目錄
第2版前言
第1版前言
第1章 引言與基礎(chǔ)知識 1
1.1 以多樣性和多功能性超越摩爾定律 1
1.2 人機交互界面 3
1.3 第一代半導(dǎo)體 3
1.4 第二代半導(dǎo)體 4
1.5 第三代半導(dǎo)體 4
1.6 第四代半導(dǎo)體 5
1.7 壓電勢 6
1.8 壓電電子學(xué)效應(yīng) 8
1.8.1 壓電電子學(xué)效應(yīng)對金屬-半導(dǎo)體接觸的作用 9
1.8.2 壓電電子學(xué)效應(yīng)對p-n結(jié)的作用 11
1.9 壓電光電子學(xué)效應(yīng) 12
1.10 壓電光子學(xué)效應(yīng) 13
1.11 展望 13
參考文獻(xiàn) 14
第2章 壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)材料 16
2.1 纖鋅礦結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體 16
2.1.1 納米線材料的生長 16
2.1.2 薄膜的生長 22
2.2 鈣鈦礦 24
2.3 二維材料 25
2.4 總結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 27
第3章 纖鋅礦結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料中的壓電勢 30
3.1 支配方程 30
3.2 前三階微擾理論 31
3.3 垂直納米線的解析解 33
3.4 橫向彎曲納米線的壓電勢 35
3.5 橫向彎曲納米線的壓電勢測量 37
3.6 軸向應(yīng)變納米線的壓電勢 38
3.7 摻雜半導(dǎo)體納米線的平衡電勢 40
3.7.1 理論框架 40
3.7.2 考慮摻雜情況下壓電勢的計算 42
3.7.3 摻雜濃度的影響 46
3.7.4 載流子類型的影響 49
3.8 壓電勢對接觸局域性質(zhì)的影響 50
3.8.1 理論分析 50
3.8.2 實驗驗證 53
3.9 電流傳輸?shù)牡锥藗鬏斈Ｐ?54
參考文獻(xiàn) 55
第4章 壓電電子學(xué)基本理論 57
4.1 壓電電子學(xué)晶體管與傳統(tǒng)場效應(yīng)晶體管的比較 57
4.2 壓電勢對金屬-半導(dǎo)體接觸的影響 59
4.3 壓電勢對p-n結(jié)的影響 60
4.4 壓電電子學(xué)效應(yīng)的理論框架 62
4.5 一維簡化模型解析解 63
4.5.1 壓電p-n結(jié) 63
4.5.2 金屬-半導(dǎo)體接觸 66
4.5.3 金屬與纖鋅礦結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體接觸 67
4.6 壓電電子學(xué)器件的數(shù)值模擬 68
4.6.1 壓電p-n結(jié) 68
4.6.2 壓電晶體管 72
4.7 壓電效應(yīng)第一性原理理論 74
4.8 壓電電子學(xué)效應(yīng)的量子理論 80
4.9 總結(jié) 84
參考文獻(xiàn) 84
第5章 壓電電子學(xué)晶體管和陣列 86
5.1 壓電電子學(xué)應(yīng)變傳感器 86
5.1.1 傳感器的制備和測量 87
5.1.2 壓電納米線的應(yīng)變計算 88
5.1.3 傳感器的機電特性 88
5.1.4 熱電子發(fā)射-擴散理論的數(shù)據(jù)分析 90
5.1.5 區(qū)分壓阻效應(yīng)和壓電效應(yīng) 92
5.1.6 壓電電子學(xué)效應(yīng)引起的應(yīng)變系數(shù)劇增 92
5.2 壓電二極管 93
5.2.1 壓電電子學(xué)效應(yīng)引起的歐姆接觸到肖特基接觸的轉(zhuǎn)變 94
5.2.2 肖特基勢壘變化的定量分析 96
5.2.3 壓電電子學(xué)二極管工作機制 98
5.2.4 壓電電子學(xué)機電開關(guān) 99
5.3 基于垂直納米線的壓電電子學(xué)晶體管 99
5.3.1 反向偏置接觸 100
5.3.2 正向偏置接觸 101
5.3.3 兩端口壓電電子學(xué)晶體管器件 102
5.4 壓電電子學(xué)晶體管陣列和芯片 104
5.5 壓電電子學(xué)高電子遷移率晶體管 105
