纳米科学与技术：压电电子学与压电光电子学

　　王中林，美国佐治亚理工学院终身校董事讲席教授、Hightower终身讲席教授，中国科学院北京纳米能源与系统研究所（筹）首席科学家：中国科学院外籍院士，欧洲科学院院士：美国物理学会会士（fellow），美国科学促进会（AAAS）会士，美国材料研究学会会士，美国显微镜学会会士。荣获美国显微镜学会1999年巴顿奖章，佐治亚理工学院2000年、2005年杰出研究奖，2001年S.T.Li奖（美国），2009年美国陶瓷学会Purdy奖，2011年美国材料研究学会奖章（MRS Medal），2012年美国陶瓷学会爱德华·奥尔顿奖。他发明了纳米发电机并发展出其技术路线图。他关于自驱动纳米系统的研究激发了世界学术界和工业界对于微纳系统电源问题的广泛研究，这已成为能源研究与未来传感器网络研究中的特色学科。通过在新型的电子器件和光电子器件中引入压电势控制的电荷传输过程，他开创了压电电子学和压电光电子学学科并引领其发展，这在智能微机电系统或纳机电系统、纳米机器人、人与电子器件的交互界面以及传感器等方面具有重要的应用。其著作已被引用超过52000次，论文被引用的h因子（h-index）是110。

　　压电电子学和压电光电子学的基本概念和原理由王中林教授研究组分别于2007年和2010年首次提出。在人机界面、主动式传感器、主动式柔性电子学、微型机器人、智能电子签名、智能微纳机电系统以及能源技术等领域中，压电电子学和压电光电子学具有广阔的应用前景。《纳米科学与技术：压电电子学与压电光电子学》介绍压电电子学和压电光电子学的物理原理、基本理论以及基本器件单元的设计、制造、测试和应用；共分11章，包括压电电子学和压电光电子学导论、纤锌矿结构半导体材料中的压电势、压电电子学基本理论、压电电子学晶体管、压电电子学逻辑电路及运算操作、压电电子学机电存储器、压电光电子学理论、压电光电子学效应在光电池中的应用、压电光电子学效应在光电探测器中的应用、压电光电子学效应对发光二极管的影响、压电光电子学效应在光电化学过程和能源存储中的应用等内容。
　　《纳米科学与技术：压电电子学与压电光电子学》是一部系统性强、深入浅出、图文并茂的专业著作，可供相关领域的科研工作者参考使用，同时也可以用作高年级本科生和研究生专业课程的教科书。

前言
第1章 压电龟子学和压电光电子学导论
1.1 以多样性和多功能性超越摩尔定律
1.2 人机交互界面
1.3 压电电子学和压电光电子学的物理基础：压电势
1.4 压电电子学领域的创立
1.5 压电电子学效应
1.5.1 压电电子学效应对金属一半导体接触的作用
1.5.2 压电电子学效应对p-n结的作用
1.6 压电光电子学效应
1.7 适用于压电电子学研究的一维纤锌矿纳米结构
1.8 展望
参考文献

第2章 纤锌矿结构半导体材料中的压电势
2.1 支配方程
2.2 前三阶微扰理论
2.3 垂直纳米线的解析解
2.4 横向弯曲纳米线的压电势
2.5 横向弯曲纳米线的压电电势测量
2.6 轴向应变纳米线内的压电势
2.7 掺杂半导体纳米线中的平衡电势
2.7.1 理论框架
2.7.2 考虑掺杂情况时压电势的计算
2.7.3 掺杂浓度的影响
2.7.4 载流子类型的影响
2.8 压电势对局域接触特性的影响
2.8.1 理论分析
2.8.2 实验验证
2.9 电流传输的底端传输模型
参考文献

第3章 压电电子学基本理论
3.1 压电电子学晶体管与传统场效应晶体管的比较
3.2 压电势对金属-半导体接触的影响
3.3 压电势对p-n结的影响
3.4 压电电子学效应的理论框架
3.5 一维简化模型的解析解
3.5.1 压电p-n结
3.5.2 金属-半导体接触
3.5.3 金属-纤锌矿结构半导体接触
3.6 压电电子学器件的数值模拟
3.6.1 压电p-n结
3.6.2 压电晶体管
3.7 总结
参考文献

