壓電元件(piezotronics)可說是一種全新系列的電子裝置，它們是利用類似微機電系統(MEMS)的運轉零件來製造電場以控制場效電晶體(FET)。發明這類元件的喬治亞理工大學教授Zhong Lin Wang表示，這類應力閘控(strain-gated)電晶體的運作模式就與傳統FET一樣，與源極到汲極的電流一起受電場閘控，不過壓電電晶體的電場是透過彎折壓電奈米線來產生──即應力，而不是將電荷儲存在邏輯閘中。

這種應力閘控電晶體可直接應用在奈米機器人(nanobots)、微流體裝置(microfluidics)等等的微機電系統中。「這類元件能讓機械作用與電子元件介接，」Wang表示：「而且可望做為新種類邏輯裝置的基礎，利用壓電位勢(piezoelectric potential)來取代閘極電壓。」

喬治亞理工學院的一個研究團隊，利用氧化鋅奈米線機械應力所產生的電場，開發了一種全新系列的邏輯元件 (圖片由Gary Meek提供)

Wang所主持的實驗室多年來專注於開發半導體壓電奈米線的應用；他所嘗試過的每一種應用，都需要耗費不少心力來佈建電路。藉由在廉價聚合物基板上建立一系列標準化壓電電路，研究人員期望能更快速地開發出各種型態的未來應用；例如一些量測裝置，或是能藉由穿戴者的運動產生能量的衣物。

 





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喬治亞理工學院的研究人員對軟性聚合物基板上的氧化鋅奈米元件陣列進行性能量測 (圖片由Gary Meek提供)

最近該研究團隊並證實，至於用以控制應力閘控壓電電晶體的、是半導體也是壓電式的電路，具備可執行標準邏輯功能的能力，可做為逆變器(inverters)，或是NOR、XOR與NAND邏輯閘，或是多工器(multiplexer)、解多工器(demultiplexer)。「這是機械作用首次被用來產生邏輯運作。」Wang表示。

目前 Wang的團隊正在實驗以雷射來控制壓電元件的導電性；利用氧化鋅與金屬電極介面的光激發(photo-excitation)特性，藉由超紫外光(ultraviolet light)來產生電子-電洞對(electron-hole pairs)，以改變那裡的蕭特基位障(Schottky barrier)高度。

將雷射與機械應力並用，將可對未來的「壓電-光電(piezo-phototronic)」裝置進行更精細的控制。研究團隊也在實驗將碳奈米管與氧化鋅奈米線結合，以製作出混合性元件。贊助以上研究的單位包括美國國家科學基金會(NSF)、美國能源部以及國防部高等研究計畫署(DARPA)。

Wang的研究團隊成員包括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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