5.5.1 壓電電子學(xué)效應(yīng)調(diào)制異質(zhì)結(jié)電子氣 105
5.5.2 壓電電子學(xué)效應(yīng)增強的高電子遷移率晶體管 109
5.5.3 柔性高電子遷移率晶體管 114
5.5.4 應(yīng)變控制功率器件和仿神經(jīng)自動控制 120
5.6 總結(jié) 127
參考文獻(xiàn) 127
第6章 壓電電子學(xué)邏輯電路和存儲器 132
6.1 應(yīng)變門控晶體管 133
6.1.1 器件制備 133
6.1.2 基本原理 135
6.2 應(yīng)變門控反相器 136
6.3 壓電電子學(xué)邏輯運算 138
6.3.1 與非門和或非門 138
6.3.2 異或門 141
6.4 機電記憶原理 143
6.5 溫度對存儲器性能的影響 147
6.6 機電存儲器中的壓電電子學(xué)效應(yīng) 149
6.7 可復(fù)寫的機電存儲器 152
6.8 總結(jié) 153
參考文獻(xiàn) 154
第7章 壓電電子學(xué)效應(yīng)在氣體、化學(xué)和生物納米傳感器上的應(yīng)用 157
7.1 肖特基接觸傳感器的工作原理 158
7.2 肖特基接觸生物傳感器 158
7.3 肖特基接觸氣體傳感器 160
7.4 壓電電子學(xué)效應(yīng)對肖特基接觸傳感器的影響 164
7.5 壓電電子學(xué)效應(yīng)增強的生物/化學(xué)傳感器 164
7.5.1 壓電電子學(xué)效應(yīng)增強的pH傳感器 164
7.5.2 壓電電子學(xué)效應(yīng)增強的葡萄糖傳感器 168
7.5.3 壓電電子學(xué)效應(yīng)增強的蛋白質(zhì)傳感器 171
7.5.4 壓電電子學(xué)效應(yīng)增強的氣體傳感器 175
7.5.5 壓電電子學(xué)效應(yīng)增強的濕度傳感器 178
7.5.6 壓電電子學(xué)效應(yīng)增強的溫度傳感器 182
7.6 總結(jié) 184
參考文獻(xiàn) 184
第8章 壓電電子學(xué)效應(yīng)對自旋輸運的影響 186
8.1 壓電電子學(xué)效應(yīng)對Rashba自旋軌道耦合的影響 186
8.1.1 基本機制 186
8.1.2 器件制造 187
8.1.3 輸出特性 189
8.1.4 壓電電子學(xué)效應(yīng)對自旋軌道耦合的影響 192
8.2 壓電電子學(xué)效應(yīng)對拓?fù)浣^緣體的影響 195
8.2.1 基本器件結(jié)構(gòu) 195
8.2.2 基礎(chǔ)理論 196
8.2.3 計算結(jié)果 197
8.3 總結(jié) 203
參考文獻(xiàn) 204
第9章 壓電光電子學(xué)理論 208
9.1 壓電光電子學(xué)效應(yīng)的理論框架 208
9.2 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對發(fā)光二極管的影響 209
9.2.1 壓電發(fā)光二極管簡化模型的解析解 209
9.2.2 壓電p-n結(jié)發(fā)光二極管器件的數(shù)值模擬 213
9.3 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對光電傳感器的影響 214
9.3.1 正偏肖特基接觸的電流密度 215
9.3.2 反偏肖特基接觸的電流密度 215
9.3.3 光激發(fā)模型 215
9.3.4 壓電電荷和壓電勢方程 216
9.3.5 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對雙肖特基接觸結(jié)構(gòu)的影響 217
9.3.6 金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測器的數(shù)值模擬 218
9.4 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對太陽能電池的影響 220
9.4.1 基本方程 221
9.4.2 基于p-n結(jié)的壓電太陽能電池 222
9.4.3 金屬-半導(dǎo)體肖特基接觸型太陽能電池 226
9.5 總結(jié) 227
參考文獻(xiàn) 228
第10章 壓電光電子學(xué)效應(yīng)在光電池中的應(yīng)用 230
