JP2003512153A - Solid surface catalytic reactor - Google Patents

Solid surface catalytic reactor

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JP2003512153A
JP2003512153A JP2001531501A JP2001531501A JP2003512153A JP 2003512153 A JP2003512153 A JP 2003512153A JP 2001531501 A JP2001531501 A JP 2001531501A JP 2001531501 A JP2001531501 A JP 2001531501A JP 2003512153 A JP2003512153 A JP 2003512153A
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Japan
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catalyst
excitation
energy
catalytic
collector
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JP2001531501A
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Japanese (ja)
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ズッペロ,アンソニー,シー
ギドワニ,ジャワハー,エム
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Neokismet LLC
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    • B01J35/33
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/002Generators

Abstract

(57)【要約】 触媒の上に化学反応をシミュレートする方法と装置は、(116) 化学反応から放出されるエネルギ解析を電気的に変換するのに電気的と逆の過程を使用することで浮上する。 リバーシブルの放出核(102)は、化学的に反応している振動共鳴を興奮させながら、触媒表面(116)で反応物質に注がれる電子を発生させる。 半導体接合部(110)のエミッター領域で作成された熱い電子は共同見つけられたコレクタ計数域と触媒表面(116)に拡散する。 触媒クラスタかフィルムが(116) 反応物質を吸着して、触媒か触媒からの熱い電子が表面を仕上げるコレクタ表面転送のときにバウンドした。 触媒コレクタ(104)の寸法は熱い電子のエネルギ解析平均自由行程より少ない。 熱い電子はその結果、基板格子が反応を加速していてthermalizingする前に、反応物質振動を興奮させる。 また、熱い電子は触媒表面で同じ反応で発生する。 方法と装置は、化学反応を使用することでリバーシブルであり、発電機として操作されるかもしれない。 (57) Abstract: A method and apparatus for simulating a chemical reaction on a catalyst comprises: (116) using an inverse process to electrically convert the energy analysis released from the chemical reaction. Surface. The reversible emission nucleus (102) generates electrons that are injected into the reactant at the catalyst surface (116) while exciting the chemically reacting vibrational resonance. Hot electrons created in the emitter region of the semiconductor junction (110) diffuse to the co-located collector counting area and catalyst surface (116). The catalyst cluster or film adsorbed the (116) reactants and hot electrons from the catalyst or catalyst bound during the collector surface transfer to finish the surface. The size of the catalyst collector (104) is less than the energy analysis mean free path of the hot electrons. The hot electrons then excite reactant oscillations before the substrate lattice accelerates the reaction and thermalizes. Hot electrons are generated by the same reaction on the catalyst surface. The method and apparatus are reversible using chemical reactions and may be operated as generators.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 <発明の属する技術分野> 一般に、現在の発明は触媒の表面の反応吸着物質の励起構造にエネルギ解析発
生装置と結合する方法と装置により明確に半導体基板の励起構造に関連する。
BACKGROUND OF THE INVENTION In general, the present invention relates more specifically to the excited structure of a semiconductor substrate by a method and apparatus for coupling the excited structure of a reactive adsorbent material on the surface of a catalyst with an energy analysis generator.

【0002】 <発明の背景> 表面科学における最近の実験的で理論上の開発は熱い電子がどう触媒表面で吸
着される分子か原子の振動の加熱を引き起こすかを示した。 600ケルビン温度
と6万ケルビン温度か熱エネルギのものの何回も間には、有効な温度がある状態
で、熱い電子のエネルギ解析は室温で電子と定義される。ケルビン温度は等価エ
ネルギーを0.05〜およそ5eV意味する。 300度のケルビン温度は0.026eVである。
BACKGROUND OF THE INVENTION Recent experimental and theoretical developments in surface science have shown how hot electrons cause the vibrational heating of adsorbed molecules or atoms at the catalyst surface. Energy analysis of a hot electron is defined as an electron at room temperature, with an effective temperature between the 600 and 60,000 Kelvin temperatures or many times of thermal energy. Kelvin temperature means equivalent energy of 0.05 to about 5 eV. The Kelvin temperature of 300 degrees is 0.026 eV.

【0003】 触媒金属表面に拡散する熱い電子が強く吸着された表面化学物質と対話して、
また、吸着物質と呼んで、速度でそう電子が触媒金属原子の格子でthermalizing
される過程より速くすることができると発見された。 また、最近、触媒表面か
ら熱い電子と対話するとき、吸着物質が振動エネルギを入手すると発見された。
Hot electrons that diffuse to the surface of the catalytic metal interact with strongly adsorbed surface chemicals,
It is also called an adsorbent, and at speed so electrons are thermalizing in the lattice of catalytic metal atoms
It was discovered that it could be faster than the process. It has also been recently discovered that the adsorbent material gains vibrational energy when interacting with hot electrons from the catalyst surface.

【0004】 吸着物質振動エネルギが強く化学反応速度、およびいくつかの場合エネルギ解
析か化学熱力学がかかわった放射化で熱的手段によって起こらないエネーブル反
応を機能アップするとさらに発見された。 熱い電子は触媒表面で吸着物質化学
反応を刺激する。 また、この過程の逆は観測された。表面化学反応が熱い電子
の生産をもたらしたところで。
It has been further discovered that adsorbate vibrational energy is strong and enhances the chemical reaction kinetics, and in some cases energy analysis or chemical thermodynamics, enables activation reactions that do not occur by thermal means with activation. Hot electrons stimulate the adsorbent chemical reaction at the catalyst surface. The reverse of this process was also observed. Where surface chemistry has resulted in the production of hot electrons.

【0005】 触媒の表面の熱い電子の存在は自分たちに対して、または、触媒に対して吸着
物質分子の表面振動が基板自体の物理的な温度でむしろ基板熱い電子の温度と共
に均衡にある疑似熱レジームを引き起こす場合がある。 これは、触媒が周囲温
度である間振動が数1,000度であることができるのを意味する。 熱い電子は徐
々に方法でその吸着の下部からの吸着物質をよく励起して、同点は隣接している
ポテンシャル井戸に吸着バリアとホップを襲うか、反応するか、またはdesorbs
するまでそうしますように。
The presence of hot electrons on the surface of the catalyst is such that the surface vibrations of the adsorbent molecules on themselves or on the catalyst are in equilibrium with the physical temperature of the substrate itself, rather with the temperature of the substrate hot electrons. May cause thermal regime. This means that the vibration can be several thousand degrees while the catalyst is at ambient temperature. The hot electrons gradually excite the adsorbate from the bottom of its adsorption in a manner that favors the adjoining potential wells to attack, react or desorb the adsorbent barrier and hops.
I will do so until I do.

