有一種壓電式晶體管(piezotronic transistors)，是利用氧化鋅奈米線(zinc-oxide nanowire)內(nèi)的壓電效應(yīng)，來將機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)換成控制邏輯運(yùn)算的訊號。美國喬治亞理工學(xué)院(Georgia Institute of Technology)的研究人員最近展示了具備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電路功能的新式壓電電路。
壓電組件(piezotronics)可說是一種全新系列的電子裝置，它們是利用類似微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的運(yùn)轉(zhuǎn)零件來制造電場以控制場效晶體管(FET)。發(fā)明這類組件的喬治亞理工大學(xué)教授Zhong Lin Wang表示，這類應(yīng)力閘控(strain-gated)晶體管的運(yùn)作模式就與傳統(tǒng)FET一樣，與源極到汲極的電流一起受電場閘控，不過壓電晶體管的電場是透過彎折壓電奈米線來產(chǎn)生──即應(yīng)力，而不是將電荷儲(chǔ)存在邏輯閘中。
這種應(yīng)力閘控晶體管可直接應(yīng)用在奈米機(jī)器人 (nanobots)、微流體裝置(microfluidics)等等的微機(jī)電系統(tǒng)中?！高@類組件能讓機(jī)械作用與電子組件介接，」Wang表示：「而且可望做為新種類邏輯設(shè)備的基礎(chǔ)，利用壓電位勢(piezoelectric potential)來取代閘極電壓?！?/div>
喬治亞理工學(xué)院的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，利用氧化鋅奈米線機(jī)械應(yīng)力所產(chǎn)生的電場，開發(fā)了一種全新系列的邏輯組件 (圖片由Gary Meek提供)
Wang 所主持的實(shí)驗(yàn)室多年來專注于開發(fā)半導(dǎo)體壓電奈米線的應(yīng)用；他所嘗試過的每一種應(yīng)用，都需要耗費(fèi)不少心力來布建電路。藉由在廉價(jià)聚合物基板上建立一系列標(biāo)準(zhǔn)化壓電電路，研究人員期望能更快速地開發(fā)出各種型態(tài)的未來應(yīng)用；例如一些量測裝置，或是能藉由穿戴者的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生能量的衣物。
喬治亞理工學(xué)院的研究人員對軟性聚合物基板上的氧化鋅奈米組件數(shù)組進(jìn)行性能量測 (圖片由Gary Meek提供)
最近該研究團(tuán)隊(duì)并證實(shí)，至于用以控制應(yīng)力閘控壓電晶體管的、是半導(dǎo)體也是壓電式的電路，具備可執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)邏輯功能的能力，可做為逆變器 (inverters)，或是NOR、XOR與NAND邏輯閘，或是多任務(wù)器(multiplexer)、解多任務(wù)器(demultiplexer)?！高@是機(jī)械作用首次被用來產(chǎn)生邏輯運(yùn)作?！筗ang表示。
目前 Wang的團(tuán)隊(duì)正在實(shí)驗(yàn)以雷射來控制壓電組件的導(dǎo)電性；利用氧化鋅與金屬電極接口的光激發(fā)(photo-excitation)特性，藉由超紫外光 (ultraviolet light)來產(chǎn)生電子-電洞對(electron-hole pairs)，以改變那里的蕭特基位障(Schottky barrier)高度。
將雷射與機(jī)械應(yīng)力并用，將可對未來的「壓電-光電(piezo-phototronic)」裝置進(jìn)行更精細(xì)的控制。研究團(tuán)隊(duì)也在實(shí)驗(yàn)將碳奈米管與氧化鋅奈米線結(jié)合，以制作出混合性組件。贊助以上研究的單位包括美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)、美國能源部以及國防部高等研究計(jì)劃署(DARPA)。
Wang的研究團(tuán)隊(duì)成員包括Wenzhuo Wu、Yaguang Wei、Weihua Liu、Minbaek Lee、Yan Zhang、 Yanling Chang、Shu Xiang、Lei Ding、Jie Liu與Robert Snyder。
(參考原文： Piezotonics defines new semiconductor-device category ，by R. Colin Johnson)
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來源：電子工程專輯臺(tái)灣
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