Piezopotential activada por nanohilo - Nanotubos
Transistor de efecto de híbridos campo –
Weihua Liu, †, §, ⊥ Minbaek Lee, †, ⊥ Lei Ding, ‡ Jie Liu, ‡ y Zhong Lin Wang * , †
† Ciencia de la escuela de los materiales e ingeniería, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia, 30332, ‡ Departamento
de química, Universidad de Duke, Durham, Carolina del Norte 27708, y § Departamento de microelectrónica, Jiaotong de Xi'an
Universidad, XI ' an, Shaanxi 710049, China
Resumen Nos informe los primeros piezoeléctricos potenciales híbrido vallado campo – efecto transistores basados en nanotubos y nanohilos. La
Dispositivo consta de nanotubos de carbono de paredes single (SWNT) en la parte inferior y cruzó ZnO piezoeléctrico fino hilo (PFW) en la parte superior
Con una capa aislante entre. Aquí, SWNTs servir como un canal de transporte del transportista, y un PFW de ZnO monocristalino actúa como el powerfree,
Libre de contacto puerta o incluso una cosecha de energía componente más adelante. El piezopotential creado por una fuerza externa en el ZnO
PFW queda demostrada para controlar el transporte de carga en el canal SWNT situado debajo. La magnitud de la piezopotential
En el PFW en una cepa de tracción de 0,05% se mide a ser 0.4 - 0,6 V. El dispositivo es un único acoplamiento entre el piezoeléctrico
Propiedad de la PFW de ZnO y el rendimiento de semiconductores de los SWNT con una utilización plena de su movilidad. El recién
Dispositivo demostrada tiene aplicaciones potenciales como un sensor de cepa, monitor de fuerza y presión, desencadenador de seguridad y toque de señal analógica
Pantalla.
KEYWORDS Efecto de Piezotronic, piezopotential, transistor de efecto de campo de nanotubos de carbono, nanohilo ZnO
S transistor de efecto de carbono de paredes de ingle nanotubo (SWNT) campo
(FET) es uno de los más fundamentales nanodevices
Para una gama de aplicaciones en electrónica, 1 - 5
Fotónica, 6 y sensores, 7 - 9 en la que está conectado el SWNT
Por dos electrodos como el electrodo de canal y un tercer actual
Está construido sobre la parte superior/inferior del canal SWNT como un
Puerta. El proceso de transporte del transportista en el FET es modulado
Por una puerta externamente aplicada voltaje o variables eléctricas
Campo. 10 ZnO es un material piezoeléctrico que puede crear un
Potencial piezoeléctrico interno (piezopotential) en el volumen
Mediante la aplicación de un estrés. La existencia de la piezopotential no
Sólo puede impulsar un flujo transitorio de electrones en el exterior
Cargar para servir como un nanogenerator para la recolección de energía 11 - 14
Pero también puede servir como un voltaje de puerta que melodías/controles de la
Flujo de portador a través de un nanohilo de ZnO (NW)-base de FET, 15 - 17
En el que el electrodo de puerta está ausente y el voltaje de la puerta está
Reemplazado por el piezopotential. Por lo tanto, puede dar ZnO explosivos un
Efecto de la puerta a FET cerca sólo cuando sean necesarios;
De lo contrario, puede servir como un componente de recolección de energía
Para la siguiente operación de FET. En este documento, nos demuestran
El primer ZnO NW y SWNT híbrido FET, en la que la
Piezopotential creado por una cepa externamente aplicada en un
ZnO NW sirve como un voltaje de puerta para el control de la compañía
Transporte en un canal actual basado en SWNT situado debajo.
El NW ZnO sirve como una eléctrica-alimentación-libre y
Libre de contacto puerta. Este dispositivo es un único acoplamiento entre
La propiedad piezoeléctrica de los semiconductores y el noroeste de ZnO
Rendimiento de los SWNT con una utilización plena de su
Movilidad. El dispositivo recién demostrado tiene potencial
Aplicaciones como un sensor de cepa recolección de energía, fuerza /
Monitor de presión, el desencadenador de seguridad y el toque de señal analógica
Pantalla.
Se crea un campo de interno en un material piezoeléctrico una vez
Se aplica una tensión de. El Zn tetraédrica coordinada 2 + y
O 2 - los iones en ZnO tener desplazamientos relativas una vez el cristal
Es sometido a un estrés mecánico. La polarización producida
Por la deformación crea un piezopotential en el
Cristal (figura 1A). La magnitud de la Piezopotential puede
Ser lo suficientemente grande como para puerta el proceso de transporte de carga en
Otro nanoestructura colocados junto a ZnO. Se trata de la
Diseñar aquí para reemplazar la puerta potencial para un FET de SWNT por
El Piezopotential para construir un FET que está controlado por
Deformación mecánica. Para fabricar un dispositivo de este tipo, un
Hilo fino piezoeléctrico (PFW) se deposita plana sobre un FET incrustado
Sustrato flexible y fija en ambos extremos utilizando un poli epóxido;
El PFW no tiene ningún contacto eléctrico con una fuente externa /
Carga (figura 1B). Cuando el sustrato fue doblado hacia abajo,
Una cepa de tracción es inducida en el PFW de ZnO, conduciendo a una
Piezoeléctrico gota potencial a lo largo del alambre. Desde el diámetro
De los hilos de ZnO ( ∼ 1 - 3 μ m) es mucho menor que la
Espesor del sustrato Kapton (127 μ m), la cepa de cizalladura
Puede dejarse de forma segura. 13 Sobre la base de un modelo estático
Cálculo, 18 para un alambre ZnO con un diámetro d) 4 Μ m y
Longitud l) 220 Μ m, cuando un total externo fuerza de f z) 1 μ N
Se aplicó en su extremo de un lado, la distribución de Piezopotential
A lo largo del alambre bent orientado con su c -eje apuntando
Hacia la izquierda se muestra en la figura 1A haciendo caso omiso del dopaje. En virtud de
La deformación externa, la longitud del alambre sería
Aumento de 0,2 nm, que produce una cepa de tracción de 1 ×
* Autor correspondiente. Correo electrónico: zhong.wang@mse.gatech.edu. Teléfono: (404) 894-
8008. Fax: (404) 385-3852.
⊥ Estos autores contribuidos igualmente a este trabajo.
Recibido para su revisión: 14/05/2010
Publicado en Web: 07 de 23 de 2010
pubs.ACS.org/NanoLett
© 2010 American Chemical Society 3084 DOI: 10.1021/nl1017145 | Nano Lett. 2010, 10 3084–3089
10 - 6 . La caída de piezopotential ∼ 3 V, que es suficiente para
Utilizarse como un sesgo de puerta para el control de transporte actuales en
FETs.
Figura 1B es un diagrama esquemático representando nuestro dispositivo
Procedimientos de fabricación. Utilizan dos tipos de sustratos
Tales como SiO 2 /Si (p ++) y Kapton. El primero de ellos es sólo para la
Análisis cuantitativo de características electrónicas de SWNT
FETs; este último es para el híbrido de Piezopotential gated FETs
Informó aquí. Tamaño grande electrodos de metales fueron fabricados
Sobre ambos sustratos como pastillas de contactos para las mediciones eléctricas.
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