【0006】 熱い電子エネルギ解析か頻度がまさに吸着物質のものに合う必要はない。 一
般に、吸着物質励起構造は非常に広い。多くの頻度の上広げられて、メカニズム
はしばしば電子的励起状態を通して広げられる。 すなわち、吸着物質が電子を
取得する、それ、励起電子状態への変遷。 10の数フェムト秒単位の中では、そ
れは、表面から遠くを外側に動き始めて、次に、電子を放出する。 現在の変遷
が非電子的励起状態に支持する吸着物質。 しかしながら、それは熱い電子によ
ってそれに与えられる余分なエネルギ解析を保有する。 その結果、吸着物質が
、より高い振動状態にある。 過程のための10のフェムト秒単位寿命が、広帯域
の共鳴の特徴を引き起こして、したがって、熱い電子と受信吸着物質エネルギー
準位の間のエネルギ解析格子不整を可能にする。 事実上、基板電子はエネルギ
解析を吸着物質反応物質の振動モードに預ける。触媒表面に対する吸着物質反応
物質分子か吸着物質の振動における、原子の振動などのように。 この過程はど
この吸着物質desorbsの肝心のそれ自体で多くの倍を繰り返すことができるか。
It is not necessary that the hot electron energy analysis or frequency exactly match that of the adsorbent. Generally, the adsorbed material excited structure is very wide. Extended many times, the mechanism is often extended through electronic excited states. That is, the adsorbed material acquires an electron, which is a transition to an excited electronic state. Within 10's of femtoseconds, it begins to move outward far from the surface and then emits an electron. Adsorption materials whose current transition supports non-electronically excited states. However, it carries the extra energy analysis given to it by the hot electrons. As a result, the adsorbed material is in a higher vibration state. A femtosecond unit lifetime for the process causes a broadband resonance feature, thus allowing an energy analysis lattice mismatch between the hot electron and the received adsorbent energy level. In effect, the substrate electrons leave the energy analysis to the vibrational modes of the adsorbent reactant. Adsorbents on the catalyst surface, such as the vibration of atoms in the vibration of reactant molecules or adsorbents. Where can this process be repeated many times in the heart of the adsorbent desorbs itself?

【0007】 文学では、これは「(多重)の電子項遷移によって引き起こされる脱着」、Abbre
viated DIMETまたは国会と呼ばれる。 これは刺激者の過程である。
In literature, this is “desorption caused by (multiple) electronic term transitions”, Abbre
Called viated DIMET or Diet. This is the stimulator's process.

【0008】 発生装置の過程は逆であり利く。 その振動モードの1つにおけるエネルギ解
析がある吸着物質は、触媒から冷たい電子を引き付けて、取得する。 次に、付
属電子がある吸着物質が励起電子状態で充電された吸着物質正金になるところで
これは変遷を引き起こす。 フェムト秒単位の中では、励起電子状態におけるこ
の正金は、電子を腐食して、放出する。 これはその振動モードと電子の中で余
分な運動エネルギーで吸着物質反応物質をより少ないエネルギ解析に預ける。
効果は触媒の表面の反応物質がエネルギッシュに興奮していたので触媒の中の電
子がそのエネルギ解析の部分を得たということである。 これは発生装置の過程
である。
The process of the generator works in reverse. An adsorbent with energy analysis in one of its vibrational modes attracts and acquires cold electrons from the catalyst. Second, this causes a transition where the adsorbed material with attached electrons becomes adsorbed material gold charged in the excited electronic state. In femtoseconds, this gold in the excited electronic state corrodes and emits electrons. This puts the adsorbent reactant into less energy analysis with its kinetic energy and extra kinetic energy in the electron.
The effect is that the reactants on the surface of the catalyst were energeticly excited so that the electrons in the catalyst got their part of the energy analysis. This is a generator process.

【0009】 この発生装置か逆の過程が実験室で観測された。 この観測における検出装置
は、表面反応で直接発生する電子束を測定するのにshort-circuitショットキー
ダイオードを使用した。 実験室検出装置はshort-circuitダイオードの電流を
測定した。(ダイオードは、検出装置がほとんどまさにゼロパワーを発生させた
のを意味する)。 しかしながら、検出装置は発生装置モードの存在を確認した
。 熱い電子とホット正孔の両方が観測される、および0.5eV受注のものである
シリコンの中のショットキー障壁を超えたエネルギ解析と共にあった。
This generator or the reverse process was observed in the laboratory. The detector in this observation used a short-circuit Schottky diode to measure the electron flux directly generated by the surface reaction. The laboratory detector measured the short-circuit diode current. (The diode means that the detector generated almost exactly zero power). However, the detector confirmed the existence of the generator mode. Both hot electrons and hot holes were observed, and with the energy analysis across the Schottky barrier in silicon, which is of the order of 0.5 eV.

【0010】 触媒表面の熱い電子は、反応を加速するために見せられた。 vibrationally
に興奮しているNitrogen Oxide(いいえ)分子が銅(銅)の表面と対話している実験
は表面反応性の1,000倍の増進を示した。 ほぼユニットでは、反応確率は観測
された。 その仕事では、反応物質遷移エネルギも表面温度も反応確率に強い影
響を与えなかった。熱い電子を使用する効力を確認する。
Hot electrons on the surface of the catalyst were shown to accelerate the reaction. vibrationally
Experiments in which an excited Nitrogen Oxide (no) molecule interacts with the surface of copper (copper) showed a 1000-fold increase in surface reactivity. Nearly unit, reaction probabilities were observed. In that work, neither the reactant transition energy nor the surface temperature had a strong effect on the reaction probability. Check the effectiveness of using hot electrons.

【0011】 別の実験では、一酸化炭素(CO)はルテニウムの表面で酸化した。 1.5eV、110
フェムト秒レーザパルス持続時間は熱い電子を作成した。 それがそうであった
、そのサブピコ秒反応を観測する、熱い電子なしで全くエネルギッシュに可能で
ない反応で二酸化炭素を作り出すためにCOと共にOを吸着した。 これは、1つが
単独で熱エネルギを使用すると、COは反応のないdesorbを使用するのを意味する
In another experiment, carbon monoxide (CO) was oxidized on the surface of ruthenium. 1.5eV, 110
The femtosecond laser pulse duration created hot electrons. It was adsorbed O with CO to produce carbon dioxide in a reaction that was entirely energetic not possible without hot electrons, observing its sub-picosecond reaction. This means that when one uses heat energy alone, CO uses the desorbed desorb.

【0012】 a銅の表面で正当への吸着物質がCOの100%. Nearlyの100%の脱着にアプローチ
することができる振動エネルギを伝えるそのような熱い電子の効率は観測された
。 3桁は観測されていた状態でいいえがレートについて銅をもって反応でもあっ
た増やす。
[0012] The efficiency of such hot electrons, which at the surface of the copper, conveys vibrational energy that can be adsorbed directly to the 100% of CO. 100% desorption of Nearly has been observed. The 3-digit increase in the rate observed was no but copper was also reactive with the rate being observed.

【0013】 これは金属触媒の表面に熱い電子と興奮している吸着物質正金の間の強いツー
ウェイエンジンを設立する。 観測の収集は装置と触媒表面で吸着物質への近い
近接性で半導体ダイオードの励起構造に吸着されるか、chemisorbedされるか、
またはphysisorbedされる吸着物質反応物質の励起構造を結合する方法の両方に
通じる。
This establishes a strong two-way engine between the hot electrons and the excited adsorbent gold on the surface of the metal catalyst. The collection of observations is either adsorbed on the exciter structure of the semiconductor diode, or chemisorbed, in close proximity to the adsorbed material on the device and on the catalyst surface,
Or both physisorbed methods of binding the excited structure of the adsorbent reactants.

【0014】 半導体ダイオード励起構造はかなり簡単である。伝導帯で価電子帯と電子の穴
から成る。 化学的に反応している吸着物質触媒システムの励起構造は原子と分
子の振動によって自分たちと基板に対して支配される。エネルギー準位バンドを
形成して、エネルギー準位はこれらの正金の電子的励起状態のため組になる。そ
こでは、吸着物質が過渡か永久荷電を帯びるかもしれない。
The semiconductor diode pumping structure is fairly simple. The conduction band, which consists of a valence band and an electron hole. Excited structures of chemically reacting adsorbent catalyst systems are dominated by themselves and the substrate by atomic and molecular vibrations. Forming energy level bands, the energy levels pair due to the electronically excited states of these gold atoms. There, the adsorbed material may carry a transient or permanent charge.

