新闻网讯 11月15日，材料科学及物理学领域的TOP期刊Nano Energy（IF：17.881）在线刊发了航空航天学院胡元太教授课题组的最新研究成果“A mechanically induced artificial potential barrier and its tuning mechanism on performance of piezoelectric PN junctions（Nano Energy, Vol. 92: 106741, 2022）”。胡元太为论文通讯作者，博士生杨翼展为第一作者，光电信息学院曾祥斌教授、王耘波副教授以及材料学院博士后杨万里参与合作研究。

据了解，当器件结构具备压电性与半导体性耦合特征时，机械变形能够诱发人工势垒。利用人工势垒可对PN结空间电荷区进行构型改造，从而提高界面区域的载流子复合率，促进电子电流与空穴电流的相互转换，实现压电PN结性能的提升。

胡元太等人摒弃半导体物理中的耗尽层近似和小注入假设，打开PN结势垒区域以充分显示界面附近剧烈变化的物理过程，建立了多物理场与载流子耦合的压电PN结分析模型，提出了人工势垒调控方法，开展了人工势垒与空间电荷区的耦合作用分析。他们的研究结果显示：张应力模式人工势垒对空间电荷区进行构型重建后输出的I-V特性得到大大提升，而压应力模式人工势垒在与空间电荷区发生强的相互作用后其输出性能也能得到有效提高。这表明前者应该作用于空间电荷区之内，而后者应该作用于空间电荷区之外。他们的进一步研究发现，当掺杂浓度为1×10²¹m^-3且加载宽度等于空间电荷区尺寸时，张应力模式可提高PN结输出电流至原输出电流的7.16倍，而压应力模式则可提高至原输出电流的5.18倍。该项研究结果对压电电子器件的性能调控提供了一种思路，对新型压电电子器件的研发具有一定的指导意义。

该项工作得到国家自然科学基金的资助（11972164、12102141）。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521009903