有一种压电式晶体管(piezotronic transistors)，是利用氧化锌奈米线(zinc-oxide nanowire)内的压电效应，来将机械动能转换成控制逻辑运算的讯号。美国乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的研究人员最近展示了具备标准数字电路功能的新式压电电路。
压电组件(piezotronics)可说是一种全新系列的电子装置，它们是利用类似微机电系统(MEMS)的运转零件来制造电场以控制场效晶体管(FET)。发明这类组件的乔治亚理工大学教授Zhong Lin Wang表示，这类应力闸控(strain-gated)晶体管的运作模式就与传统FET一样，与源极到汲极的电流一起受电场闸控，不过压电晶体管的电场是透过弯折压电奈米线来产生──即应力，而不是将电荷储存在逻辑闸中。
这种应力闸控晶体管可直接应用在奈米机器人 (nanobots)、微流体装置(microfluidics)等等的微机电系统中。「这类组件能让机械作用与电子组件介接，」Wang表示：「而且可望做为新种类逻辑设备的基础，利用压电位势(piezoelectric potential)来取代闸极电压。」
乔治亚理工学院的一个研究团队，利用氧化锌奈米线机械应力所产生的电场，开发了一种全新系列的逻辑组件 (图片由Gary Meek提供)
Wang 所主持的实验室多年来专注于开发半导体压电奈米线的应用；他所尝试过的每一种应用，都需要耗费不少心力来布建电路。藉由在廉价聚合物基板上建立一系列标准化压电电路，研究人员期望能更快速地开发出各种型态的未来应用；例如一些量测装置，或是能藉由穿戴者的运动产生能量的衣物。
乔治亚理工学院的研究人员对软性聚合物基板上的氧化锌奈米组件数组进行性能量测 (图片由Gary Meek提供)
最近该研究团队并证实，至于用以控制应力闸控压电晶体管的、是半导体也是压电式的电路，具备可执行标准逻辑功能的能力，可做为逆变器 (inverters)，或是NOR、XOR与NAND逻辑闸，或是多任务器(multiplexer)、解多任务器(demultiplexer)。「这是机械作用首次被用来产生逻辑运作。」Wang表示。
目前 Wang的团队正在实验以雷射来控制压电组件的导电性；利用氧化锌与金属电极接口的光激发(photo-excitation)特性，藉由超紫外光 (ultraviolet light)来产生电子-电洞对(electron-hole pairs)，以改变那里的萧特基位障(Schottky barrier)高度。
将雷射与机械应力并用，将可对未来的「压电-光电(piezo-phototronic)」装置进行更精细的控制。研究团队也在实验将碳奈米管与氧化锌奈米线结合，以制作出混合性组件。赞助以上研究的单位包括美国国家科学基金会(NSF)、美国能源部以及国防部高等研究计划署(DARPA)。
Wang的研究团队成员包括Wenzhuo Wu、Yaguang Wei、Weihua Liu、Minbaek Lee、Yan Zhang、 Yanling Chang、Shu Xiang、Lei Ding、Jie Liu与Robert Snyder。
(参考原文： Piezotonics defines new semiconductor-device category ，by R. Colin Johnson)
评论
文明上网理性发言，请遵守新闻评论服务协议
登录参与评论
0/1000