【0015】 これらの構造の注入管は主に2つの経路の近くか熱い電子やホット正孔などの
ホットキャリヤのダイレクトで、通常弾道の輸送を通して、または、吸着物質と
半導体の間か直接エネルギ解析の共鳴トンネルのそばに現れる。 共鳴トンネル
は半導体と吸着物質触媒システムの励起構造によって生産された振動電場を通っ
て2つの構造を結合する。 互いの近くにどちらかの側の励起の頻度があるとき
、注入管は大いに機能アップされる。
The injection tubes of these structures are mainly near the two paths or direct of hot carriers such as hot electrons or hot holes, usually through ballistic transport, or directly between the adsorbent and the semiconductor, or energy analysis. Appears by the resonance tunnel. The resonance tunnel couples the two structures through the oscillating electric field produced by the excited structures of the semiconductor and the adsorbent catalyst system. The injection tubes are greatly enhanced when there is a frequency of excitation on either side near each other.

【0016】 熱い電子は働いている最も簡単な励起である。 選択が生産して、金属触媒の
表面に熱い電子を注ぐ現在の方法はパルスレーザを当てにする。 これらの熱い
電子を作り出す普通の方法はレーザ短パルスで金属の表面を照射することである
。通常50〜1000のフェムト秒単位と1eV以上の光子エネルギーがある飛程におけ
るパルス幅で(0.2〜1.5ミクロンの波長)。 光子は、吸着されて、0eVと、ホッ
ト正孔でエネルギ解析を光子エネルギーまで分けることの間には、エネルギ解析
があって熱い電子エネルギ解析が付随している光子エネルギーのおよそ半分を平
均している電子を作り出す。 しかしながら、レーザは利用可能な最も高価なエ
ネルギ貯蔵の1つである。
Hot electrons are the simplest excitations at work. Current methods of producing and pouring hot electrons onto the surface of metal catalysts rely on pulsed lasers. A common method of producing these hot electrons is to illuminate the surface of the metal with a short laser pulse. Pulse width (0.2-1.5 micron wavelength) at range with 50-1000 femtosecond units and photon energy above 1eV. Photons are adsorbed and average about half of the photon energy with energy analysis and hot electron energy analysis between 0 eV and splitting the energy analysis into photon energies with hot holes. Produce electrons that are However, lasers are one of the most expensive energy stores available.

【0017】 反響して起こすソリッドステートの金属絶縁体金属接合結合体、熱い電子を使
用する理論は提案された。 理論上の提案は表面で共鳴で補助されて、ホットエ
レクトロンで誘発されたfemtochemical処理を起こすだろう。 金属絶縁体合流
点で平らで関連している触媒フェルミに比例したエネルギ解析は今表面共鳴に適
切であることが知られていることより高い。 この理論を使用するどんな実験も
このとき、知られていない。 過程可逆性のどんな知られている言及も要求され
ていない。
The theory of using resonating solid-state metal insulator metal junction bonds, hot electrons, has been proposed. The theoretical proposal would be resonance-assisted at the surface to cause hot electron induced femtochemical processing. Energy analysis proportional to the catalytic Fermi that is flat and related at the junction of the metal insulators is higher than what is now known to be suitable for surface resonances. No experiment using this theory is known at this time. No known reference to process reversibility is required.

【0018】 また、ホットキャリヤの創造者として半導体でパルスレーザから得られる光子
で、薄い金属被覆層への注射メカニズムとしての中性半導体基板の使用は文学に
示された。 刺激的なガス表面触媒反応には、これが光子電子受容として金属を
使用するより1桁効率的であるかもしれないと提案された。 それは光子で、よ
り効率的に熱い電子を作り出すのに半導体基板、金属被覆層、および触媒装置を
使用することでそれを示して、触媒表面にそれらを注ぐことであった。 プロセ
ス効率を役に立つようにするのに必要である批判的な詳細はプロセス効率を保証
するのに必要である方法で記述されなかった。 熱い電子などのホットキャリヤ
か穴のどちらかの注入管が電気的に効率的である、または共鳴トンネルが効率的
であるように、半導体と金属の間でSchottky接合、オーム性の合流点またはほと
んどオーム性の合流点を仕立てなければならない。 役に立つ装置と方法で共鳴
トンネルと共鳴で補助された過程の適切な使用は貴重な含有成分であるかもしれ
ない。
Also, the use of neutral semiconductor substrates as injection mechanism into thin metallization layers with photons obtained from pulsed lasers in semiconductors as creators of hot carriers has been shown in the literature. It was proposed that this might be an order of magnitude more efficient than using metals as photon electron acceptors for stimulating gas surface catalysis. It was photons, showing it using semiconductor substrates, metallization layers, and catalytic devices to create hot electrons more efficiently and pouring them onto the catalyst surface. The critical details necessary to make process efficiency useful were not described in the manner necessary to ensure process efficiency. Schottky junctions, ohmic confluences or mostly between semiconductors and metals, such that injection tubes, either hot carriers such as hot electrons or holes, are electrically efficient, or resonant tunnels are efficient. The confluence of ohms must be tailored. The proper use of resonance tunnels and resonance assisted processes in useful equipment and methods may be valuable ingredients.

【0019】 Schottky接合ダイオードはホットエレクトロン注入に実験でソリューションに
使用された。 その仕事の共著者のひとりは、電解質で関連している表面準位が
電子を冷やしたので彼らが欲しかった成功を遂げなかったのを示す。 n-シリコ
ンと白金族金属でされる触媒電極Schottky接合は、反応電解質ソリューションに
電子を注ぐのに使用された。 プラチナの厚さはプラチナの中の熱い電子の平均
自由行程より厚く平均自由行程以下から何度か変えられた。 彼らは、何らかの
成功を遂げて、また、熱い電子と電解質との相互作用の厳しい問題を受けた。
液体電解質で表面を覆うと、熱い電子の有効性は煙滅する。 金属酸化物合流点
表面準位はこのアプローチの未解決の問題である。(そこでは、液体が反応性表
面にあふれる)。
Schottky junction diodes have been used in the solution experimentally for hot electron injection. One of the co-authors of the work shows that they did not achieve the success they wanted because the surface states associated with the electrolyte cooled the electrons. A catalytic electrode Schottky junction made of n-silicon and platinum group metals was used to inject electrons into the reaction electrolyte solution. The thickness of platinum was thicker than the mean free path of the hot electrons in platinum and varied from below the mean free path several times. They had some success and also suffered severe problems of hot electron-electrolyte interactions.
Covering the surface with a liquid electrolyte smokes the effectiveness of the hot electrons. Metal oxide confluence surface levels are an unsolved problem with this approach. (Where the liquid floods the reactive surface).

【0020】 今、倍数の外側の触媒表面から離れているレイヤが「ポラリトン」として金属
液体界面罠熱い電子の上に蓄積して、それらを即座の反応刺激者の源として、ま
たは、励起の発生装置として、より役に立たないようにする吸着物質を層にする
のが知られている。 金属と触媒反応性表面の下の半導体基板の効力は貴重な元
素である。 半導体ダイオードは重大な元素である。
Now, layers that are multiples away from the outer catalytic surface accumulate as “polaritons” on the metal-liquid interface trap hot electrons, making them a source of immediate reaction stimulators, or the generation of excitations. It is known for devices to layer an adsorbent material that renders it less useful. The effectiveness of semiconductor substrates underneath metal and catalytically reactive surfaces is a valuable element. Semiconductor diodes are a crucial element.

