王中林院士：基于第三代半导体的压电电子学和压电光电子学器件学术资讯

来源：科学通报

与第一代半导体（如硅、锗）和第二代半导体（如砷化镓、锑化铟）材料相比，以氧化锌（ZnO）、氮化镓（GaN）、硫化镉（CdS）、碳化硅（SiC）等为代表的第三代半导体材料禁带宽度更宽，击穿电场、热导率、电子饱和速率以及抗辐射能力更高，因而近年来在高温、高频、抗辐射及大功率器件方面受到广泛关注。

第三代半导体大多是纤锌矿结构，在某些特定方向上缺乏对称性，因而具有压电效应。该特性为柔性半导体电子器件和周围环境或寄主（例如人体）中的机械应力激励信号之间主动自适应式的交互起到很好的桥梁作用。传统的压电效应主要存在于钛酸钡、锆钛酸铅类的钙钛矿材料中，但这类材料不具有半导体特性，因此限制了它们在电子学和光电子学器件中的应用。而通过利用同时具有压电和半导体特性的纤锌矿第三代半导体材料，并耦合光电激发过程，可以衍生出一些更有趣的研究方向，比如压电电子学、压电光电子学和压电光子学等。

近日，中科院北京纳米能源与系统研究所朱来攀副研究员、翟俊宜研究员和王中林院士在《科学通报》发表评述文章，介绍了基于第三代半导体的压电电子学和压电光电子学器件的研究进展。

压电电子学和压电光电子学在基础研究和技术应用方面的潜在应用

如何理解压电电子学和压电光电子学这两个学科呢？

简单来讲，当一个均匀的应变施加到非中心对称的半导体单晶上时，半导体内部将产生压电势，其表面将产生静态的压电极化电荷，这种现象普遍存在于第三代半导体如ZnO，GaN，CdS中。应变引起的这种压电势被提出可以充当“门”电压，静态或动态地调控界面处势垒高度的变化。为了系统阐释这类材料中压电效应和半导体输运性质的耦合性质，王中林院士在2007年首次创立了压电电子学（piezotronics）这一术语。

如果同时将半导体输运、压电特性和光激发三者耦合在一起，则产生另外一个新效应，它就是压电光电子学效应，对这一效应的系统研究被称为压电光电子学，压电光电子学（piezo-phototronics）这一术语于2010年由王中林院士首次提出。压电光电子学效应的基本原理是通过压电极化电荷来调控界面或异质结处光生载流子的产生、分离、输运和复合过程，从而提高光电器件的性能。十几年来, 这两个学科领域得到了广泛的关注, 并在基础科学和器件应用方面取得了巨大的研究进展。

该文对近年来这两个领域在器件应用方面（如压电电子学在应变传感器、二极管、晶体管、肖特基接触化学传感器等器件方面的应用，以及压电光电子学效应在太阳能电池、光电探测器、发光二极管、光电催化等器件方面的应用）的实验进展情况做了简要评述, 并对这两个学科的未来发展进行了展望。

来源：kexuetongbao 科学通报

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