近日，中科院王中林院士和西安電子科技大學(xué)秦勇教授帶隊研究人員通過(guò)Zn(CHCOO與THAM合成ZnO雙納米片，通過(guò)射頻磁控濺射在SiO2/Si沉積了Cr/Au(5nm/60nm)層，然后在其上負載ZnO雙納米片，從而得到ZnO雙納米片壓電晶體管。此器件的壓電靈敏度可高達1448.08~1677.53meV/MPa，比先前報道的最高納米線(xiàn)基壓電晶體管高50倍左右，此外在紫外光輻射下，該器件的光電響應率可達1.45×104A·W-1。
圖一 ZnO雙納米片的表征及性能測試
(a-b)ZnO雙納米片的SEM圖像：(a)頂視圖，(b)側視圖，圖中的尺度大小為1mm；
(c)不同射頻頻率下，ZnO單納米片與雙納米片壓電系數圖；
(d)TNPT的結構示意圖；
(e)TNPT的能帶圖；
(f)不同的壓力下，TNPT的電壓vs.電流關(guān)系圖；
(g)反向偏置時(shí)，TNPT的電壓-電流關(guān)系圖；
(h)計算肖特基勢壘變化量隨壓力變化的關(guān)系曲線(xiàn)圖。
圖二TNPT的壓電性能測試
(a)偏置電壓為-1.5時(shí)，電流隨壓力的變化圖示；
(b)電流對數值vs.外加壓力的實(shí)驗值與擬合曲線(xiàn)；
(c)壓電電流vs.間隔外加壓力關(guān)系曲線(xiàn)，器件表現出非凡的靈敏度和施加壓力與電導之間的調制關(guān)系；
(d)在145s-165s時(shí)間段內，電流與負載壓力的相應變化圖。
圖三 TNPT的三維有限元模擬計算
(a)有限元模擬為0.001壓縮應變下，傳統納米線(xiàn)/棒基壓電晶體管示意圖；
(b)不同的外加應力下，傳統納米線(xiàn)/棒基壓電晶體管電流壓vs.與電壓流曲線(xiàn)，插圖為施加外力前后，器件的能帶變化示意圖；
(c)有限元模擬為0.001壓縮應變下，TNPT結構示意圖；
(d)不同的負載壓力下，TNPT電流vs.電壓曲線(xiàn)圖，插圖為施加外力前后，ZnO雙納米片壓電晶體管的能帶變化示意圖。
圖四不同的外加應力下，TNPT的光響應性能測試
(a)恒定光照條件下，不同的壓力對應的源-漏伏安特性；
(b-c)TNPT的光敏性和光響應性與施加壓力間的函數關(guān)系曲線(xiàn)；
(d)紫外輻照下，TNPT的能帶圖譜，以及TNPT增強模式的工作機理，ΦB代表肖特基勢壘。
研究人員通過(guò)成功制備ZnO雙納米片材料，然后將其負載在蒸鍍有Cr/Au層的SiO2/Si基片上，由于ZnO納米片獨特的鏡面對稱(chēng)結構及優(yōu)異的壓電性能，能夠有效地降低肖特基勢壘，直接將機械刺激轉化為電學(xué)信號。測試結果顯示，此ZnO雙納米片壓電晶體管的壓電靈敏度可高達1448.08~1677.53meV/MPa，其性能遠遠優(yōu)于目前所報道的納米線(xiàn)/棒基壓電晶體管，其在諸多領(lǐng)域都有很好的發(fā)展光景。
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