第4章 压电电子学晶体管
4.1 压电电子学应变传感器
4.1.1 传感器的制备和测量
4.1.2 压电纳米线内应变的计算
4.1.3 传感器的机电特性表征
4.1.4 应用热电子发射一扩散理论的数据分析
4.1.5 压阻和压电效应效果的区分
4.1.6 压电电子学效应引起的应变系数剧增
4.2 压电二极管
4.2.1 压电电子学效应引起的欧姆接触到肖特基接触的转变
4.2.2 肖特基势垒变化的定量分析
4.2.3 压电电子学二极管工作机制
4.2.4 压电电子学机电开关
4.3 基于垂直纳米线的压电晶体管
4.3.1 反向偏置接触
4.3.2 正向偏置接触
4.3.3 两端口压电电子学晶体管器件
4.4 总结
参考文献

第5章 压电电子学逻辑电路及运算操作
5.1 应变门控晶体管
5.1.1 器件制备
5.1.2 基本原理
5.2 应变门控反相器
5.3 压电电子学逻辑运算
5.3.1 与非门和或非门（NAND和NOR）
5.3.2 异或门（XOR）
5.4 总结
参考文献

第6章 压电电子学机电存储器
6.1 器件制备
6.2 机电存储器原理
6.3 温度对存储器性能的影响
6.4 机电存储器中的压电电子学效应
6.5 可复写的机电存储器
6.6 总结
参考文献

第7章 压电光电子学理论
7.1 压电光电子学效应的理论框架
7.2 压电光电子学效应对发光二极管的影响
7.2.1 压电发光二极管简化模型的解析解
7.2.2 压电p-n结发光二极管器件的数值模拟
7.3 压电光电子学效应对光电传感器的影响
7.3.1 正偏肖特基接触的电流密度
7.3.2 反偏肖特基接触的电流密度
7.3.3 光激发模型
7.3.4 压电电荷和压电势方程
7.3.5 压电光电子学效应对双肖特基接触结构的影响
7.3.6 金属-半导体-金属光电探测器的数值模拟
7.4 压电光电子学效应对太阳能电池的影响
7.4.1 基本方程
7.4.2 基于p-n结的压电太阳能电池
7.4.3 金属-半导体肖特基接触型太阳能电池
7.5 总结
参考文献

第8章 压电光电子学效应在光电池中的应用
8.1 金属一半导体接触光电池
8.1.1 实验方法
8.1.2 基本原理
8.1.3 光电池输出的优化
8.1.4 理论模型
8.2 p-n异质结太阳能电池
8.2.1 压电势对太阳能电池输出的影响
8.2.2 压电电子学模型
8.3 增强型硫化亚铜（Cu2S）／硫化镉（CdS）同轴纳米线太阳能电池
8.3.1 光伏器件设计
8.3.2 压电光电子学效应对输出的影响
8.3.3 理论模型
8.4 异质结核壳纳米线的太阳能转换效率
8.5 总结
参考文献

第9章 压电光电子学效应在光电探测器中的应用
9.1 测量系统设计
9.2 紫外光传感器的表征
9.3 压电光电子学效应对紫外光灵敏度的影响
9.3.1 实验结果
9.3.2 物理模型
9.4 压电光电子学效应对可见光探测器灵敏度的影响
9.4.1 实验结果及与计算结果的比较
9.4.2 压阻效应的影响
9.4.3 串联电阻的影响
9.5 压电光电子学光电探测的评价标准
9.6 总结
参考文献

第10章 压电光电子学效应对发光二极管的影响
10.1 发光二极管的制备和测量方法
10.2 发光二极管的表征
10.3 压电效应对发光二极管效率的影响
10.4 压电极化方向的效应
10.5 注入电流与施加应变之间的关系
10.6 发光光谱和激发过程
10.6.1 异质结能带图
10.6.2 受应变发光二极管的发光光谱
10.7 压电光电子学效应对发光二极管的影响
10.7.1 基本物理过程
10.7.2 应变对异质结能带的影响
10.8 应变对光偏振的影响
10.9 P型氮化镓薄膜的电致发光特性
10.9.1 压电光电子学效应对发光二极管的影响
10.9.2 理论模型
10.9.3 发光特性分析
10.10 总结
参考文献

第11章 压电光电子学效应在电化学过程和能源存储中的应用
11.1 光电化学过程的基本原理
11.2 压电势对光电化学过程的影响
11.3 光电化学太阳能电池
11.3.1 电池设计
11.3.2 压电光电子学效应对光电化学过程的影响
11.4 压电势对机械能到电化学能量转化过程的影响
11.4.1 自充电功率源器件的工作原理
11.4.2 自充电功率源器件的设计
1i.4.3 自充电功率源器件的性能
11.5 总结
参考文献
附录
附录1 王中林小组2006～2012年间发表的有关纳米发电机、压电电子学和压电光电子学方面的文章
附录2 缩写词