【0021】 すべての観測で暗黙であることは、パルス動作の効率である。 反応刺激者の
場合では、熱い電子を発生させるパルスの持続時間は時間が格子で電子熱化に関
連づけたより少ない。 発生装置の場合では、化学反応の突然の炸裂は触媒表面
における熱い電子の洪水を引き起こす。 これは順番に半導体基板収集の伝導帯
における、電子の洪水にそれらの熱い電子を引き起こす。 十分短い炸裂は発生
している電子の数に熱で起こっているshort-circuit電子を超えさせる。その結
果、電気的の世代の効率を増加させる。
Implicit in all observations is the efficiency of pulsing. In the case of reaction stimulators, the duration of the pulse that produces the hot electrons is less than the time associated with electron thermalization in the lattice. In the case of the generator, a sudden burst of chemical reaction causes a flood of hot electrons on the catalyst surface. This in turn causes those hot electrons into a flood of electrons in the conduction band of the semiconductor substrate collection. A sufficiently short burst causes the number of generated electrons to exceed the short-circuit electrons that are generated by heat. As a result, the efficiency of the electrical generation is increased.

【0022】 公共の領域で欠けるのは、共鳴トンネルを高めるか、選択されたエネルギー帯
の放射化を高めるか、必要なエネルギ解析変遷の確率を高めるか、または選択さ
れた反応経路を高めるために触媒の表面を仕立てる方法である。
What is lacking in the public domain is to enhance resonance tunnels, enhance activation of selected energy bands, increase the probability of required energy analysis transitions, or enhance selected reaction pathways. This is a method of preparing the surface of the catalyst.

【0023】 <発明の概要> 現在の発明は触媒の表面で反応吸着物質の励起構造と半導体基板の励起構造を
結合する方法と装置に向けられる。 望ましくは、注入管はリバーシブルである
。 リバーシブルの炉は、触媒の表面の吸着物質種で化学反応を刺激するのに半
導体基板で起こる励起を使用して、反応の結果として基板における励起を発生さ
せるのに逆の過程を使用する。 方法とエネルギ解析の電気的であるか他のフォ
ームが反応を加速するために反応経路を操って、反応を導いて、反応によって起
こされるエネルギ解析のフォームを操って、温度を低下させるために半導体基板
に入力した刺激者モード用途で操作されるいつが刺激となる必要があった装置は
触媒反応の表面を仕上げる; 発生装置モードで操作されると、装置は電気的の中
への吸着物質触媒システムの励起エネルギーか半導体基板における、他の形式の
エネルギ解析を変換する; そして、刺激者発生装置モードで操作されると、反応
を操るのにエネルギ解析の電気的か他のフォームを使用して、同時に、吸着物質
触媒システム化学反応エネルギ解析からエネルギ解析の電気的か他のフォームを
発生させるかもしれない。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a method and apparatus for coupling the excited structure of a reactive adsorbent material to the excited structure of a semiconductor substrate at the surface of a catalyst. Desirably, the injection tube is reversible. Reversible furnaces use the excitation that occurs in a semiconductor substrate to stimulate a chemical reaction with adsorbent species on the surface of a catalyst, and the reverse process to generate excitation in the substrate as a result of the reaction. Electrical and other forms of method and energy analysis manipulate reaction pathways to accelerate the reaction, guide the reaction, manipulate the form of energy analysis caused by the reaction, and reduce the temperature of semiconductors. When operated in the stimulator mode application input to the substrate, the device needed to be stimulating when it finishes the surface of the catalytic reaction; when operated in the generator mode, the device is adsorbed into an electrical catalyst. Converts the excitation energy of a system or other form of energy analysis in a semiconductor substrate; and, when operated in a stimulator generator mode, using electrical or other forms of energy analysis to manipulate the reaction At the same time, it may generate an electrical or other form of energy analysis from an adsorbent catalyst system chemical reaction energy analysis.

【0024】 エネルギ解析の電気的か他のフォームは現在の発明が触媒表面の吸着物質の中
へのホットキャリヤなどの励起エネルギーを作成して、注入して、吸着物質表面
触媒反応を刺激するのにおいて使用されている; そして、過程のリバーシブルの
本質のために、また、全く同じタイプの装置は表面化学反応から生じる励起を集
めるのに向けられるかもしれない。半導体基板の中のホットキャリヤ、およびそ
れらを電気的に変換するか、他の形式のエネルギ解析などのように。 模範的具
体化では、現在の発明は反応を刺激する目新しい方法で電子的に通電された半導
体ダイオードを使用する。 例えば、1つの具体化では、ホットキャリヤの創造
者として注射メカニズムとして現在の発明は、触媒表面で触媒の材料の薄い金属
被覆層構造の中と、そして、吸着物質とそれらを結合するのにpn接合を利用する
。 同じ具体化は、半導体ダイオードと、手前に、そして、それがバイアスであ
るしたがって、電気的を発生させる際にホットキャリヤを集めるのに同じpn接合
を使用するかもしれない。
The electrical or other form of energy analysis is that the present invention creates and injects excitation energy such as hot carriers into the adsorbent on the catalyst surface to stimulate the adsorbent surface catalytic reaction. And, because of the reversible nature of the process, also the exact same type of device may be oriented to collect the excitation resulting from surface chemistry. Such as hot carriers in semiconductor substrates and converting them electrically or other forms of energy analysis. In an exemplary embodiment, the present invention uses semiconductor diodes that are electronically energized in a novel way to stimulate the reaction. For example, in one embodiment, the present invention as an injecting mechanism as the creator of the hot carrier has shown that pn is used to combine them with the adsorbent material in a thin metallization layer structure of the catalytic material at the catalytic surface. Use joining. The same implementation may use a semiconductor diode and the same pn junction in front and in order to collect hot carriers in generating electrical as it is therefore biased.

【0025】 現在の発明はまた、触媒作用のコレクタとして知られている触媒アンサンブル
エネルギ解析コレクタとの親密な接触にまた、励起放出核として知られているホ
ットキャリヤ放出核を含んでいる。 励起放出核は半導体ダイオードを含んでい
る。
The present invention also includes intimate contact with the catalytic ensemble energy analysis collector, known as the catalytic collector, and also includes hot carrier emission nuclei, known as excited emission nuclei. The excited emission nucleus contains a semiconductor diode.

【0026】 いつ装置は刺激者モードで操作される。電気的であるか、または他のエネルギ
解析が穴か電子の過剰、結果として起こるホットキャリヤ、および反響して結合
した励起エネルギーなどの励起を発生させるようにそれを半導体ダイオード原因
に入力したかは、その結果、触媒吸着物質システム、刺激的な吸着物質化学反応
の構造が、結合されて、励起によって吸収される。
When the device is operated in the stimulator mode. Whether electrical or other energy analysis inputs it into the semiconductor diode cause to generate excitations such as holes or excess of electrons, resulting hot carriers, and reverberantly coupled excitation energy. , As a result, the structure of the catalytic adsorbent system, the stimulating adsorbent chemical reaction, is bound and absorbed by excitation.

