Пьезофотроника - Piezophototronics

Пьезофотронный эффект представляет собой трехсторонний эффект связи пьезоэлектрических, полупроводниковых и фотонных свойств в нецентрально-симметричных полупроводниковых материалах с использованием пьезоэлектрического потенциала (пьезопотенциала), который создается путем приложения деформации к полупроводнику с пьезоэлектричество для управления генерацией, переносом, разделением и / или рекомбинацией носителей на переход металл-полупроводник или p-n переход для повышения производительности оптоэлектронный устройства, такие как фотоприемник,[1] солнечная батарея [2] и светодиод.[3] Профессор Чжун Линь Ван из Технологического института Джорджии предложил фундаментальный принцип этого эффекта в 2010 году.[4][5]

Механизм

Диаграммы энергетических диапазонов для p-n перехода (а) с отсутствием пьезозарядов и (б, в) с наличием положительного и отрицательного пьезозарядов на переходе соответственно. Красные сплошные линии - зонные диаграммы с учетом пьезопотенциала. Дырки задерживаются на границе раздела из-за измененной пьезопотенциалом энергетической зоны, что увеличивает эффективность рекомбинации электронов и дырок.
Принципиальная схема, показывающая трехстороннюю связь между пьезоэлектричеством, фотовозбуждением и свойствами полупроводника.

Когда полупроводник p-типа и полупроводник n-типа образуют переход, дырки на стороне p-типа и электроны на стороне n-типа стремятся перераспределиться вокруг области интерфейса, чтобы уравновесить локальные электрическое поле, что приводит к заряду слой истощения. Диффузия и рекомбинация электронов и дырок в области перехода тесно связаны с оптоэлектронный свойства устройства, на которые сильно влияет локальное распределение электрического поля. Наличие пьезозарядов на границе раздела приводит к трем эффектам: смещению локального электронная зонная структура из-за привнесенного местного потенциала наклон электронная зонная структура в области перехода для поляризации, существующей в пьезоэлектрический полупроводник, а изменение заряда слой истощения за счет перераспределения локальных носителей заряда для уравновешивания локальных пьезозарядов. Положительный пьезоэлектрический заряды на стыке понижают энергетическую зону, а отрицательные пьезоэлектрический заряды увеличивают энергетическую полосу в полупроводник n-типа область рядом с областью стыка. Модификация локальной зоны с помощью пьезопотенциала может быть эффективной для захвата зарядов, так что скорость электронно-дырочной рекомбинации может быть значительно увеличена, что очень полезно для повышения эффективности светодиод. Кроме того, наклонная полоса имеет тенденцию изменять подвижность носителей, движущихся к переходу. Материалы для пьезофотроники должны обладать тремя основными свойствами: пьезоэлектричеством, свойством полупроводника и свойством возбуждения фотонов [5]. Типичными материалами являются структуры вюрцита, такие как ZnO, GaN и Гостиница. трехсторонняя связь между пьезоэлектричеством, фотовозбуждением и свойствами полупроводников, которая является основой пьезотроника (связь пьезоэлектричество-полупроводник), пьезофотоника (связь возбуждения пьезоэлектрика и фотонов), оптоэлектроника и пьезофотроника пьезоэлектричество-полупроводник-фотовозбуждение). В основе этой связи лежит пьезопотенциал, создаваемый пьезоэлектрическими материалами.

использованная литература

  1. ^ Ян, Цин; Го, Синь; Ван, Вэньхуэй; Чжан, Ян; Сюй, Шэн; Lien, Der Hsien; Ван, Чжун Линь (4 октября 2010 г.). «Повышение чувствительности одиночного фотоприемника ZnO Micro- / Nanowire с помощью пьезофотронного эффекта» (PDF). САУ Нано. Американское химическое общество (ACS). 4 (10): 6285–6291. Дои:10.1021 / nn1022878. ISSN  1936-0851.
  2. ^ Ян, Я; Го, Вэньси; Чжан, Ян; Дин, Юн; Ван, Сюэ; Ван, Чжун Линь (9 ноября 2011 г.). «Пьезотронный эффект на выходное напряжение солнечных элементов с гетеропереходом из P3HT / ZnO Micro / Nanowire» (PDF). Нано буквы. Американское химическое общество (ACS). 11 (11): 4812–4817. Дои:10.1021 / nl202648p. ISSN  1530-6984.
  3. ^ Ян, Цин; Ван, Вэньхуэй; Сюй, Шэн; Ван, Чжун Линь (14 сентября 2011 г.). «Повышение светового излучения диодов на основе микропровода ZnO с помощью пьезофотронного эффекта» (PDF). Нано буквы. Американское химическое общество (ACS). 11 (9): 4012–4017. Дои:10.1021 / nl202619d. ISSN  1530-6984.
  4. ^ Ху, Юфан; Чанг, Яньлин; Фэй, Пэн; Снайдер, Роберт Л .; Ван, Чжун Линь (15 января 2010 г.). «Разработка электротранспортных характеристик устройств ZnO Micro / Nanowire путем сочетания пьезоэлектрических эффектов и эффектов фотовозбуждения» (PDF). САУ Нано. Американское химическое общество (ACS). 4 (2): 1234–1240. Дои:10.1021 / nn901805g. ISSN  1936-0851.
  5. ^ Ван, Чжун Линь (2010). «Пьезопотенциальные управляемые нанопроволочные устройства: пьезотроника и пьезофотроника» (PDF). Нано сегодня. Elsevier BV. 5 (6): 540–552. Дои:10.1016 / j.nantod.2010.10.008. ISSN  1748-0132.