close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13923

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.12.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 02N 6/00
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
(21) Номер заявки: a 20090099
(22) 2009.01.28
(43) 2010.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Есман Александр Константинович; Кулешов Владимир Константинович; Зыков Григорий Люцианович (BY)
BY 13923 C1 2010.12.30
BY (11) 13923
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) RU 2331141 C1, 2008.
RU 2311664 C1, 2007.
SU 1042464 A1, 1991.
US 2007/0028957 A1.
(57)
1. Преобразователь электромагнитного излучения в электричество, содержащий опорную структуру с первой опорной поверхностью и сформированными на ней первым и
вторым электродами, соединенными каждый с соответствующим проводящим резонатором для преобразования падающего излучения рабочей длины волны λ в электрический
ток, отличающийся тем, что в опорной структуре сформировано углубление, боковые
стенки которого представляют собой вторую и четвертую опорные поверхности, а дно третью опорную поверхность, на которой на заданном нанорасстоянии от второго электрода, обеспечивающем детектирование возникшего в резонаторах тока, сформирован
наноэмиттер, представляющий собой острие первого электрода, электропроводная структура которого нанесена на первую, вторую и третью опорные поверхности.
2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что проводящие резонаторы выполнены в виде вибраторов длиной L, выбранной из условия:
L≤λ/2.
3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что проводящие резонаторы выполнены в виде спиралей длиной L, выбранной из условия:
L≤λ.
BY 13923 C1 2010.12.30
4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что проводящие резонаторы выполнены в виде секторов колец.
5. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что наноэмиттер содержит металл с
меньшей работой выхода электронов, чем у материала второго электрода.
Предлагаемое изобретение относится к области электронной техники и может быть
использовано при разработке высокоэффективных преобразователей, в том числе и многоканальных в интегральном исполнении, электромагнитного излучения, включая и инфракрасный диапазон, в электричество и может стать источником электропитания как для
гибридных автомобилей, так и для портативной электроники.
Наиболее близким по технической сущности является преобразователь электромагнитного излучения в электричество [1], содержащий опорную структуру с первой опорной
поверхностью и сформированными на ней первым и вторым электродами, соединенными
каждый с соответствующим проводящим резонатором для преобразования падающего излучения рабочей длины волны λ в электрический ток, при этом преобразователь электромагнитного излучения в электричество также содержит металлические наночастицы
размером порядка или менее длины волны в максимуме спектра падающего излучения,
обеспечивающие концентрацию падающего излучения в ближней зоне около наночастиц.
Описанное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в том, что с его помощью можно обеспечивать генерацию электрического тока в
узком диапазоне длин волн входного электромагнитного излучения при невысокой эффективности.
Техническая задача - расширение функциональных возможностей за счет преобразования всего спектра солнечного электромагнитного излучения, включая инфракрасный
диапазон, в электричество, например в постоянный электрический ток, при одновременном повышении эффективности.
Поставленная техническая задача решается тем, что в преобразователе электромагнитного излучения в электричество, содержащем опорную структуру с первой опорной
поверхностью и сформированными на ней первым и вторым электродами, соединенными
каждый с соответствующим проводящим резонатором для преобразования падающего излучения рабочей длины волны λ в электрический ток, в опорной структуре сформировано
углубление, боковые стенки которого представляют собой вторую и четвертую опорные
поверхности, а дно - третью опорную поверхность, на которой на заданном нанорасстоянии от второго электрода, обеспечивающем детектирование возникшего в резонаторах тока, сформирован наноэмиттер, представляющий собой острие первого электрода,
электропроводная структура которого нанесена на первую, вторую и третью опорные поверхности.
Для эффективного решения поставленной технической задачи проводящие резонаторы выполнены в виде вибраторов длиной L, выбранной из условия:
L ≤ λ/2.
Для эффективного решения поставленной технической задачи проводящие резонаторы выполнены в виде спиралей длиной L, выбранной из условия:
L ≤ λ.
Для эффективного решения поставленной технической задачи проводящие резонаторы выполнены в виде секторов колец.
Для эффективного решения поставленной технической задачи наноэмиттер содержит
металл с меньшей работой выхода электронов, чем материал второго электрода.
