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苏州医工所在压电材料及器件研究方面取得进展
发表日期: 2017-12-04 作者: 郭振
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  近年来,材料科学与技术发展迅速,在产业化方面已经取得了长足进展。压电材料是指一类具有压电效应的功能材料,可用于传感器、换能器、电声器件、滤波器、微位移驱动器等,在能源、医疗等领域得到了广泛的应用。当具有非中心对称性的结构材料受到外加应力时,由于晶体中离子的极化而在材料内产生压电电势。压电半导体材料最显著的特点是同时具有压电和半导体特性,所以晶体中产生的压电势可显著影响界面/结区的载流子传输。基于压电半导体材料制备的器件可以利用压电势调控载流子传输过程,从而提高相关器件如传感器、光电探测器、太阳能电池和发光二极管等光电器件的性能,在人机接口、机器人传感和驱动、智能化与个人化的电子签名、智能微纳机电系统等科学等领域已经显现出了市场应用价值。综上所述,如何利用压电材料实现优越的器件性能一直是研究者追逐的热点。 

  中科院苏州医工所周连群团队郭振博士副研究员等在Semiconductor Science and Technology期刊受邀撰写一篇关于压电材料与器件领域方面的综述性论文(图1):简要综述了压电方法学在传感器、场效应晶体管、发电机、光电探测器、发光二极管等方面的应用。通过载流子产生,运输,分离和复合行为的有效调制,可以提高压电半导体器件的性能。基于非中心对称的压电材料如II-VIIII-V族及过渡金属硫化物等可以产生压电势,通过压电势的有效调节可以实现其光机电等性能优化。基于载流子的可控调制,可以有效调制如传感器、场效应晶体管、发光二极管及发电机等的性能,一个可能的应用场景如:在有效的能源捕获下基于自驱动仪器实现高灵敏度生物传感。在外部应变下,由于压电材料的离子极化和非中心对称产生压电势可以动态调节电荷载体在pn或金属–半导体结构运输行为(图2)。通过压电、半导体性质相结合,器件的相关性能可以有效改进及优化。相关文章简要综述了载流子调制影响压电电子和压电光子材料,如II-VIIII-V族及过渡金属硫化物,并讨论了通过载流子调制有效增强器件性能的解决方案。相关工作已发表在IOP Science国际知名期刊Semiconductor Science and TechnologySpecial Issue on Piezotronics上,Published 3 July 2017 , DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6641/aa6a64,SCI, IF= 2.305)。 

  研究工作得到中国科学院、科技部、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省产业技术研究院的项目资助。 

 

  1. 压电方法学在传感器、场效应晶体管、发电机、光电探测器、发光二极管等方面的应用。 

 

  2.金属-半导体与p-n结中载流子调控的能带示意图。  

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