【0027】 装置が発生装置モードで操作されるとき、触媒吸着物質システムで起こる励起
エネルギーが半導体バンド励起と結合される。(バンド励起は、半導体で順方向
バイアスを通常引き起こして、電気的かエネルギ解析の他の役に立つフォームを
発生させることができる)。 半導体ダイオードは放出核、ダイオード合流点、
および半導体ベースを含んでいる。 ダイオードがショットキーダイオードであ
るときに、ダイオードがpn接合ダイオードであるときに、放出核(親密に触媒作
用のコレクタに接触している)が半導体を含んでいるか、または放出核は金属を
含んでいる。 合流点は放出核とベースとの接触の計数域である。 また、放出核
は電気接触を含んでいる。 ホットキャリヤ(半導体励起)がそして電子であるこ
とが選ばれるとき、ベースはn形半導体を含んでいる、そして、放出核はp型半導
体か金属のどちらかを含んでいる。
When the device is operated in generator mode, the excitation energy that occurs in the catalytic adsorbent system is combined with the semiconductor band excitation. (Band excitation usually causes a forward bias in the semiconductor and can generate other useful forms of electrical or energy analysis). Semiconductor diodes are emission nuclei, diode junctions,
And includes a semiconductor base. When the diode is a Schottky diode, when the diode is a pn junction diode, the emission nucleus (intimately in contact with the catalytic collector) contains a semiconductor, or the emission nucleus contains a metal. There is. The confluence is the counting zone of contact between the emitting nuclei and the base. The emitting nuclei also include electrical contacts. When the hot carriers (semiconductor excitations) are chosen to be electrons, the base contains n-type semiconductors and the emission nuclei contain either p-type semiconductors or metals.

【0028】 ホットキャリヤが穴であることが選ばれるとき、ベースはp型半導体を含んで
いる、そして、放出核はn型半導体か金属のどちらかを含んでいる。 また、ベー
スは電気接触を含んでいる。
When the hot carrier is chosen to be a hole, the base contains a p-type semiconductor and the emission nuclei contain either an n-type semiconductor or a metal. The base also includes electrical contacts.

【0029】 触媒作用のコレクタは、放出核に親密な接触で置かれて、触媒、任意の下層、
および任意の反応促進剤減速装置の材料を入れる。 触媒作用のコレクタの素子
群は放出核の素子群と共に全く同じであるかもしれない。 触媒と任意の反応ア
クセラレータ減速装置の材料のA表面は反応物質化学物質との親密な接触に入る
The catalyzing collector is placed in intimate contact with the emissive nuclei to provide the catalyst, any underlying layer,
And optional reaction accelerator moderator material. The catalytic collector elements may be exactly the same as the emission nucleus elements. The A surface of the catalyst and any reaction accelerator moderator material enters intimate contact with the reactant chemicals.

【0030】 この発明を使用する装置の様々な計数域はエネルギ解析注入管の様々で異なっ
た触媒作用のコレクタ、ホットキャリヤ放出核、および様々なモードを含むかも
しれない。バリスティック輸送と共鳴トンネルを含んでいる。
The various counting zones of an apparatus using the present invention may include various and different catalytic collectors of the energy analysis injection tube, hot carrier emitting nuclei, and various modes. Includes ballistic transport and resonant tunnels.

【0031】 一層の特徴と現在の発明の様々な具体化の構造と操業と同様に現在の発明の利
点は以下で詳細に添付図面に関して説明される。 図面で、参照番号のように、
同じであるか機能上同様の素子群を示しなさい。
Further features and advantages of the present invention as well as the structure and operation of the various embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numbers,
Show elements that are the same or functionally similar.

【0032】 <発明の好適な実施形態> 現在の発明の模範的具体化は半導体ダイオードとしてのホットキャリヤとpn接
合ダイオードとして電子を使用する。 ベースはn型半導体である、そして、放
出核はp型半導体である。 pn接合ダイオードの上の順方向バイアスはそれらが
少数キャリアになるp型放出核の伝導バンドに少数キャリア電子を注ぐ。 合流点
から触媒作用のコレクタまでの距離がp型半導体の少数キャリアの拡散距離につ
いて何度かより少ないならば、少数キャリアは、拡散して、触媒作用のコレクタ
にわたって、また、反響して吸着物質触媒システムの励起構造と結合されるかも
しれない。 例えば、そして、InGaAsSbのInSb、Ids、またはある合金が半導体
であるときに、拡散距離はおよそ100ナノメートルから数ミクロンまで及ぶこと
ができる。
Preferred Embodiments of the Invention An exemplary implementation of the present invention uses hot carriers as semiconductor diodes and electrons as pn junction diodes. The base is an n-type semiconductor and the emission nucleus is a p-type semiconductor. Forward biasing over pn junction diodes injects minority carrier electrons into the conduction band of p-type emission nuclei where they become minority carriers. If the distance from the confluence point to the catalytic collector is less than some times the diffusion length of the minority carriers in the p-type semiconductor, the minority carriers will diffuse, over the catalytic collector, and in reverberation, the adsorbed material. It may be associated with the excitation structure of the catalytic system. For example, and then when InSb of InGaAsSb, Ids, or some alloy is a semiconductor, the diffusion length can range from approximately 100 nanometers to several microns.

【0033】 この発明によると、少数キャリア電子は、注入されるか、またはエネルギ解析
で触媒作用のコレクタのフェルミ準位を超えて反響して触媒作用のコレクタと結
合される。 そして、この過剰エネルギーがほとんどそうである、一エネルギッ
シュである、値に周囲でダイオードの上の順方向バイアスと等しくさせる。 半
導体がpn接合ダイオードであるときに、半導体禁止帯の幅エネルギ解析(kT=熱エ
ネルギ、0.026eV)のおよそ数個kTの中に少数キャリアエネルギ解析があるかもし
れない。 半導体ダイオードがSchottky接合であるときに、およそ数個kTの中に
キャリヤーエネルギ解析があるかもしれない。 順方向バイアスエネルギ解析が
あるまた、熱い電子と呼ばれた電子が例えば、p型半導体から反応物質に接触し
た表面までの距離が草地であるならば急速に触媒面の表面と反応物質に親密な接
触で染みるかもしれない、触媒作用のコレクタの中の電子のエネルギ解析平均自
由行程について何度か。
According to the present invention, the minority carrier electrons are injected or resonate above the Fermi level of the catalyzing collector in energy analysis and are combined with the catalyzing collector. This excess energy is then nearly energetic, which is almost equal to the value of the forward bias on the diode around. When the semiconductor is a pn junction diode, there may be minority carrier energy analysis within approximately a few kT of the semiconductor bandgap width energy analysis (kT = thermal energy, 0.026 eV). There may be carrier energy analysis in the order of a few kT when the semiconductor diode is a Schottky junction. There is also a forward bias energy analysis. Also, if an electron called a hot electron is grassland, for example, if the distance from the p-type semiconductor to the surface in contact with the reactant is grassland, it will rapidly become intimate with the surface of the catalyst surface and the reactant. Several times about the mean free path energy analysis of the electrons in a catalytic collector that may stain on contact.

【0034】 触媒がプラチナなどの金属であるときに、エネルギ解析の平均である自由行程
のパラジウム、ロジウムまたはルテニウムが5と50ナノメートルの間で及ぶ。
下層が銅か金であるときに、エネルギ解析平均自由行程は30と200ナノメートル
の間で及ぶ。
When the catalyst is a metal such as platinum, the free-range palladium, rhodium or ruthenium, which is the average for energy analysis, ranges between 5 and 50 nanometers.
The energy resolution mean free path extends between 30 and 200 nanometers when the underlayer is copper or gold.

【0035】 放出核半導体の拡散距離と触媒と下層のエネルギ解析平均自由行程の長さの中
に触媒作用のコレクタからダイオード合流点までの距離があるならば、反応物質
化学物質と対話する熱い電子のフラックスはダイオード順電流のおよそものであ
る。この場所に指定されるように。 熱い電子は強く吸着物質と対話する。
Emission Nuclear Semiconductor Diffusion Distance and Energy Analysis of Catalyst and Underlayer If there is a distance from the catalytic collector to the diode confluence in the mean free path length, hot electrons interacting with the reactant chemicals. The flux of is approximately the diode forward current. As specified in this place. Hot electrons strongly interact with the adsorbent.

