Эффект пьезотроники заключается в использовании пьезоэлектрического потенциала (пьезопотенциала), создаваемого в материалах с пьезоэлектричеством в качестве «затворного» напряжения для настройки/управления свойствами переноса носителей заряда при изготовлении новых устройств.
Нил А. Дауни показал, как просто можно построить простые демонстрации в макромасштабе, используя сэндвич из пьезоэлектрического материала и углеродного пьезорезистивного материала, чтобы создать усилительное устройство типа полевого транзистора, и поместил это в книгу научных проектов для студентов в 2006 году. [1]
Основной 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, включая пьезопотенциальный полевой транзистор , [3] пьезопотенциальный диод , [4] датчики деформации , [5] датчики силы/потока, [6] гибридный полевой транзистор , [7] пьезотронные логические вентили , [8] электромеханические запоминающие устройства , [9] и т. д.
Пьезотронные устройства рассматриваются как новая категория полупроводниковых устройств. Пьезотроника, вероятно, будет иметь важные приложения в сенсорных технологиях, интерфейсах человек-кремний, MEMS , наноробототехнике и активной гибкой электронике.
Из-за нецентральной симметрии в таких материалах, как ZnO , GaN и InN со структурой вюрцита , пьезопотенциал создается в кристалле путем приложения напряжения . Благодаря одновременному обладанию пьезоэлектрическими и полупроводниковыми свойствами, пьезопотенциал, созданный в кристалле, оказывает сильное влияние на процесс переноса носителей заряда. [10]
В целом, конструкцию основных пьезотронных устройств можно разделить на две категории. Здесь мы используем нанопровода в качестве примера. Первый вид заключается в том, что пьезоэлектрический нанопровод был помещен на гибкую подложку с двумя концами, закрепленными электродами. В этом случае, когда подложка изгибается, нанопровод будет чисто растягиваться или сжиматься. Пьезопотенциал будет введен вдоль его оси. Он изменит электрическое поле или высоту барьера Шоттки (БШ) в области контакта. Индуцированный положительный пьезопотенциал на одном конце уменьшит высоту БШ, в то время как отрицательный пьезопотенциал на другом конце увеличит ее. Таким образом, будут изменены электрические транспортные свойства. Второй вид пьезотронного устройства заключается в том, что один конец нанопровода закреплен электродом, а другой конец свободен. В этом случае, когда к свободному концу нанопровода прикладывается сила для его изгиба, распределение пьезопотенциала будет перпендикулярно оси нанопровода. Введенное пьезоэлектрическое поле перпендикулярно направлению переноса электронов, как и при приложении напряжения затвора в традиционном полевом транзисторе . 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 является основой пьезотроники (связь пьезоэлектричество-полупроводник), пьезофотоники (связь пьезоэлектричество-фотонное возбуждение), оптоэлектроники и пьезофототроники (пьезоэлектричество-полупроводник-фотовозбуждение). Ядро этой связи опирается на пьезопотенциал, создаваемый пьезоэлектрическими материалами. [10]