经过14年的发展,压电电子学在人机界面、智能微机电系统、纳米机器人和传感网络系统等领域的研究已经取得了重要进展,并展现出巨大的应用潜力。特别是高性能压电电子学器件受到了十分广泛的关注和研究,成为当前压电电子学领域最重要的研究方向之一。随着压电电子学柔性电子芯片和压电光电子学发光二极管芯片的成功研制,压电电子学器件逐渐迈入通过组装和集成单个纳米器件来实现功能性系统的初步阶段。但是,截至目前,高性能压电电子学器件仍然存在纳米线屈曲效应和双极性面反向调控等亟待解决和探索的问题,特别是其灵敏度和可集成性需要进一步的优化和提升。本论文针对现有器件在结构、材料和界面设计上存在的问题,从器件结构优化、材料特性提升和界面调控这三个方面出发,着眼于高性能压电电子学器件,研制开发了基于纳米片的压电电子学晶体管、二维面外压电电子学晶体管和压电电子学隧道晶体管,大幅度提升了器件的探测灵敏度,提出了有效改进器件可靠性和空间分辨率的方案,并初步探索了这些器件与现有平面微纳加工技术的兼容性,对今后压电电子学器件的发展具有重要的价值,有利于完善压电电子学的理论,推进其应用。本论文具体开展的研究工作包括:1.本论文根据后续高性能压电电子学器件的设计需求,利用低温水热法可控制备出具有良好结晶性的氧化锌纳米片（Zn O nanoplatelet）和二维氧化锌纳米片（2D Zn O nanosheet）,并通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）等多种测量方法对材料的结构、形貌以及压电特性等进行了表征。发现氧化锌纳米片的厚度约数百纳米（>300 nm）,压电系数d33约为18.1～20.8 pm/V;二维氧化锌纳米片的厚度为2～3 nm,面外有效压电系数deff约为21.5 pm/V。它们均具有片状形貌和优异的面外压电特性,这为实现高性能压电电子学器件提供了材料基础。2.针对之前压电电子学器件中存在的屈曲效应问题和双极性面反向调控问题,本论文设计并制备了基于纳米片的纵向压电电子学晶体管和双通道压电电子学晶体管。首先,通过利用水平氧化锌纳米片替代竖直纳米线,有效避免了纳米线屈曲效应对压电电子学效应的负面影响,成功制备出具有高应变灵敏度因子（Gauge Factor,～1.5×107）、高压强灵敏度（Pressure Sensitivity,60.97～78.23 me V/MPa）和低响应时间（<5ms）的纵向压电电子学晶体管,并且利用其自组装阵列实现了高空间分辨率（12700 dpi）的应力成像演示。然后,在上述器件基础上,通过将电极全部连接到氧化锌纳米片的单个极性面上,成功制备出基于纳米片的双通道压电电子学晶体管,进一步提高了器件的压强灵敏度（84.2～104.4 me V/MPa）和可靠性。这部分工作通过进一步优化器件结构,提升了压电电子学器件的性能。3.面向高性能压电电子学器件的研制,这部分工作分别从理论和实验两个方面对原子尺度下的二维面外压电电子学效应进行了初步的探索和研究。首先,通过理论计算,发现了在二维尺度下独特存在的压电电子学效应沟道调控机制,预测了这种二维面外压电电子学晶体管的应变灵敏度因数可高达2′108;然后,基于二维氧化锌纳米片,设计并制作了二维面外压电电子学晶体管,实验验证了理论预测的沟道调控机制,并利用其与现有平面微纳加工技术的兼容性,成功制作了高性能力控逻辑单元。这部分工作从降低器件尺度出发,为高性能压电电子学器件的构筑提供了一种新的可能途径,拓展了压电电子学效应在二维材料上的应用,对二维压电电子学的研究具有重要的意义。4.针对传统压电电子学器件中肖特基界面存在的不足和缺陷,结合隧道结所具备的高开关和高响应特性,通过对隧道势垒高度和宽度的同时调控,本论文设计并制备了具有金属-绝缘体-压电半导体异质结的高性能压电电子学隧道晶体管,首次实现了压电电子学效应对量子隧穿效应的有效调控。这里通过对隧道晶体管的结构和性能表征,发现它在触觉成像方面具有非常大的应用潜力,其临界电压灵敏度高达5.59m V/MPa,应变灵敏度因数可高达2.6×108,具备高开关性能（～1.34′105）和小响应时间（～4.38 ms）。然后,根据实验数据,结合现有压电电子学理论,对压电电子学隧道晶体管开展了初步的理论研究。这部分工作证明了压电电子学效应对隧道结调控的有效性,压电电子学隧道晶体管展现出良好的性能,显示了在人机交互方面的巨大潜力,为实现高性能压电电子学器件提供了一种全新的思路和策略。