有相同或 相近的尺寸和形状；
[0029] 优选地，所述第二电极层的形状与所述第一电极层相比相同或相似，尺寸相同或 更大；
[0030] 优选地，所述第二电极层与所述第一电极层的材料相同或不同。
[0031] 本发明的特点是：将摩擦起电效应和半导体效应相结合，利用外力产生摩擦，形成 静电势作为门极信号，实现对半导体中载流子输运特性的调控。本发明能够将器件受到的 机械作用转化为局域电子控制信号，实现了利用摩擦效应产生静电势作为栅极电压调控电 子器件中载流子输运特性的新方法。与传统场效应晶体管不同，摩擦电场效应晶体管利用 摩擦产生电子控制信号，取代了传统场效应晶体管中的门电极，实现了外力与电子器件的 直接交互，将广泛应用于人机交互、传感器、柔性电子学等领域。
[0032] 和已有的压电电子晶体管相比，本发明有以下优势：1)不局限于压电半导体材料， 应用范围可面向所有半导体；2)可基于现有硅基CMOS技术，易于集成，易于实现器件的微 型化和阵列化；3)器件可承受较大的机械形变，具有较宽的外力传感范围。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明中摩擦电绝缘栅型场效应晶体管的典型结构示意图；
[0034] 图2为本发明中摩擦电绝缘栅型场效应晶体管的工作原理图；
[0035] 图3为本发明中摩擦电绝缘栅型场效应晶体管的另一种典型结构示意图；
[0036] 图4为本发明中摩擦电结型场效应晶体管的典型结构示意图；
[0037] 图5为本发明中摩擦电结型场效应晶体管的工作原理图；
[0038] 图6为本发明中摩擦电结型场效应晶体管的另一种典型结构示意图；
[0039] 图7为本发明中摩擦电结型场效应晶体管的另一种典型结构示意图。
【具体实施方式】
[0040]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合【具体实施方式】，并参 照附图，对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。其次，本发明结合示意图进 行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不应限制 本发明保护的范围。
[0041]本发明将摩擦电效应与场效应晶体管结合形成一种全新的摩擦电场效应晶体管， 主要包括半导体层、在该半导体层上分隔设置的源电极和漏电极、在该半导体层的相对两 侧分别设置的第一电极层和第二电极层，其中第一电极层与所述半导体层之间能够形成间 距变化的相对运动，而第二电极层与所属半导体层之间保持欧姆接触。本发明的摩擦电场 效应晶体管将传统场效应晶体管中固定的栅电极改变成活动的电极层，并且利用该电极层 与半导体层或栅绝缘层之间的摩擦来形成内电场，作为控制沟道宽度的门电压，从而实现 了环境机械能与电子器件的直接交互。本发明的摩擦电场效应晶体管分为绝缘栅型和结 型，分别对应于传统的绝缘栅型和结型场效应晶体管，以下将结合具体的实施例分别进行 说明。
[0042] 图1为本发明摩擦电绝缘栅型场效应晶体管的一种典型结构，包括：半导体层1， 在半导体层1上分隔形成的源极区2-1和漏极区2-2,在半导体层1的部分上表面上形成 的、位于源极区2-1和漏极区2-2之间的栅绝缘层3,位于栅绝缘层3上方的第一电极层4 和与半导体层1的至少部分下表面形成欧姆接触的第二电极层5 ;其中，该栅绝缘层3同时 与源极区2-1和漏极区2-2接触，第一电极层4与栅绝缘层3面对面，二者之间能够形成接 触和分离的相对运动，第一电极层4与栅绝缘层3的接触表面在半导体层1上表面的投影 同时与源极区2-1和漏极区2-2有交集，并且第一电极层4不能与源极区2-1和漏极区2-2 接触，第一电极层4和第二电极层5之间通过导线连接。
[0043]图2为本发明摩擦电绝缘栅型场效应晶体管的工作原理图，此处以N型半导体衬 底为半导体层1、源极区2-1和漏极区2-2分别由P型半导体区形成的场效应晶体管为例进 行说明，该原理对于采用本领域其他常规材料来制备半导体层1、源极区2-1和漏极区2-2 的情况也同样适用。
[0044] 如图2(a)所示，第一电极层4与栅绝缘层3形成一对摩擦面，初始状态其间距为 Cltl。两个P型区2-1和2-2外接电源，在外电场的作用下，半导体层1中形成电流ID。
[0045] 如图2(b)所示，在外力F作用下，栅绝缘层3与第一电极层4接触并产生摩擦，由 于不同的电子束缚能力，栅绝缘层3带负电，第一电极层4带正电。
[0046] 如图2(c)所示，当外力F逐渐撤去时，第一电极层4与栅绝缘层3逐渐分离，其间 距为Cl1(C^dtl),此过程电子从第二电极层5流向第一电极层4以达到电平衡。由此导致第 二电极层5带正电，与栅绝缘层3形成了垂直于电流Id方向的内电场。
[0047] 如图2(d)所示，当外力F完全撤去后，第一电极层4与栅绝缘层3完全分离，其间 距恢复为Cltl，此时第二电极层5带与栅绝缘层3等量的正电荷，以形成电平衡，垂直于电流 Id方向的内电场达到最大。此过程中N型半导体层1在内电场作用下产生电荷极化，使得 N型半导体层1的上表面吸引空穴、排斥电子，并产生反型，增加了N型半导体层1中的导电 沟道宽度，提高了电流Id的大小，起到了调控半导体载流子输运的作用。
[0048] 如图2(e)所示，当外力F再次作用时，第一电极层4与栅绝缘层3逐渐接近，其间 距为Cl1(C^dtl),此过程电子从第一电极层4流向第二电极层5以达到电平衡。第二电极层 5带的正电逐渐减小，与栅绝缘层3形成的垂直于电流Id方向的内电场也逐渐减小，此过程 N型半导体层1中的导电沟道宽度变小，电流Id变小。当外力F完全作用时，第一电极层4 与栅绝缘层3再次接触，第一电极层4带与栅绝缘层3等量的正电荷，以形成电平衡，垂直 于电流Id方向的内电场达到最小，回到了如图2(b)所示的状态。
[0049] 通过上述摩擦电场效应晶体管的工作原理可以看出，外力F可以调控垂直于半导 体层1中电流方向的静电场大小，起到栅极电压的作用，从而可实现对半导体层中电流大 小的调控。
[0050] 对于摩擦电绝缘栅型场效应晶体管，栅绝缘层3的厚度远小于半导体层1的厚度， 因此外力F形成的栅极电压最大值为：
【主权项】
1. 一种摩擦电场效应晶体管，包括：半导体层、在该半导体层上分隔设置的源电极和 漏电极、在该半导体层的相对两侧分别设置的第一电极层和第二电极层，其特征在于，所述 第一电极层与所述半导体层之间能够形成间距变化的相对运动，所述第二电极层与所述半 导体层之间保持欧姆接触。
2. 如权利要求1所述的摩擦电场效应晶体管，其特征在于，所述第一电极层和第二电 极层之间电连接。
3. 如权利要求1或2所述的摩擦电场效应晶体管，其特征在于，所述半导体层为N型或 P型半导体，选自错、娃、神化嫁、磯化嫁、硫化領、硫化锋和氧化锋。
4. 如权利要求1-3任一项所述的摩擦电场效应晶体管，其特征在于，所述半导体层为 体材料、薄膜、单根纳米线或纳米线阵列。
5. 如权利要