【0036】 現在の発明のもう一つの側面は低障壁の高さを持つように設計されて、またト
ンネリング接合と呼ばれるショットキーダイオードを使用する。 そのような装
置は、ほとんどオーム性の合流点をするのにおいて中古の、そして、半導体で電
気接触を作るのに典型的な非常に高いドーピングと、正常なショットキーダイオ
ードを作るのに使用される中型のドーピングの間で中間的になるようにSchottky
接合の金属と半導体の間のドーピングを選ぶことによって、組み立てられる。
空乏領域の幅のドーピングコントロールとしたがって、ショットキー障壁の強さ
。 ドーピングの値は堕落したか高いドーピングと従来の、または、適度のドー
ピングの間で選ばれるかもしれない。アプリケーションによる。
Another aspect of the present invention uses a Schottky diode designed to have a low barrier height and also called a tunneling junction. Such a device is used to make almost ohmic junctions, and is used to make normal Schottky diodes, with very high doping typical of making electrical contacts in semiconductors. Schottky to be intermediate between medium-sized doping
Assembled by choosing the doping between the junction metal and the semiconductor.
Depletion region width doping control and therefore Schottky barrier strength. The value of doping may be chosen between corrupt or high doping and conventional or moderate doping. It depends on the application.

【0037】 半導体がシリコンであり、その時金属が触媒作用のコレクタと共に関連してい
るあらゆる金属であるときに、ドーピングは受注の実効値に0.1eV調整されるか
もしれない。 シリコンの中のハイ・ドープは0.5と1.5eVのバリアの間で有効に0
.0eVのバリアと正常なドーピング利回りバリアを通常もたらす。 このトンネリ
ング接合ショットキーダイオードはシリコンなどの共通の半導体物質の使用を可
能にする。 反応が律動的に送られる発生装置モードにおける使用に、そのよう
なダイオードの使用は適切である。
When the semiconductor is silicon, then the metal is any metal associated with the catalytic collector, the doping may be adjusted to an effective value of order of 0.1 eV. High doping in silicon effectively 0 between barriers of 0.5 and 1.5 eV
It usually yields a .0 eV barrier and a normal doping yield barrier. This tunneling junction Schottky diode allows the use of common semiconductor materials such as silicon. The use of such a diode is suitable for use in a generator mode in which the reaction is pulsed.

【0038】 方法と装置が現在の発明のpn接合ダイオードかSchottky接合具体化のどちらか
に提供されている状態で、半導体ダイオードは、ホットキャリヤを注入するか、
または反響してキャリヤーと触媒作用のコレクタの表面の吸着物質の中へのダイ
オード順方向バイアス電圧のエネルギ解析とほとんど等しいエネルギ解析と結合
される。 方法と装置がこの発明に提供されている状態で、注入された電子のエ
ネルギ解析は反応と選択されたモードか経路におけるドライブ反応に操縦するた
めにユーザによって選ばれるかもしれない。熱的過程に近づきがたい反応経路を
含んでいる。
Semiconductor diodes may be injected with hot carriers, with methods and apparatus provided for either the pn junction diode or the Schottky junction embodiment of the present invention, or
Or reverberantly combined with an energy analysis almost equal to the energy analysis of the diode forward bias voltage into the adsorbed material on the surface of the carrier and the catalytic collector. With the method and apparatus provided in this invention, the energy analysis of the injected electrons may be selected by the user to steer the reaction and drive reaction in the selected mode or path. It contains reaction pathways that are inaccessible to thermal processes.

【0039】 現在の発明の別の目新しい局面は現在の発明のリバーシブルの本質である。
例えば、刺激の過程の逆は、吸着物質で触媒作用のコレクタに反応して発生する
電子の収集と半導体ダイオードへのエネルギ解析の共振結合である。伝導帯電子
や価電子帯穴などのキャリヤーを創設する。 触媒作用のコレクタはホットキャ
リヤ放出核で発生する熱い電子のコレクタの代わりに吸着物質化学反応エネルギ
解析によって発生する熱い電子のコレクタのように行動する。 触媒作用のコレ
クタは吸着物質から半導体まで励起を半導体の代わりに吸着物質まで結合する。
Another novel aspect of the present invention is the reversible nature of the present invention.
For example, the inverse of the process of stimulation is the resonant coupling of the collection of electrons generated in response to a catalytic collector with adsorbent material and energy analysis to a semiconductor diode. Create carriers such as conduction band electrons and valence band holes. The catalytic collector behaves like a collector of hot electrons generated by adsorbent chemical reaction energy analysis instead of a collector of hot electrons generated in hot carrier emitting nuclei. The catalytic collector couples the excitation from the adsorbent to the semiconductor to the adsorbent instead of the semiconductor.

【0040】 ホットキャリヤ放出核は代わりに触媒作用のコレクタからその熱い電子を得る
。ダイオード合流点からのo£。 ホットキャリヤ放出核は吸着物質触媒システ
ムの励起構造からエネルギ解析の共振結合によってその電子を発生させるかもし
れない。 熱い電子はベースからのダイオード合流点の代わりにベースに向かっ
てダイオード合流点を調べる。 そうする際に、熱い電子はダイオードの上の順
方向バイアスを維持して、その結果、電気的を発生させる。 現在の発明のこの
リバーシブルの本質は、装置が化学反応のダイレクト結果として電気的を発生さ
せるのを許容する。 これは発生装置モードである。
The hot carrier emitting nuclei instead get their hot electrons from the catalytic collector. O £ from the junction of the diodes. The hot carrier emitting nuclei may generate their electrons by resonant coupling of energy analysis from the excited structure of the adsorbent catalyst system. The hot electrons probe the diode junction towards the base instead of the diode junction from the base. In doing so, the hot electrons maintain a forward bias on the diode, resulting in electrical generation. This reversible nature of the present invention allows the device to generate electricity as a direct result of a chemical reaction. This is the generator mode.

【0041】 この同じ装置は、同時に刺激者と発生装置モードで作動して、その結果、発生
装置モードで電気的を操業より効率的に単独で発生させるかもしれない。 この
ように操作されている。刺激者装置は電気的の塗布か他の形式のエネルギ解析に
よって吸着物質反応の半導体ダイオードに引き金となって、刺激する。 これは
、短時間、例えば、mでピコ秒の受注を完成する反応を開始して、引き起こす。
This same device may operate in the stimulator and generator mode at the same time, thus producing electricity alone in the generator mode more efficiently than it operates. It is operated like this. The stimulator device triggers and stimulates the semiconductor diode of the adsorbate reaction by electrical application or other form of energy analysis. This initiates and triggers a reaction that completes a picosecond order in a short time, eg m.

【0042】 高ピークパワーにおける、反応結果の炸裂は電子の並立しているリリースによ
る化学反応を押し破いた。 そして、電子の結果として起こる洪水は集められて
、その結果、電気的を発生させるかもしれない。 結果として起こる電子は、ま
た、より化学の反応を刺激して、爆発か爆発への類似の連鎖反応を起こすかもし
れない。 結果は表面爆発のフォームである。 そして、電子は半導体ダイオー
ドで電気的をはるかに効率的に発生させるかもしれない。 ダイオードの電気発
電効率はピーク負荷の強い機能である、そして、刺激者は反応がそのような高電
力を実現する状態を引き起こすかもしれない。
At high peak power, the resulting exploding burst broke the chemical reaction due to the parallel release of electrons. And the resulting flood of electrons may be collected, resulting in electrical generation. The resulting electrons may also stimulate more chemical reactions, causing an explosion or a similar chain reaction to an explosion. The result is a form of surface explosion. And the electrons may generate electricity much more efficiently in the semiconductor diode. The power generation efficiency of the diode is a function of peak load, and the stimulator may cause the reaction to achieve such high power.

