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压电效应是指特定晶体材料在应力作用下变形时所产生电压的现象,即一种机械能与电能互换的现象。这种现象是1880年由皮埃尔·居里和雅克·居里兄弟发现的。压电材料发生压电效应的原因,是因为其内部原子的特殊排列方式,使得材料有了应力场和电场耦合的效应。压电效应已被广泛应用于微机械传感、器件驱动和能源领域。
基于压电效应的新型纳米电子逻辑器件,这种逻辑器件的开关可以通过外加在氧化锌纳米线上的应力所产生的电场调控,进而实现基本和复杂的逻辑功能。传统的场效应晶体管中,一种场效应开关调控了半导体中电流的方向;这种电场是靠外加的电压。而这种新型纳米逻辑器件的开关场则是通过氧化锌纳米线的机械变形来产生的晶体内部场,它可以取代传统金属氧化物半导体(CMOS)器件中栅极电压的作用,从而可调控载流子的运动。CMOS晶体管的研究致力于高速运算,与之互补,新型纳米压电逻辑器件适用于低频应用领域。基于压电效应的新型纳米电子逻辑器件的基本元件包括晶体管和二极管,可广泛应用于纳米机器人、纳米机电系统、微机电系统、微流体器件中。调控这类逻辑器件的信号应力可以是简单的按钮动作,也可由液体流动、肌肉的伸缩或机器人部件的运动所产生。利用机械应变作为栅极门控制信号的氧化锌纳米线压电晶体管(strain-gated-transistor)是这一组新型逻辑器件的基本组成元件。每个氧化锌纳米线压电晶体管由一根集成在柔性衬底上的氧化锌纳米线和其两端的源漏金属电极构成。改变作用在柔性衬底上的应力,在纳米线中应变极性发生相应的改变,进而实现对压电晶体管的触发调控。
2007年,基于纳米级压电和半导体性能的巧妙耦合,著名科学家王中林(中国科学院外籍院士、美国佐治亚理工学院董事教授)首次提出了压电电子学的概念,即利用压电势能来调制和控制半导体中的电流。借用氧化锌纳米结构同时具备半导体性和压电性的独特性质,他们制备出第一个压电三极管和压电二极管,《自然-纳米技术》将之称为压电电子效应。
压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。 正压电效应是指:当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷;当外力撤去后,晶体又恢复到不带电的状态;当外力作...
石英晶体没有体积变形压电效应,但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。高频电信号加在压电陶瓷上时,则产生高频声信号(机械震动),这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说,压电陶瓷具有机械能与电能之间的...
电工和电子技术,是目前产品种类最多,应用范围最广,发展前景最好的领域之一。要想学好电子技术,一是需要自身爱好:有兴趣才有动力,也才能主动、轻松地学习好;二是要有好的启蒙老师或师傅:教你学习方法,教你学...
电子学论文
1 照明节能产品和技术研究 学号: 1430140189 班级:周四晚上班 姓名:邓颖 摘要:根据以前生活中的照明产品和现在生活中各种各样的节能照明产品从规格原材 料使用方式消耗能量和销售市场等多个方面进行对比性分析,并着重分析照明节能产 品 LED的发展过程以及在各个国家的技术应用,和发展中遇到的问题及发展前景。 关键词:节能照明 LED 的发展 改革创新 正文:“世界要是没有光,等于人没有眼睛,航海没有罗盘。”同自然光相似,世界 上的另一种光——灯光,也在人们的生活中扮演着不可替代的重要角色。如何在不同 的环境中不同的灯光笼罩下生活工作的更加舒适、 放心也渐渐成为更多人关注的问题, 照明产品的选择和使用也成为人们茶余饭后谈论的话题之一。 过去人民生活水平低,人们对物质生活的要求不高,家里使用的照明灯大多为白炽 灯。白炽灯是将电能转化为光能以提供照明的设备。其工作原理是:电首先被
电子学概说2_0-5
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 (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
