880年由皮埃爾·居里和雅克·居里兄弟發(fā)現的。壓電材料發(fā)生壓電效應的原因，是因為其內部原子的特殊排列方式，使得材料有了應力場和電場耦合的效應。壓電效應已被廣泛應用于微機械傳感、器件驅動和能源領域。

壓電電子學常見問題

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    電工和電子技術，是目前產品種類最多，應用范圍最廣，發(fā)展前景最好的領域之一。要想學好電子技術，一是需要自身愛好：有興趣才有動力，也才能主動、輕松地學習好；二是要有好的啟蒙老師或師傅：教你學習方法，教你學...

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壓電電子學文獻

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1 照明節(jié)能產品和技術研究 學號： 1430140189 班級：周四晚上班 姓名：鄧穎 摘要：根據以前生活中的照明產品和現在生活中各種各樣的節(jié)能照明產品從規(guī)格原材 料使用方式消耗能量和銷售市場等多個方面進行對比性分析，并著重分析照明節(jié)能產 品 LED的發(fā)展過程以及在各個國家的技術應用，和發(fā)展中遇到的問題及發(fā)展前景。 關鍵詞：節(jié)能照明 LED 的發(fā)展 改革創(chuàng)新 正文：“世界要是沒有光，等于人沒有眼睛，航海沒有羅盤。”同自然光相似，世界 上的另一種光——燈光，也在人們的生活中扮演著不可替代的重要角色。如何在不同 的環(huán)境中不同的燈光籠罩下生活工作的更加舒適、 放心也漸漸成為更多人關注的問題， 照明產品的選擇和使用也成為人們茶余飯后談論的話題之一。 過去人民生活水平低，人們對物質生活的要求不高，家里使用的照明燈大多為白熾 燈。白熾燈是將電能轉化為光能以提供照明的設備。其工作原理是：電首先被

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電子學概說 [頁5] §2 二極體 A.電子元件特性 1.我們以通過元件的電流及該元件端點上的電壓降之關係來 描述電子元件的特性。 2.某些電子元件 (如電阻器 )在直流和交流電路的特性表現相 同；而某些電子元件 (如電容器和電感器 )在直流和交流電 路的特性卻是迥然不同。因此，分析電子元件的特性時，須確定是用於直流的電路或交流的電路。習慣上「 電流 --電壓特性關係」，都是指在直流電路的特性表現。其關係圖稱為元件的「靜態(tài) (static)特性曲線」。 》為什麼所有的電子元件至少要有二個以上的端點接腳？一個端點不行嗎？ ㊣：任何元件要形成電流迴路都要兩個以上的端點。 3.歐姆特性 (ohmic property) ：元件其電流 --電壓成線性關係的性質。 ex：電阻器其電流 --電 壓特性曲線為直線，斜率的倒數為該電阻器的電阻值。 非歐姆 (non-ohm)特性：元件其電流 --電壓曲線

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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，可以用于制備新型的電子器件。壓電電子學的基本原理是由佐治亞理工學院的王中林教授在2007年提出來的?；谶@個效應，已經制備了一系列的電子器件，包括壓電電場柵控的場效應晶體管,壓電電場控制的二極管,應變傳感器,力/流量傳感器,混合場效應晶體管,壓電邏輯門電路,機電存儲器,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，人機交互技術，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。

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由于短溝道效應，Sub-5 nm 硅(Si)基場效應晶體管的制造是非常困難的。隨著溝道長度的減小，CMOS 器件不僅受到小尺寸的制造技術的限制，而且還受到一些基本的物理學原理如漏電場、電介質的擊穿等限制。為了突破5納米節(jié)點晶體管的限制，研究人員探索研究了基于碳納米管、半導體納米線以及二維過渡金屬化合物等材料的場效應晶體管，但這些器件的工作仍然依賴于外部柵極電壓的調控機制。如果這種情況不能繼續(xù)下去，這可能意味著摩爾定律的終結。