【0043】 装置が刺激者モードで操作されるとき、どんな方法包含でも、発生装置モード
でソリッドステートの表面触媒作用の炉を操作することによって、エネルギ解析
は集められるかもしれない。 含んでいるが、エネルギ解析がdesorbか、音量子
を集めるか、刺激的で収集一貫性を持つことで音で刺激された反応、熱を集める
か、反応生成物自体を集めるか、またはそれらのように製品の運動エネルギーを
得ることによって発する放射を集めながら制限されない収集か光放射、またはピ
エゾ効果素子の刺激による他のモード。
When the device is operated in stimulator mode, the energy analysis may be collected by operating the solid state surface catalyzed furnace in generator mode, in any way involved. Includes, but energy analysis desorbs, collects sound quanta, collects sound-stimulated reactions with stimulating and collection consistency, collects heat, collects reaction products themselves, or those Unlimited collection or light emission, while collecting radiation emitted by gaining the kinetic energy of the product, or other modes by stimulation of piezo effect elements.

【0044】 装置が発生装置モードで操作されるとき、刺激はどんな方法でも達成されるか
もしれない。発生装置モードでソリッドステートの表面触媒作用の炉を操作する
ことによって、包含する。 しかし刺激の方法が含むもう一方は、装置の他の計
数域でエネルギー出力がホットキャリヤを含むかもしれない他の反応と反応を刺
激する他の触媒作用の製品によって発生するパルスレーザ光、簡単な光フラッシ
ュ、またはホットキャリヤを使用することで刺激に制限されない。
When the device is operated in generator mode, stimulation may be achieved in any way. Inclusion by operating a solid-state surface catalysis furnace in generator mode. But the other method of stimulation involves pulsed laser light generated by other catalysis products that stimulate the reaction and other reactions whose energy output may include hot carriers in other counting areas of the device. Not limited to stimulation by using a light flash or hot carrier.

【0045】 システムで室温より低く作動するとき、現在の発明におけるpn接合半導体と共
に、禁止帯の幅が室温ヒートシンク操業、および禁止帯の幅によるおよそ0.05eV
対中古さeVが5であるかもしれないeVの0.05eV未満から始めている半導体は使用
されるかもしれない。 これは、より高いバンドギャップがある材料を使用する
のを排除しない。CaF2のような12eVのバンドギャップがある絶縁体、または、よ
り高いバンドギャップがあるいかなる他の材料などのようにも。 一般的に使用
されたInSbとInGaNsSbの材料には、特に、飛程でIn /Ga比と砒素/スチルブ比の
適当な選択によって0.1〜1.5eV連続的に選ばれるかもしれない禁止帯の幅がある
。 まさにエネルギ解析の飛程におけるバンド大きい穴偽りの結果として起こる
飛程は化学結合を炭化水素に関連づけた。 InSbの材料は0.18eVの電子を作り出
す(反応刺激V脱着を支持するのに、理想的である)。より高いエネルギー電子が
脱着の望ましくない大きい部分を刺激するかもしれないので。表面反応と対照的
に。
When operating below room temperature in the system, along with the pn junction semiconductor in the present invention, the forbidden band width is about 0.05 eV depending on the room temperature heat sink operation and the forbidden band width.
A semiconductor starting from less than 0.05 eV of eV where the used eV may be 5 may be used. This does not preclude using materials with higher bandgaps. Like an insulator with a 12eV bandgap such as CaF2, or any other material with a higher bandgap. The commonly used InSb and InGaNsSb materials have a bandgap width that may be selected continuously by 0.1-1.5 eV, in particular by appropriate selection of In / Ga ratio and arsenic / stilb ratio at range. is there. Exactly the range that occurs as a result of band-hole bogusness in the range of energy analysis has associated chemical bonds with hydrocarbons. The InSb material produces 0.18 eV electrons (ideal to support reaction-stimulated V desorption). Because higher energy electrons may stimulate an undesirably large portion of desorption. In contrast to surface reactions.

【0046】 この発明のpn接合具体化はエネルギー準位が吸着物質の励起状態エネルギーレ
ベルに合う基板を提供する。 これはすなわち、吸着物質かどちらかの指示か、
吸着物質からレゾナントトランスファを大いに高める。 例えば、触媒作用のコ
レクタの金属はプラズモンを通して共鳴トンネル注入管を提供する。吸着物質と
半導体基板の間で。 共鳴トンネル注入管は有効に基板のエネルギー帯構造を吸
着物質のエネルギー帯構造に関連づける。 触媒作用のコレクタと半導体の間の
オーム性の、または、ほとんどオーム性の合流点は有効に半導体の価電子帯に触
媒作用のコレクタのフェルミ準位をピンで止める。 そして、半導体禁止帯の幅
と等しい量に従って価電子帯より高くて、半導体の伝導帯は触媒作用のコレクタ
のフェルミ準位より上ですなわち、同じ量、禁止帯の幅エネルギ解析によって現
れる。 バンドギャップが0.05の間の口蓋から5eVまで選ばれるかもしれないので
、バンドギャップエネルギは吸着物質と触媒作用のコレクタを持っているシステ
ムのほとんどどんなエネルギー準位も合わされるかもしれない。 触媒作用のコ
レクタの上の吸着物質のエネルギー準位を合わせるために半導体禁止帯の幅を選
ぶことによって、共鳴トンネルのよく知られていて一般的に使用された過程で有
効に2を連結するかもしれない。 共鳴トンネルはエネルギ授受のために断面図
を大いに増加させる。
The pn junction embodiment of the present invention provides a substrate whose energy level matches the excited state energy level of the adsorbent material. Is this an indication of either adsorbed material or
Greatly enhances resonant transfer from adsorbed materials. For example, the catalytic collector metal provides a resonant tunnel injection tube through plasmons. Between the adsorbent and the semiconductor substrate. The resonance tunnel injection tube effectively links the energy band structure of the substrate to the energy band structure of the adsorbed material. The ohmic, or near-ohmic, confluence between the catalytic collector and the semiconductor effectively pins the Fermi level of the catalytic collector into the valence band of the semiconductor. And above the valence band by an amount equal to the width of the semiconductor forbidden band, the conduction band of the semiconductor appears above the Fermi level of the catalytic collector, ie the same amount, by width energy analysis of the forbidden band. Bandgap energies may be matched to almost any energy level in systems with adsorbents and catalytic collectors, as bandgaps may be chosen from palate between 0.05 to 5eV. By choosing the width of the semiconductor forbidden band to match the energy level of the adsorbed material above the catalytic collector, one may effectively couple the two in the well-known and commonly used process of resonant tunneling. unknown. Resonant tunnels greatly increase the cross section for energy transfer.

