压电半导体

有压电效应的半导体材料

压电半导体是指有压电效应的半导体材料。在外加机械压力下，随着晶体结构、外形的变化，电学特性也发生变化，这种现象称为正压电效应；反之，当晶体加上个电压时，其结构和外形也会随之发生变化，这种现象称为反压电效应。利用压电效应可以制作许多声电器件和电声器件，如晶体拾音器、晶体振荡器和扬声器等

原理

某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态，这种现象称为压电效应。利用这种效应可以把机械应力量转换成电量。压电半导体是兼有压电性质的半导体材料。CdS、CdSe、ZnO、ZnS、CdTe、ZnTe等Ⅱ-Ⅵ族化合物，GaAs、GaSb、InAs、InSb、AIN等Ⅲ-Ⅴ族化合物都属于压电半导体。它们具有一定的离子性，当施以应变时，正负离子会分开一定的距离，产生电极化，形成电场，发生压电效应。声波在这些压电材料中传播时也会产生压电电场，载流子便会受到该电场的作用。压电半导体兼有半导体和压电两种物理性能，因此，既可用它的压电性能研制压电式力敏传感器，又可利用其半导体性能加工成电子器件，将两者结合起来，就可研制出传感器与电子线路一体化的新型压电传感测试系统。

类型

六十年代以来，发现了许多晶体既具有半导体特性，也具有压电性。例如，元素晶体硒(Se)和碲(Te)；I- VI族化合物ZnO、CaS、 ZnS、GaSe、 CdTe和ZnTe；Ⅱ-Ⅵ族化合物GaAs、InSb、GaP、InAs、AlP；还有三元化合物如Ag3AsS、CdGeAs2以及掺杂的BaTiO3和某些铅系压电陶瓷等等，范围很广，种类也很多。

应用

作为半导体材料,可以制造各种二极管、晶体管、集成电路、光电导器件、光电池等形形色色的半导体器件；另外，还可作为发光材料使用，这些方面已经为人们所熟知了。这些晶体多数具有很好的电光、光弹或二次谐波发生的特性。由于这些晶体透光范围很宽，有的可以达到远红外区(例如GaAs、CdTe等，所以在激光技术方面，特别是红外波段范围，有着重要的应用。由于压电半导体本身性能的一些特点和在制作薄膜的工艺上优越之处，压电半导体现已成为微波声学和表面波技术中重要的材料。

高频超声换能器

由于外延单晶层换能器和薄膜换能器的发展，压电半导体材料如：CdS、ZnO等化合物，都可以使用真空蒸发或溅射的技术来形成很薄的薄膜。如果适当地控制工艺条件，可以使得生成的多晶薄膜在结晶学上的C轴(Z轴)有很高程度的择优取向。薄膜或晶片的C轴有三种取向方式可以提供纯振动模式：当C轴垂直于薄膜表面时，通过厚度方向施加电场，能驱动纯厚度伸缩振模：当C轴在薄膜平面内，或当C轴与薄膜法线方向成39°夹角时，在厚度方向施加电场，两种取向都可以激发纯剪切振模。如果薄膜或晶片不按上述三种方式取向，换能器的振动将是伸缩和剪切两种模式振动的混合。

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