中國科學院外籍院士、中國科學院北京納米能源與系統研究所首席科學家王中林于2006年利用氧化鋅納米線受應力時產生的壓電電勢來調控場效應晶體管的載流子輸運特性，即后來所說的壓電電子學晶體管，并且首次提出了壓電電子學的概念。壓電電子學晶體管是一種利用完全不同于傳統 CMOS 器件工作原理的新型器件。這種器件利用金屬-壓電半導體界面處產生的壓電極化電荷(即壓電電勢)作為柵極電壓來調控晶體管中載流子的輸運特性，并且已經在具有纖鋅礦結構的壓電半導體材料中得到了廣泛證實。這種具有二端結構的晶體管不僅創(chuàng)新地利用界面調控替代了傳統的外部溝道調控，并且有可能打破溝道寬度的限制。

近日，在王中林和西安電子科技大學教授秦勇的指導下，王龍飛、劉書海和殷鑫等制備了一種新型的、溝道只有~2 nm 的超薄氧化鋅壓電電子學晶體管，首次將壓電電子學效應引入到二維超薄非層狀壓電半導體材料中。該工作系統地研究了二維超薄氧化鋅垂直方向上的壓電特性，利用金屬-半導體界面處產生的壓電極化電荷（即垂直方向上的壓電電勢）作為柵極電壓有效地調控了該器件的載流子輸運特性，并且通過將兩個超薄壓電電子學晶體管串聯實現了簡易的壓力調控的邏輯電路。這項研究證實了壓電極化電荷在超短溝道中“門控”效應的有效性，該器件不需要外部柵電極或任何其它在納米級長度下具有挑戰(zhàn)性的圖案化工藝設計。這項研究成果開辟了壓電電子學效應在二維非層狀壓電半導體材料的研究，并且在人機界面、能源收集和納米機電系統等領域具有潛在的應用前景。相關研究成果以 Ultrathin Piezotronic Transistors with 2 nm Channel Lengths 為題發(fā)表在 ACS Nano上 (DOI: 10.1021/acsnano.8b01957)。

兩納米超短溝道的壓電電子學晶體管制備成功

來源：中國科學院北京納米能源與系統研究所

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耐火材料是高溫工業(yè)生產的基礎，提高耐火材料的的抗熱震穩(wěn)定性，探討耐火材料熱震損毀機理具有重要的工程與學術價值。本項目針對耐火材料裂紋局域應力場與熱震斷裂能耗散機制開展研究工作，發(fā)展了四類可用于微納米局域應力場實時傳感與成像的技術，分別是：基于拉曼光譜及壓致發(fā)光光譜成像技術對裂紋擴展過程區(qū)與裂尖塑性區(qū)進行原位表征，基于壓電電子學/壓電光電子學效應的微納米柔性應力傳感陣列，基于應力發(fā)光材料的自發(fā)光效應對熱震裂紋端部應力場的應力可視化傳感，以及基于摩擦電陣列傳感器件的耐火材料試樣預制裂紋局域應力自供能實時傳感。在此基礎上，研究了耐火材料微結構對裂紋尖端應力場的影響，以及熱震裂紋局域應力分布與裂紋擴展/閉合行為，探索了顆粒相增韌界面對熱震斷裂能耗散過程影響的內在聯系。通過彈塑性模型對裂尖塑性區(qū)應力/應變行為開展了使役環(huán)境下耐火材料的熱—損傷模型研究，為完善復相耐火材料體系熱震損傷理論，提高耐火材料抗熱震穩(wěn)定性提供理論依據。在本項目的資助下，我們課題組的研究工作逐漸形成自己的研究特色。尤其是基于壓電電子學/壓電光電子學效應的微納米柔性應力傳感陣列，基于應力發(fā)光材料的自發(fā)光效應的應力可視化傳感，以及基于摩擦電陣列傳感器件的局域應力自供能實時傳感這三個方面引起了相關研究領域的廣泛關注。迄今為止，已在主流國際學術刊物發(fā)表標注本基金資助的學術論文13篇，其中被中科院一區(qū)所收錄的期刊論文有11篇，在材料學頂尖期刊Advanced Materials上發(fā)表論文4篇，ESI高引用論文1篇，以及約稿綜述2篇；參加國際和國內學術會議報告5人次；應邀作為SCI期刊Journal of Nanomaterials的客座編輯出版Functional Devices for Clean Energy and Advanced Sensor Applications專輯。

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