[科普中国]-压电光电子学

压电光电子效应 是利用在压电半导体材料中施加应变所产生的压电电势来控制在金属-半导体接触或者PN结处载流子的产生，传输，分离以及/或者复合，从而提高光电器件（例如光子探测器、 太阳能电池和发光二极管 ）的性能。佐治亚理工学院的王中林教授于2010年提出了这种效应的基本原理。1

简介压电电子学和压电光电子学的基本概念和原理由王中林教授研究组分别于 2007 年和 2010 年首次提出 ,已成为纳米科学和技术研究的前沿和热点 . 在人机界面、主动式传感器、主动式柔性电子学、微型机器人、智能电子签名、智能微纳机电系统以及能源技术等领域中 , 压电电子学和压电光电子学具有广阔的应用前景 。

机制当一个P型半导体和一个N型半导体形成一个结，P型那一侧的空穴和N型那一侧的电子趋向于在界面区域重新分布以平衡局域电场，这将导致一个电荷的耗尽层。在结区，电子和空穴的扩散以及复合强烈的受到局域电场分布的影响，而它与器件的光电子特性联系紧密。界面处存在的压电电荷会引入三种效应：由于引入的局域电场所导致的局域能带的移动、存在于压电半导体材料中的极化所导致的结区中能带的倾斜、以及为了平衡局域压电电荷局域电荷载流子进行重新分布所导致的电荷耗尽区的变化。在N型的半导体区域，结区中正的压电电荷降低能带，而负的压电电荷提高能带。 由于压电电势所导致的局域能带的改变可能会对电荷的俘获产生影响，从而使得电子-空穴的复合率得到极大的提高，这对于提高发光二极管的效率非常有用。而且，倾斜的能带趋向于改变向着结区移动的载流子的迁移率。

用于压电光电子学的材料应该具备三种基本的性质：压电效应、半导体特性以及光激发特性。典型的是具有纤锌矿结构的材料，例如氧化锌、氮化镓和氮化铟。压电效应，光激发和半导体特性之间三者的耦合是压电电子学（压电效应-半导体特性耦合），压电光子学（压电效应-光子激发耦合），光电子学和压电光电子学（压电效应-半导体特性-光激发耦合）的基础。这些耦合效应的核心是压电材料中产生的压电电势。2

本词条内容贡献者为:

李宗秀 - 副教授 - 黑龙江财经学院