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ピエゾトロニクス効果とは、圧電性を持つ材料で生成される圧電電位（ピエゾポテンシャル）を「ゲート」電圧として使用し、新しいデバイスを製造するための電荷キャリア輸送特性を調整/制御することです。
ニール・A・ダウニーは、圧電材料と炭素圧電抵抗材料のサンドイッチを使用してFETのような増幅装置を作成し、マクロスケールで簡単なデモンストレーションを構築することがいかに簡単であるかを示し、2006年に学生向けの科学プロジェクトの本に掲載しました。[1]
ピエゾトロニクスの基本原理は、2007年にジョージア工科大学のZhong Lin Wang教授によって導入されました。[2] 2006年以降、この効果に基づいた一連の電子デバイスが実証されており、ピエゾポテンシャルゲート電界効果トランジスタ、[3]ピエゾポテンシャルゲートダイオード、[4] ひずみセンサー、[5]力/流量センサー、[6]ハイブリッド電界効果トランジスタ、[7]ピエゾトロニックロジックゲート、[8]電気機械メモリ、[9]などが 含まれます。
ピエゾトロニクスデバイスは、新しい半導体デバイスのカテゴリと見なされています。ピエゾトロニクスは、センサー、人間とシリコンの技術インターフェース、MEMS、ナノロボット、アクティブフレキシブルエレクトロニクスで重要な用途を持つ可能性があります。
機構
ウルツ鉱構造のZnO、GaN、InNなどの材料は非中心対称性のため、応力を加えると結晶内に圧電ポテンシャルが生成されます。圧電性と半導体特性を同時に持つため、結晶内に生成された圧電ポテンシャルはキャリア輸送プロセスに大きな影響を与えます。[10]
一般的に、基本的な圧電デバイスの構造は 2 つのカテゴリに分けられます。ここでは、ナノワイヤを例に挙げます。1 つ目の種類は、圧電ナノワイヤが、両端が電極で固定された柔軟な基板上に配置されているものです。この場合、基板を曲げると、ナノワイヤは完全に引き伸ばされるか圧縮されます。圧電電位は軸に沿って導入されます。これにより、接触領域の電界またはショットキー障壁(SB) の高さが変更されます。一方の端に誘導された正の圧電電位は SB の高さを下げ、もう一方の端に誘導された負の圧電電位は SB の高さを上げます。したがって、電気輸送特性が変わります。2 つ目の種類の圧電デバイスは、ナノワイヤの一方の端が電極で固定され、もう一方の端が自由になっているものです。この場合、ナノワイヤの自由端に力を加えて曲げると、圧電電位分布はナノワイヤの軸に対して垂直になります。導入された圧電場は、従来の電界効果トランジスタでゲート電圧を印加するのと同じように、電子輸送方向に対して垂直である。したがって、電子輸送特性も変化する。[10]
圧電トロニクスの材料としては、ZnO、GaN、InNなどの圧電半導体[10]が適している。圧電性、光励起、半導体の3方向結合は、圧電トロニクス（圧電-半導体結合）、圧電フォトニクス（圧電-光子励起結合）、オプトエレクトロニクス、圧電フォトトロニクス（圧電-半導体-光励起）の基礎となっている。これらの結合の核心は、圧電材料によって生成される圧電電位に依存している。[10]
参照
- 圧電性
- 極性半導体における非線形圧電効果
- ウルツ鉱
- ナノストレイン – かつてEUが資金提供した科学プロジェクト - EUプロジェクト
参考文献
- ^ ダウニー、ニール A (2006)。爆発するディスクキャノン、スライムモービル、その他 32 の土曜科学プロジェクト。ジョンズホプキンス大学出版局。133～145 ページ。ISBN 0-8018-8506-X。
- ^ [1] 王中林、「ナノピエゾトロニクス」、Advanced Materials、2007年、19、889-892。
- ^ Wang, Xudong; Zhou, Jun; Song, Jinhui; Liu, Jin; Xu, Ningsheng; Lin Wang, Zhong (2006). 「単一の ZnO ナノワイヤに基づく圧電電界効果トランジスタとナノフォースセンサー」(PDF)。Nano Letters。6 (12): 2768–2772。Bibcode :2006NanoL...6.2768W。doi :10.1021/nl061802g。PMID 17163703。
- ^ He, JH; Hsin, CL; Liu, J.; Chen, LJ; Wang, ZL (2007). 「単一 ZnO ナノワイヤの圧電ゲートダイオード」(PDF) .先端材料. 19 (6): 781–784. doi :10.1002/adma.200601908.
- ^ [2] Jun Zhou、Yudong Gu、Peng Fei、Wenjie Mai、Yifan Gao、Rusen Yang、Gang Bao、Zhong Lin Wang、「Flexible Piezotronic Strain Sensor」、Nano Letters、2008 年、8、3035-3040。
- ^ [3] Peng Fei、Ping-Hung Yeh、Jun Zhou、Sheng Xu、Yifan Gao、Jinhui Song、Yudong Gu、Yanyi Huang、Zhong Lin Wang、「自立型 ZnO ワイヤをベースとした圧電ポテンシャルゲート電界効果トランジスタ」 」、Nano Letters、2009、9、3435-3439。
- ^ [4] Weihua Liu、Minbaek Lee、Lei Ding、Jie Liu、Zhong Lin Wang、「圧電ゲートナノワイヤ-ナノチューブハイブリッド電界効果トランジスタ」、Nano Letters、2010年、10、3084-3089。
- ^ [5] Wenzhuo Wu、Yaguang Wei、Zhong Lin Wang、「ひずみゲート型ピエゾトロニックロジックナノデバイス」、Advanced materials、2010、22、4711-4715。
- ^ [6] Wenzhuo WuとZhong Lin Wang、「プログラム可能な電気機械メモリとしての圧電ナノワイヤベースの抵抗スイッチ」、Nano Letters、2011年、11、2779-2785。
- ^ abcd [7] Zhong Lin Wang「圧電ゲートナノワイヤデバイス：圧電トロニクスと圧電フォトトロニクス」、Nano Today、5（2010）540-552。