10.1 壓電光電子學(xué)效應(yīng)在金屬-半導(dǎo)體接觸光電池中的應(yīng)用 230
10.2 壓電光電子學(xué)效應(yīng)在p-n結(jié)太陽能電池中的應(yīng)用 236
10.3 壓電光電子學(xué)效應(yīng)在薄膜太陽能電池中的應(yīng)用 237
10.4 壓電光電子學(xué)效應(yīng)在納米線太陽能電池中的應(yīng)用 244
10.4.1 p-n異質(zhì)結(jié)太陽能電池 244
10.4.2 增強型硫化亞銅/硫化鎘同軸納米線太陽能電池 248
10.4.3 壓電光電子學(xué)效應(yīng)在柔性氧化鋅/鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用 254
10.4.4 異質(zhì)結(jié)核殼納米線的太陽能轉(zhuǎn)換效率 257
10.5 壓電光電子學(xué)效應(yīng)增強硅太陽能電池性能 261
10.6 基于n型氧化鋅/p型硫化亞錫核殼納米線陣列的柔性太陽能電池 265
10.7 壓電光電子學(xué)效應(yīng)在量子阱太陽能電池中的應(yīng)用 268
10.8 總結(jié) 274
參考文獻(xiàn) 275
第11章 壓電光電子學(xué)效應(yīng)在光電探測器中的應(yīng)用 280
11.1 測量系統(tǒng)設(shè)計 280
11.2 紫外光傳感器的表征 282
11.3 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對紫外光靈敏度的影響 283
11.3.1 實驗結(jié)果 283
11.3.2 物理模型 285
11.4 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對可見光探測器靈敏度的影響 288
11.4.1 實驗結(jié)果及與計算的比較 288
11.4.2 壓阻效應(yīng)的影響 290
11.4.3 串聯(lián)電阻的影響 291
11.5 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對紅外光靈敏度的影響 291
11.5.1 器件制備和性能 291
11.5.2 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對器件的影響 295
11.5.3 物理機制 296
11.6 壓電光電子學(xué)光電探測的評價標(biāo)準(zhǔn) 298
11.7 總結(jié) 298
參考文獻(xiàn) 299
第12章 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對發(fā)光二極管的影響 301
12.1 發(fā)光二極管的制備和測量方法 302
12.2 發(fā)光二極管的表征 303
12.3 壓電效應(yīng)對發(fā)光二極管效率的影響 304
12.4 發(fā)射光譜和激發(fā)過程 307
12.4.1 異質(zhì)結(jié)能帶圖 307
12.4.2 受應(yīng)變發(fā)光二極管的發(fā)光光譜 308
12.5 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對發(fā)光二極管的影響 309
12.5.1 基本物理過程 309
12.5.2 應(yīng)變對異質(zhì)結(jié)能帶的影響 310
12.6 應(yīng)變對光偏振的影響 313
12.6.1 p型GaN薄膜的電致發(fā)光特性 316
12.6.2 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對發(fā)光二極管的影響 317
12.6.3 理論模型 318
12.6.4 發(fā)光特性分析 319
12.7 量子阱發(fā)光二極管的壓電光電子學(xué)效應(yīng) 322
12.7.1 時間分辨壓電光電子學(xué)效應(yīng)與可見光通信 322
12.7.2 Micro-LED的壓電光電子學(xué)效應(yīng) 326
12.7.3 壓電光電子學(xué)效應(yīng)增強發(fā)光二極管的熱管理 331
12.8 LED陣列和壓力傳感器應(yīng)用中的壓電光電子學(xué)效應(yīng) 338
