بيزوترونيكس

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
آلية عمل الأجهزة الكهروإجهادية ذات طرفين مثبتين بأقطاب كهربائية على ركيزة مرنة. ويُعرف هذا الضبط غير المتماثل لارتفاع حاجز شوتكي بالتأثير الكهروإجهادي.

تعتمد تقنية البيزوترونيكس على استخدام الجهد الكهروإجهادي (الجهد الكهروإجهادي) المتولد في المواد ذات الكهروإجهادية كجهد "بوابة" لضبط/التحكم في خصائص نقل حاملات الشحنة لتصنيع أجهزة جديدة.

أظهر نيل أ. داوني مدى سهولة بناء عروض توضيحية بسيطة على نطاق واسع باستخدام طبقة من مادة كهرضغطية ومادة كربونية مقاومة للضغط لصنع جهاز تضخيم يشبه الترانزستور ذي التأثير الحقلي ووضعها في كتاب مشاريع علمية للطلاب في عام 2006. [ 1 ]

تم تقديم المبدأ الأساسي للإلكترونيات الكهروإجهادية من قبل البروفيسور تشونغ لين وانغ في معهد جورجيا للتكنولوجيا في عام 2007. [ 2 ] ومنذ عام 2006، تم عرض سلسلة من الأجهزة الإلكترونية بناءً على هذا التأثير، بما في ذلك ترانزستور تأثير المجال ذو البوابة الكهروإجهادية ، [ 3 ] ثنائي البوابة الكهروإجهادية ، [ 4 ] مستشعرات الإجهاد ، [ 5 ] مستشعرات القوة/التدفق، [ 6 ] ترانزستور تأثير المجال الهجين ، [ 7 ] بوابات المنطق الكهروإجهادية ، [ 8 ] الذواكر الكهروميكانيكية ، [ 9 ] إلخ.

تُعتبر الأجهزة الكهروإجهادية فئة جديدة من أجهزة أشباه الموصلات. ومن المرجح أن يكون لها تطبيقات مهمة في أجهزة الاستشعار ، وواجهات التفاعل بين الإنسان والسيليكون، وأنظمة MEMS ، والروبوتات النانوية، والإلكترونيات المرنة النشطة.

الآلية

آلية عمل الأجهزة الكهروإجهادية ذات طرف واحد مثبت من المادة الكهروإجهادية. توزيع الجهد الكهروإجهادي المستحث مشابه لجهد البوابة المطبق في ترانزستور تأثير المجال التقليدي ، كما هو موضح في الشكل (ب).
مخطط توضيحي يُظهر الترابط الثلاثي بين الكهروإجهادية والإثارة الضوئية وأشباه الموصلات .

بسبب عدم التناظر المركزي في مواد مثل أكسيد الزنك (ZnO) ونيتريد الغاليوم ( GaN) ونيتريد الإنديوم (InN) ذات البنية البلورية وورتزيت ، يتولد جهد كهرضغطي في البلورة عند تطبيق إجهاد . ونظرًا لامتلاكها خصائص كهرضغطية وشبه موصلة في آن واحد ، فإن الجهد الكهرضغطي المتولد في البلورة يؤثر بشكل كبير على عملية نقل الشحنات. [ 10 ]

بشكل عام، يمكن تقسيم تصميم الأجهزة الكهروإجهادية الأساسية إلى فئتين. سنستخدم هنا الأسلاك النانوية كمثال. النوع الأول هو وضع السلك النانوي الكهروإجهادي على ركيزة مرنة مع تثبيت طرفيه بواسطة أقطاب كهربائية. في هذه الحالة، عند ثني الركيزة، يتمدد السلك النانوي أو ينضغط بشكل كامل، مما يُحدث جهدًا كهروإجهاديًا على طول محوره. هذا الجهد يُغير المجال الكهربائي أو ارتفاع حاجز شوتكي عند منطقة التلامس. الجهد الكهروإجهادي الموجب المُستحث عند أحد الطرفين يُقلل ارتفاع حاجز شوتكي، بينما الجهد الكهروإجهادي السالب عند الطرف الآخر يزيده. وبالتالي، تتغير خصائص النقل الكهربائي. أما النوع الثاني من الأجهزة الكهروإجهادية، فهو تثبيت أحد طرفي السلك النانوي بواسطة قطب كهربائي، بينما يكون الطرف الآخر حرًا. في هذه الحالة، عند تطبيق قوة على الطرف الحر للسلك النانوي لثنيه، يكون توزيع الجهد الكهروإجهادي عموديًا على محور السلك النانوي. يكون المجال الكهروإجهادي المُستحدث عموديًا على اتجاه انتقال الإلكترونات، تمامًا كما هو الحال عند تطبيق جهد البوابة في ترانزستور تأثير المجال التقليدي . وبالتالي، ستتغير خصائص انتقال الإلكترونات أيضًا. [ 10 ]