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。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,压电电场控制的二极管,应变传感器,力/流量传感器,混合场效应晶体管,压电逻辑门电路,机电存储器,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。
由于短沟道效应,Sub-5 nm 硅(Si)基场效应晶体管的制造是非常困难的。随着沟道长度的减小,CMOS 器件不仅受到小尺寸的制造技术的限制,而且还受到一些基本的物理学原理如漏电场、电介质的击穿等限制。为了突破5纳米节点晶体管的限制,研究人员探索研究了基于碳纳米管、半导体纳米线以及二维过渡金属化合物等材料的场效应晶体管,但这些器件的工作仍然依赖于外部栅极电压的调控机制。如果这种情况不能继续下去,这可能意味着摩尔定律的终结。
中国科学院外籍院士、中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家王中林于2006年利用氧化锌纳米线受应力时产生的压电电势来调控场效应晶体管的载流子输运特性,即后来所说的压电电子学晶体管,并且首次提出了压电电子学的概念。压电电子学晶体管是一种利用完全不同于传统 CMOS 器件工作原理的新型器件。这种器件利用金属-压电半导体界面处产生的压电极化电荷(即压电电势)作为栅极电压来调控晶体管中载流子的输运特性,并且已经在具有纤锌矿结构的压电半导体材料中得到了广泛证实。这种具有二端结构的晶体管不仅创新地利用界面调控替代了传统的外部沟道调控,并且有可能打破沟道宽度的限制。
近日,在王中林和西安电子科技大学教授秦勇的指导下,王龙飞、刘书海和殷鑫等制备了一种新型的、沟道只有~2 nm 的超薄氧化锌压电电子学晶体管,首次将压电电子学效应引入到二维超薄非层状压电半导体材料中。该工作系统地研究了二维超薄氧化锌垂直方向上的压电特性,利用金属-半导体界面处产生的压电极化电荷(即垂直方向上的压电电势)作为栅极电压有效地调控了该器件的载流子输运特性,并且通过将两个超薄压电电子学晶体管串联实现了简易的压力调控的逻辑电路。这项研究证实了压电极化电荷在超短沟道中“门控”效应的有效性,该器件不需要外部栅电极或任何其它在纳米级长度下具有挑战性的图案化工艺设计。这项研究成果开辟了压电电子学效应在二维非层状压电半导体材料的研究,并且在人机界面、能源收集和纳米机电系统等领域具有潜在的应用前景。相关研究成果以 Ultrathin Piezotronic Transistors with 2 nm Channel Lengths 为题发表在 ACS Nano上 (DOI: 10.1021/acsnano.8b01957)。
两纳米超短沟道的压电电子学晶体管制备成功
来源:中国科学院北京纳米能源与系统研究所
耐火材料是高温工业生产的基础,提高耐火材料的的抗热震稳定性,探讨耐火材料热震损毁机理具有重要的工程与学术价值。本项目针对耐火材料裂纹局域应力场与热震断裂能耗散机制开展研究工作,发展了四类可用于微纳米局域应力场实时传感与成像的技术,分别是:基于拉曼光谱及压致发光光谱成像技术对裂纹扩展过程区与裂尖塑性区进行原位表征,基于压电电子学/压电光电子学效应的微纳米柔性应力传感阵列,基于应力发光材料的自发光效应对热震裂纹端部应力场的应力可视化传感,以及基于摩擦电阵列传感器件的耐火材料试样预制裂纹局域应力自供能实时传感。在此基础上,研究了耐火材料微结构对裂纹尖端应力场的影响,以及热震裂纹局域应力分布与裂纹扩展/闭合行为,探索了颗粒相增韧界面对热震断裂能耗散过程影响的内在联系。通过弹塑性模型对裂尖塑性区应力/应变行为开展了使役环境下耐火材料的热—损伤模型研究,为完善复相耐火材料体系热震损伤理论,提高耐火材料抗热震稳定性提供理论依据。在本项目的资助下,我们课题组的研究工作逐渐形成自己的研究特色。尤其是基于压电电子学/压电光电子学效应的微纳米柔性应力传感阵列,基于应力发光材料的自发光效应的应力可视化传感,以及基于摩擦电阵列传感器件的局域应力自供能实时传感这三个方面引起了相关研究领域的广泛关注。迄今为止,已在主流国际学术刊物发表标注本基金资助的学术论文13篇,其中被中科院一区所收录的期刊论文有11篇,在材料学顶尖期刊Advanced Materials上发表论文4篇,ESI高引用论文1篇,以及约稿综述2篇;参加国际和国内学术会议报告5人次;应邀作为SCI期刊Journal of Nanomaterials的客座编辑出版Functional Devices for Clean Energy and Advanced Sensor Applications专辑。