12.8.1 發(fā)光二極管中的壓電光電子學(xué)效應(yīng)的分析模擬 338
12.8.2 單一納米線LED器件的壓電光電子學(xué)效應(yīng) 340
12.8.3 LED陣列中的壓電光電子學(xué)效應(yīng) 340
12.8.4 壓電光電子學(xué)LED陣列和壓力傳感器 343
12.9 總結(jié) 344
參考文獻(xiàn) 345
第13章 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對量子點、量子阱和納米線異質(zhì)結(jié)的影響 352
13.1 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對量子點的影響 352
13.2 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對量子阱的影響 357
13.3 壓電光電子學(xué)效應(yīng)對納米線的影響 365
13.4 觸覺成像 371
13.4.1 使用壓電納米線LED陣列進行高分辨率壓力分布的電致發(fā)光成像 371
13.4.2 超靈敏二維氧化鋅壓電晶體管陣列用于高分辨率觸覺成像 377
13.5 繪制單個細(xì)胞的收縮力 383
13.6 總結(jié) 390
參考文獻(xiàn) 390
第14章 壓電催化和壓電光電子學(xué)效應(yīng)對催化的影響 395
14.1 壓電光電子學(xué)效應(yīng)影響光催化的基本原理 395
14.2 壓電催化中壓電勢的產(chǎn)生 397
14.3 壓電極化增強光（電）催化反應(yīng) 399
14.3.1 具有協(xié)同壓電和光催化特性的材料 399
14.3.2 壓電材料（無光催化性能）與光催化劑的耦合 404
14.3.3 壓電半導(dǎo)體的集成 409
14.4 總結(jié) 411
參考文獻(xiàn) 411
第15章 二維材料的壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué) 416
15.1 二維材料的壓電性 416
15.2 單原子層二維材料中的壓電電子學(xué)效應(yīng) 419
15.3 單原子層二維材料中的壓電光電子學(xué)效應(yīng) 421
15.4 總結(jié) 425
參考文獻(xiàn) 425
第16章 壓電光子學(xué) 427
16.1 力致發(fā)光 427
16.2 器件設(shè)計 428
16.3 壓電光子學(xué)效應(yīng)的原理 429
16.4 實驗觀察 431
16.5 器件性能的改善 434
16.6 應(yīng)用范例 436
16.7 總結(jié) 438
參考文獻(xiàn) 439
第17章 撓曲電效應(yīng) 441
17.1 中心對稱半導(dǎo)體內(nèi)的撓曲電電子學(xué)效應(yīng) 441
17.1.1 撓曲電電子學(xué)效應(yīng) 441
17.1.2 低摻雜p型硅單晶內(nèi)的撓曲電電子學(xué)效應(yīng) 443
17.1.3 納米壓痕條件下其他類型硅內(nèi)的撓曲電電子學(xué)效應(yīng) 445
17.1.4 離子半導(dǎo)體中的撓曲電電子學(xué)效應(yīng) 446
17.2 基于非均勻應(yīng)變的高性能壓電電子學(xué)器件 449
17.2.1 非均勻應(yīng)變條件下壓電電子學(xué)晶體管的示意圖 450
17.2.2 基于非均勻應(yīng)變的壓電電子學(xué)p-n結(jié)的數(shù)值模擬 452
17.3 總結(jié) 456
參考文獻(xiàn) 456
第18章 熱釋電光電子學(xué)效應(yīng) 459
18.1 熱釋電 459
18.2 金屬-半導(dǎo)體界面的熱釋電光電子學(xué)效應(yīng) 460
18.2.1 器件設(shè)計及原理 460
18.2.2 器件性能 461
18.2.3 器件工作機制 462
18.2.4 熱釋電效應(yīng)對響應(yīng)時間的改善 464
18.3 p-n結(jié)處的熱釋電光電子學(xué)效應(yīng) 466
18.3.1 器件制備 466
18.3.2 工作機制 467
18.3.3 器件性能 468
18.4 總結(jié) 471
參考文獻(xiàn) 472