ينبغي أن تكون مواد الإلكترونيات الانضغاطية أشباه موصلات انضغاطية، [ 10 ] مثل أكسيد الزنك (ZnO) ونيتريد الغاليوم (GaN) ونيتريد الإنديوم (InN). ويُعدّ التفاعل الثلاثي بين الانضغاطية والإثارة الضوئية وشبه الموصل أساسًا لعلم الإلكترونيات الانضغاطية (التفاعل بين الانضغاطية وشبه الموصل)، وعلم الفوتونات الانضغاطية (التفاعل بين الانضغاطية والإثارة الضوئية)، والإلكترونيات الضوئية ، وعلم الفوتونات الانضغاطية (التفاعل بين الانضغاطية وشبه الموصل والإثارة الضوئية). ويعتمد جوهر هذا التفاعل على الجهد الانضغاطي الناتج عن المواد الانضغاطية. [ 10 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ داوني، نيل أ. (2006). مدافع الأقراص المتفجرة، ومركبات الوحل، و32 مشروعًا آخر لعلوم السبت . مطبعة جامعة جونز هوبكنز. الصفحات 133-145 . ISBN  0-8018-8506-X.
  2. ↑تمت أرشفة هذا المقال في 2014-06-06 على موقع Wayback Machine. تشونغ لين وانغ، "النانوبيزوترونيات"، المواد المتقدمة، 2007، 19، 889-892.
  3. ↑ وانغ، شودونغ؛ تشو، جون؛ سونغ، جينهوي؛ ليو، جين؛ شو، نينغشنغ؛ لين وانغ، تشونغ (2006). "ترانزستور تأثير المجال الكهروإجهادي ومستشعر القوة النانوية القائم على سلك نانوي واحد من أكسيد الزنك" (ملف PDF) . رسائل نانو . 6 (12): 2768-2772 . رمز Bibcode : 2006NanoL...6.2768W . doi : 10.1021/nl061802g . PMID 17163703. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 25 نوفمبر 2018. تم الاسترجاع بتاريخ 27 يناير 2012 . 
  4. ↑ هي، جيه إتش؛ هسين، سي إل؛ ليو، جيه؛ تشين، إل جيه؛ وانغ، زد إل (2007). "ثنائي كهرضغطي ذو بوابة من سلك نانوي واحد من أكسيد الزنك" (ملف PDF) . المواد المتقدمة . 19 (6): 781-784 . Bibcode : 2007AdM....19..781H . doi : 10.1002/adma.200601908 .
  5. ↑أرشفة 2016-03-05 في آلة Wayback. جون تشو، يودونغ غو، بينج فاي، وينجي ماي، ييفان جاو، روسين يانغ، جانج باو وتشونغ لين وانغ، “مستشعر الإجهاد الضغطي المرن”، رسائل نانو، 2008، 8، 3035-3040.
  6. ↑تمت أرشفة 2014-06-06 في Wayback Machine Peng Fei, Ping-Hung Yeh, Jun Zhou, Sheng Xu, Yifan Gao, Jinhui Song, Yudong Gu, Yanyi Huang and Zhong Lin Wang, “Piezoelectric potential gated Field-Effect Transistor Based on a Free-Standing ZnO Wire”, Nano Letters, 2009, 9, 3435-3439.
  7. ↑تمت أرشفة 2017-09-21 في Wayback Machine Weihua Liu، Minbaek Lee، Lei Ding، Jie Liu، و Zhong Lin Wang، "Piezopotential Gated Nanowire-Nanotube Hybrid Field-Effect Transistor"، Nano Letters، 2010، 10، 3084-3089.
  8. ↑تمت أرشفة 2018-11-25 في Wayback Machine. Wenzhuo Wu, Yaguang Wei, Zhong Lin Wang, “Strain-Gated Piezotronic Logic Nanodevices”, Advanced materials, 2010, 22, 4711-4715.
  9. ↑تمت أرشفة 2018-11-25 في Wayback Machine. Wenzhuo Wu و Zhong Lin Wang، "Piezotronic Nanowire-Based Resistive Switches As Programmable Electromechanical Memories"، Nano Letters، 2011، 11، 2779-2785.
  10. 1 2 3 4تمت أرشفة 2018-11-26 في Wayback Machine Zhong Lin Wang “Piezopotential Gated Nanowire Devices: Piezotronics and Piezo-phototronics”, Nano Today, 5 (2010) 540-552.