壓電半導(dǎo)體兼具壓電性與半導(dǎo)體特性雙重物理屬性,是未來構(gòu)建新型功能化、智能化元器件的理想材料,在信息、能源、生物、醫(yī)療和航空航天等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用價值。層狀結(jié)構(gòu)是壓電半導(dǎo)體器件中一種常用的結(jié)構(gòu)形式。從理論上研究層狀壓電半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的變形-極化-載流子多場耦合力學(xué)行為,對半導(dǎo)體器件的設(shè)計與開發(fā)至關(guān)重要。本文基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論與半導(dǎo)體物理學(xué)基礎(chǔ),針對N層壓電半導(dǎo)體復(fù)合板結(jié)構(gòu),采用Mindlin型級數(shù)展開技術(shù),從結(jié)構(gòu)的三維方程出發(fā),并考慮在小擾動載流子增量的情況下對載流子的非線性漂移電流項進(jìn)行線性化處理,把位移、電勢和增量載流子濃度展開為厚度坐標(biāo)的冪級數(shù)形式,導(dǎo)出了壓電半導(dǎo)體層合板結(jié)構(gòu)二維簡化理論的基本方程。采用所建立的二維簡化理論,以具體由銀/n型氧化鋅/鋁/PET基底組成的層狀壓電半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)為對象,考慮電學(xué)開路條件,分別研究了其在受恒定荷載作用下的柱面靜力彎曲和受周期荷載作用下的柱面穩(wěn)態(tài)彎曲響應(yīng)問題,導(dǎo)出了結(jié)構(gòu)內(nèi)位移、電勢、電場、電位移和電子濃度分布等物理量的解析表達(dá)式。數(shù)值結(jié)果表明:外力大小、激勵頻率以及初始載流子濃度對結(jié)構(gòu)的多場耦合力學(xué)行為有顯著的調(diào)控作用。本文的研究結(jié)果為分析壓電半導(dǎo)體器件提供了理論依據(jù),具有重要的工程指導(dǎo)價值。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN303;O342
【部分圖文】：

?第丨章緒論??如圖１．２所示：當(dāng)ＺｎＯ納米線外接電路時，在外載荷的作用下由于壓電效應(yīng)而產(chǎn)生電流，這是??納米發(fā)電機(jī)等器件的基本工作原理［２３］。常見的壓電半導(dǎo)體包括：元素晶體硒（Ｓｅ）和碲（Ｔｅ）；??特定類型的三元化合物，如淡紅銀礦（Ａｇ３ＡｓＳ３）等；ＩＩＩ－Ｖ族化合物：如氮化鎵（ＧａＮ）、砷化??鎵（ＧａＡｓ）、氮化銦（ＩｎＮ）等；ＩＩ－ＶＩ族化合物：如氧化鋅（ＺｎＯ）、硫化鋅（ＺｎＳ）、硫化鎘（ＣｄＳ）??等；摻雜的鈥酸鋇（ＢａＴｉ０３）以及特定類型的鉛系壓電陶瓷１２４］。??（０００１?）－Ｚｎ?ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ?ｐｏｌａｒ?ｐｌａｎｅ??ｆ?Ｑ?＾??（００〇ｉ＂）－０?ｔｅｒｍｉｎａｉｅｄ?ｐｏｌａｒ?ｐｌａｎｅ?個?Ｆ??（ａ）?（ｂ）??圖１．１氧化鋅的晶體結(jié)構(gòu)與其壓電機(jī)理［２２１。???？???Ｐｉｅ２〇ｐｏｔｅｎｔ？ａｌ??（ｔｅｎｓｉｌｅ?ｓｔｒａｉｎ）???■?￣ｍ?ｍ——ｉｉ??Ｍｅｔａｌ?ＺｎＯ?Ｍｅｔａｌ???？???Ｐｉｅｚｏｐｏｔｅｎｔｉａｌ??（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ?ｓｔｒａｉｎ）??ｉｓ?ｗ?ｍｚｚｉｚｉ??圖１．２壓電勢驅(qū)動外接電路中的電子形成電流ｌ２３］。??１．３壓電電子學(xué)的物理機(jī)制??壓電電子學(xué)效應(yīng)是佐治亞理工學(xué)院王中林教授課題組在下面兩個探究性實驗中發(fā)現(xiàn)的??【２５＞２６］。第一個是壓電場效應(yīng)晶體管（ＰＥ－ＦＥＴ）受彎曲時的電傳輸實驗。第二個是壓電二極管??（ＰＥ－Ｄｉｏｄｅ）的電傳輸實驗。他們在第一個實驗中觀測到：隨著彎曲程度的增加，晶體管內(nèi)氧??化梓納米線的導(dǎo)電性急劇下降

的基本工作原理［２３］。常見的壓電半導(dǎo)體包括：元素晶體硒合物，如淡紅銀礦（Ａｇ３ＡｓＳ３）等；ＩＩＩ－Ｖ族化合物：如氮化（ＩｎＮ）等；ＩＩ－ＶＩ族化合物：如氧化鋅（ＺｎＯ）、硫化鋅（ＺｎＳ）（ＢａＴｉ０３）以及特定類型的鉛系壓電陶瓷１２４］。??ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ?ｐｏｌａｒ?ｐｌａｎｅ??ｆ?Ｑ?ｒｍｉｎａｉｅｄ?ｐｏｌａｒ?ｐｌａｎｅ（ａ）?（ｂ）??圖１．１氧化鋅的晶體結(jié)構(gòu)與其壓電機(jī)理［２２１。??????

并把這種由應(yīng)力產(chǎn)生的壓電勢調(diào)控載流子傳輸性質(zhì)的現(xiàn)象稱為壓電電子學(xué)效應(yīng)。??此外，王中林教授還基于壓電半導(dǎo)體中的壓電性、半導(dǎo)體屬性和光激發(fā)現(xiàn)象及其耦合作用，??描繪了壓電半導(dǎo)體材料的潛在應(yīng)用藍(lán)圖，如圖１．３｜２２］所示。????Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?Ｙ?Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ????Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｉｒｎａ？ｉｎ８?ｓｅｎｓｏｒｓ?ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ???ｓｅｎｓｏｒｓ??Ａ??ｄｅｖｉｃｅｓ」??Ｆｏｒｃｅ?Ｌ?＿，一?－?一、■??丨?ｓｅｎｆｒｓ?］?Ｐｉｅｚｏ－ｐｈｏｔｏｔｒｏｎｉｃｓ?Ｍ，ｃｒｏｆｌｕｉｄ，ｃｓ??Ａｃｔｉｖｅ?ＦｓＦｌ??ｆｌｅｘｉｂｌｅ?、、?Ｎａｎｏ＊??ｅｌｅｃｔｒｏ－ｉｃｓ?／?＇?ｒｏｂｏｔｉｃｓ??￣ｒ?（?＼?Ｓ－Ｊ??ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ?＆?ｆ?＿?■?ｇｙｌ?、?Ｐｈｏｔｏｎ??ｔｒａ－ｉ?－ｄｕ－－．
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本文編號：2836958