壓電光電子學

壓電光電子效應 是利用在壓電半導體材料中施加應變所產生的壓電電勢來控制在金屬-半導體接觸或者PN結處載流子的產生，傳輸，分離以及/或者複合，從而提高光電器件（例如光子探測器、 太陽能電池和發光二極體 ）的性能。喬治亞理工學院的王中林教授於2010年提出了這種效應的基本原理。

基本介紹

• 中文名：壓電光電子學
• 外文名：Piezophototronics
• 提出者：王中林教授
• 提出時間：2010

簡介

壓電電子學和壓電光電子學的基本概念和原理由王中林教授研究組分別於 2007 年和 2010 年首次提出 ,已成為納米科學和技術研究的前沿和熱點 . 在人機界面、主動式感測器、主動式柔性電子學、微型機器人、智慧型電子簽名、智慧型微納機電系統以及能源技術等領域中 , 壓電電子學和壓電光電子學具有廣闊的套用前景 。

機制

當一個P型半導體和一個N型半導體形成一個結，P型那一側的空穴和N型那一側的電子趨向於在界面區域重新分布以平衡局域電場，這將導致一個電荷的耗盡層。在結區，電子和空穴的擴散以及複合強烈的受到局域電場分布的影響，而它與器件的光電子特性聯繫緊密。界面處存在的壓電電荷會引入三種效應：由於引入的局域電場所導致的局域能帶的移動、存在於壓電半導體材料中的極化所導致的結區中能帶的傾斜、以及為了平衡局域壓電電荷局域電荷載流子進行重新分布所導致的電荷耗盡區的變化。在N型的半導體區域，結區中正的壓電電荷降低能帶，而負的壓電電荷提高能帶。 由於壓電電勢所導致的局域能帶的改變可能會對電荷的俘獲產生影響，從而使得電子-空穴的複合率得到極大的提高，這對於提高發光二極體的效率非常有用。而且，傾斜的能帶趨向於改變向著結區移動的載流子的遷移率。

用於壓電光電子學的材料應該具備三種基本的性質：壓電效應、半導體特性以及光激發特性。典型的是具有纖鋅礦結構的材料，例如氧化鋅、氮化鎵和氮化銦。壓電效應，光激發和半導體特性之間三者的耦合是壓電電子學（壓電效應-半導體特性耦合），壓電光子學（壓電效應-光子激發耦合），光電子學和壓電光電子學（壓電效應-半導體特性-光激發耦合）的基礎。這些耦合效應的核心是壓電材料中產生的壓電電勢。