壓電半導體

某些電介質，當沿著一定方向對其施力而使它變形時，內部就產生極化現象，同時在它的兩個表面上產生符號相反的電荷，當外力去掉后，又重新恢復不帶電狀態，這種現象稱為壓電效應。利用這種效應可以把機械應力量轉換成電量。壓電半導體是兼有壓電性質的半導體材料。CdS、CdSe、ZnO、ZnS、CdTe、ZnTe等Ⅱ-Ⅵ族化合物，GaAs、GaSb、InAs、InSb、AIN等Ⅲ-Ⅴ族化合物都屬於壓電半導體。它們具有一定的離子性，當施以應變時，正負離子會分開一定的距離，產生電極化，形成電場，發生壓電效應。聲波在這些壓電材料中傳播時也會產生壓電電場，載流子便會受到該電場的作用。壓電半導體兼有半導體和壓電兩種物理性能，因此，既可用它的壓電性能研製壓電式力敏感測器，又可利用其半導體性能加工成電子器件，將兩者結合起來，就可研製出感測器與電子線路一體化的新型壓電感測測試系統。

六十年代以來，發現了許多晶體既具有半導體特性，也具有壓電性。例如，元素晶體硒(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；還有三元化合物如AgAsS、CdGeAs以及摻雜的BaTiO和某些鉛系壓電陶瓷等等，範圍很廣，種類也很多。

作為半導體材料，可以製造各種二極體、晶體管、集成電路、光電導器件、光電池等形形色色的半導體器件；另外，還可作為發光材料使用，這些方面已經為人們所熟知了。這些晶體多數具有很好的電光、光彈或二次諧波發生的特性。由於這些晶體透光範圍很寬，有的可以達到遠紅外區(例如GaAs、CdTe等，所以在激光技術方面，特別是紅外波段範圍，有著重要的應用。由於壓電半導體本身性能的一些特點和在製作薄膜的工藝上優越之處，壓電半導體現已成為微波聲學和表面波技術中重要的材料。

由於外延單晶層換能器和薄膜換能器的發展，壓電半導體材料如：CdS、ZnO等化合物，都可以使用真空蒸發或濺射的技術來形成很薄的薄膜。如果適當地控制工藝條件，可以使得生成的多晶薄膜在結晶學上的C軸(Z軸)有很高程度的擇優取向。薄膜或晶片的C軸有三種取向方式可以提供純振動模式：當C軸垂直於薄膜表面時，通過厚度方向施加電場，能驅動純厚度伸縮振模：當C軸在薄膜平面內，或當C軸與薄膜法線方向成39°夾角時，在厚度方向施加電場，兩種取向都可以激發純剪切振模。如果薄膜或晶片不按上述三種方式取向，換能器的振動將是伸縮和剪切兩種模式振動的混合。