Совокупность указанных признаков позволяет решить поставленную техническую задачу за счет детектирования токов высокой частоты, соответствующих принятому и пре2
BY 13923 C1 2010.12.30
образованному электромагнитному излучению. Более того, возможность выполнения данных устройств разных размеров по интегральной технологии позволяет объединять предлагаемые устройства в матричную структуру, преобразующую весь спектр солнечного
электромагнитного излучения с выходной мощностью, достаточной для большинства
практических применений.
Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой приведена схема расположения элементов наноустройства, где обозначены:
1 - опорная структура,
2 - опорная поверхность,
3 - вторая опорная поверхность,
4 - третья опорная поверхность,
5 - четвертая опорная поверхность,
6 - первый электрод,
7 - второй электрод,
8 - наноэмиттер,
9 - проводящие резонаторы,
10 - углубление.
В наноустройстве опорная структура 1 непосредственно связана со второй опорной
поверхностью 3 и четвертой опорной поверхностью 5, которые являются боковыми стенками углубления 10. Вторая опорная поверхность 3 и четвертая опорная поверхность 5
непосредственно связаны с третьей опорной поверхностью 4, которая является дном
углубления 10. На опорных поверхностях 2, 3, 4 расположен первый электрод 6 и сам
наноэмиттер 8, который находится на заданном нанорасстоянии от второго электрода 7,
выполненного на опорной поверхности 2. Это нанорасстояние задается размером четвертой опорной поверхности 5. На опорной поверхности 2 выполнены два проводящих резонатора 9, электрически соединенных соответственно первый - с электропроводной
структурой наноэмиттера 6, а второй - со вторым электродом 7. При объединении таких
наноустройств в матричную структуру проводящие резонаторы 9 последовательно и (или)
параллельно соединяются двумя проводниками для получения требуемых значений электрических токов и напряжений.
В конкретном исполнении опорная структура 1 - это горизонтальная часть внешней
стороны кремниевой подложки, покрытой слоем окиси кремния. Опорная поверхность 2 это верхняя поверхность указанного слоя окиси кремния на опорной структуре 1. Вторая
опорная поверхность 3 и четвертая опорная поверхность 5 - это боковые стенки углубления 10. Третья опорная поверхность 4 - это дно углубления 10. Первый электрод 6 - это
выполненный методами вакуумного напыления проводник толщиной 150 нм из никеля.
При выполнении этого напыления под углом к опорной поверхности 2 конец первого
электрода 8, расположенный на третьей опорной поверхности 4, получается заостренным,
способным эмитировать электроны. Толщина указанного острия - наноэмиттера 8 - получается значительно меньше, чем толщина первого электрода 6. Второй электрод 7 - это
выполненный методами вакуумного напыления проводник из хрома толщиной 250 нм.
Проводящие резонаторы 9 - это выполненные методами вакуумного напыления проводники соответствующей толщины из никеля и хрома, имеющие электрический контакт соответственно с первым 6 и вторым 7 электродами.
Работа преобразователя электромагнитного излучения в электричество осуществляется следующим образом. Электромагнитное излучение с длиной волны λ поступает на
опорную поверхность 2 опорной структуры 1 и третью опорную поверхность 4, где расположены проводящие резонаторы 9, выполняющие функции приема, поглощения и преобразования этого излучения в ток соответствующей частоты. Выпрямление указанного тока
осуществляется в нанозазоре между внутренними концами первого 6 и второго 7 электродов, электрически связанных с соответствующими проводящими резонаторами 9, так как
3
BY 13923 C1 2010.12.30
работа выхода электронов из проводящих материалов первого 6 и второго 7 электродов
разная. Вследствие этого, а также из-за геометрической асимметрии указанных электродов 6 и 7, вольтамперная характеристика такого нанодиода, образованного в зазоре наноэмиттер 8 - второй электрод 7, является нелинейной. Постоянная составляющая выпрямленного напряжения между первым 6 и вторым 7 электродами используется для
получения электрической энергии. При объединении предлагаемых устройств в матричную структуру можно повысить эффективность преобразования электромагнитного излучения в электричество и получить электрическую мощность, достаточную для
практического применения.
Источник информации:
1. Патент РФ 2331141.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
115 Кб
Теги
by13923, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа