Piezotrónica

El efecto piezotrónico consiste en utilizar el potencial piezoeléctrico (piezopotencial) creado en materiales con piezoelectricidad como voltaje de "puerta" para ajustar/controlar las propiedades de transporte de portadores de carga para la fabricación de nuevos dispositivos.

Neil A. Downie demostró lo sencillo que era construir demostraciones simples a macroescala utilizando un sándwich de material piezoeléctrico y material piezorresistivo de carbono para crear un dispositivo amplificador similar a un FET y lo incluyó en un libro de proyectos científicos para estudiantes en 2006. ^{[ 1 ]}

El principio fundamental de la piezotrónica fue introducido por el Prof. Zhong Lin Wang en el Instituto Tecnológico de Georgia en 2007. ^{[ 2 ]} Desde 2006, se ha demostrado una serie de dispositivos electrónicos basados ​​en este efecto, incluyendo transistores de efecto de campo con compuerta piezopotencial , ^{[ 3 ]} diodos con compuerta piezopotencial , ^{[ 4 ]} sensores de deformación , ^{[ 5 ]} sensores de fuerza/flujo, ^{[ 6 ]} transistores de efecto de campo híbridos , ^{[ 7 ]} compuertas lógicas piezotrónicas , ^{[ 8 ]} memorias electromecánicas , ^{[ 9 ]} etc.

Los dispositivos piezotrónicos se consideran una nueva categoría de dispositivos semiconductores. Es probable que la piezotrónica tenga importantes aplicaciones en sensores , interfaces entre tecnología humano-silicio, MEMS , nanorrobótica y electrónica flexible activa.

Debido a la simetría no central en materiales como el ZnO , el GaN y el InN con estructura de wurtzita , se crea un piezopotencial en el cristal al aplicar una tensión . Debido a la posesión simultánea de propiedades piezoeléctricas y semiconductoras , el piezopotencial creado en el cristal tiene un fuerte efecto en el proceso de transporte de portadores. ^{[ 10 ]}

En general, la construcción de los dispositivos piezotrónicos básicos se puede dividir en dos categorías. Aquí utilizamos los nanocables como ejemplo. El primer tipo consiste en colocar el nanocable piezoeléctrico sobre un sustrato flexible con ambos extremos fijados por electrodos. En este caso, al doblar el sustrato, el nanocable se estira o comprime. Se introduce un piezopotencial a lo largo de su eje, que modifica el campo eléctrico o la altura de la barrera Schottky (SB) en la zona de contacto. El piezopotencial positivo inducido en un extremo reduce la altura de la SB, mientras que el piezopotencial negativo en el otro extremo la aumenta. Por lo tanto, se modifican las propiedades de transporte eléctrico. El segundo tipo de dispositivo piezotrónico consiste en fijar un extremo del nanocable con un electrodo, mientras que el otro extremo queda libre. En este caso, al aplicar una fuerza en el extremo libre del nanocable para doblarlo, la distribución del piezopotencial es perpendicular al eje del nanocable. El campo piezoeléctrico introducido es perpendicular a la dirección de transporte de electrones, al igual que cuando se aplica un voltaje de puerta en un transistor de efecto de campo tradicional . Por lo tanto, las propiedades de transporte de electrones también se modificarán. ^{[ 10 ]}

Los materiales para la piezotrónica deben ser semiconductores piezoeléctricos, ^{[ 10 ]} como ZnO, GaN e InN. El acoplamiento triple entre la piezoelectricidad , la fotoexcitación y el semiconductor es la base de la piezotrónica (acoplamiento piezoeléctrico-semiconductor), la piezofotónica (acoplamiento piezoeléctrico-excitación fotónica), la optoelectrónica y la piezofototrónica (piezoelectricidad-semiconductor-fotoexcitación). El núcleo de estos acoplamientos reside en el piezopotencial creado por los materiales piezoeléctricos. ^{[ 10 ]}