【0047】 吸着物質の選択されたエネルギー準位が半導体から来るホットキャリヤによっ
て反響して動かされるかもしれないので、これは刺激者モードで操向反応の役に
立つ。 吸着物質の興奮している振動州が反響して半導体と結合されるかもしれ
ないので、これは発生装置モードで役に立つ。エンジンを機能アップする。 刺
激者が次に反応、比較的小さい刺激者エネルギ解析を使用して、および反応が爆
発か爆発への触媒作用のコレクタがホットキャリヤをリリースする反応物質に露
出した表面での類似の方法で広げるかもしれない吸着物質の引き金となって、開
始することができるので、これは刺激者発生装置モードで役に立つ。 そして、
ホットキャリヤは速度で電気的を熱を発生させることによってエネルギ解析を発
射するより速く発生させるかもしれない。
This aids in steering reactions in the stimulator mode, as the selected energy levels of the adsorbent material may be resonated and driven by hot carriers coming from the semiconductor. This is useful in generator mode, as the excited oscillatory state of the adsorbent may be resonated and combined with the semiconductor. Upgrade the function of the engine. The stimulator then spreads, using a relatively small stimulator energy analysis, and in a similar manner on the surface exposed to the reactants, where the reaction explodes or catalyzes the explosion releasing hot carriers. This is useful in the stimulator generator mode, as it may trigger and initiate adsorbent material that may be present. And
Hot carriers may generate electricity at a rate faster than firing energy analysis by generating heat.

【0048】 1つの具体化では、ホットキャリヤ放出核は、退化的にドーピングされたか、
非常にドーピングされたpn接合を使用することで作られる。 この具体化では、
高キャリア密度のためまた、高い半導体添加密度が階段接合を形成するのでスイ
ッチ速度はSchottky接合のものにアプローチすることができる。ショットキーダ
イオードのものと同様である。 高スイッチング速度は刺激者と原因高ピークパ
ワー反応を律動的に送る能力を高める。 次に、pn接合は確かに0.05eVと0.4eV
未満と同じくらい低くて、選ばれたバンドギャップによって決定している下側の
エネルギ解析ホットキャリヤを供給するかもしれない。 pn接合は非常に高いエ
ネルギ解析モノクロのホットキャリヤを供給するかもしれない。半導体禁止帯の
幅と等しいエネルギ解析で。(エネルギ解析は知られている装置のために5eVを超
える)。 pn接合はSchottky接合のものよりはるかに長い拡散寸法を提供する。2
00ナノメートルと数個のミクロンの間で。はるかに大きくて「製造-可能」な半
導体素子を可能にする。ホットキャリヤは、移動して、表面触媒とミクロン対話
する。 表面準位問題を緩和して、さらに、そして、非常にドーピングされたか
、退化的にドーピングされた半導体合流点はほとんどオーム接触で作り出される
かもしれない。
In one embodiment, the hot carrier emitting nuclei are degenerately doped or
Made by using highly doped pn junctions. In this embodiment,
Because of the high carrier density, the switching speed can approach that of the Schottky junction because the high semiconductor doping density also forms a step junction. It is similar to that of the Schottky diode. The high switching speed enhances the ability to pulse the stimulator and cause high peak power responses rhythmically. Next, the pn junction is certainly 0.05eV and 0.4eV
As low as less than, it may supply the lower energy analysis hot carriers determined by the bandgap chosen. The pn junction may provide very high energy resolution monochrome hot carriers. With energy analysis equal to the width of the semiconductor forbidden band. (Energy analysis exceeds 5 eV for known devices). The pn junction provides a much longer diffusion dimension than that of the Schottky junction. 2
Between 00 nanometers and a few microns. Enables much larger and "manufacturing-ready" semiconductor devices. The hot carrier migrates and interacts with the surface catalyst in microns. Mitigating the surface level problem, additionally and highly doped or degenerately doped semiconductor junctions may be created with almost ohmic contacts.

【0049】 現在の発明の別の目新しい局面は電気的に動力付きの反応刺激者とその逆の両
方(反応駆動の発電機)のコロケーションである。 刺激は反応の高計数速度を引
き起こす。順番にエネルギ解析発生装置をより効率的にする高ピークパワーをも
たらす。
Another novel aspect of the present invention is the collocation of both electrically powered reaction stimulators and vice versa (reaction driven generators). The stimulus causes a high count rate of response. In turn results in high peak power which makes the energy analysis generator more efficient.

【0050】 別の目新しい局面では、現在の発明は刺激者と発生装置の両方として装置を機
能させる。 合併型反応刺激の用途は: 1) 制御触媒反応; 2) 発生している電気
信号を使用することでそれらの反応をモニターする; 3) 望ましくない遅い反応
速度にもかかわらず、非常に望ましい選択性を持っている触媒における高速化反
応; 4) 反応経路の非熱性操縦を引き起こす; 5) 非常に急速な状態で刺激となっ
て、連鎖反応の表面を仕上げて、低い平均値パワーを維持している間、高ピーク
パワーを達成しなさい; 6) はるかに触媒の物理的な温度を超えているかもしれ
ない触媒の中のホットキャリヤのもののような化学反応温度を引き起こす: 7)
脈打つのに1つのタイプの刺激者を使用して、刺激者発生装置モードで、電気的
を作る装置と別のものが例えば使用、8で増して、蓄積するかもしれない求めら
れていない化学副産物を取り除くために装置をきれいにしている自己) 開始に反
応雪崩を引き起こすためにタイプするので、化学反応はそれら自身のホットキャ
リヤを作成する。ホットキャリヤを逆方向で拡散させて、装置が発電機であるこ
とを引き起こす。
In another novel aspect, the present invention functions the device as both a stimulator and a generator. Applications for combined reaction stimuli are: 1) controlled catalytic reactions; 2) monitoring those reactions by using the electrical signal being generated; 3) a highly desirable choice despite undesirably slow reaction rates. Accelerated reaction in a catalytically active catalyst; 4) causing non-thermal steering of the reaction path; 5) stimulating in very rapid conditions to finish the surface of the chain reaction and maintain a low average power While achieving high peak power; 6) cause chemical reaction temperatures like those of hot carriers in the catalyst which may be far above the physical temperature of the catalyst: 7)
Unwanted chemical by-products that may accumulate, using one type of stimulator to stimulate, in stimulator generator mode, a device that makes electrical and another, for example, increasing by 8. (Self-cleaning equipment to get rid of) type to initiate a reaction avalanche, so the chemical reaction creates their own hot carriers. The hot carriers diffuse in the opposite direction, causing the device to be a generator.

【0051】 砒素はhereinaboveについて説明した、そして、現在の発明は方法の種々相に
向けられた、そして、電気エネルギ入力oを使用することで化学反応を刺激して
、操る装置が逆さの過程で触媒表面、およびその生産物電気エネルギを選択した
Arsenic described hereinabove and the present invention was directed to various phases of the method, and using electrical energy input o to stimulate chemical reactions and manipulate devices in the process of upside down catalysis. The surface and its product electrical energy were selected.

【0052】 例えば、現在の発明が方法に向けられて、装置をそれにするための装置は、ホ
ットキャリヤ、特に熱い電子を発生させて、それらを輸送して、触媒表面で反応
物質吸着物質とそれらを結合して、そのような吸着物質に触媒作用の表面の温度
を超えた有効振動温度を取得させるだろう。 振動エネルギと温度は互換性を持
って使用される。 エネルギ解析はBoltzman定数と絶対温度の製品である。 そ
のような有効振動温度は順番に触媒の反応速度を加速する。 原子の、そして、
分子の吸着物質の励起振動準位(吸着物質への表面の、そして、内部の触媒に対
する両方)は基底状態で吸着物質より何桁も反応していると認められる。 現在
の発明の方法と装置は、基板熱エネルギか温度をかなり増加させないで電気刺激
を使用することで吸着物質振動エネルギか温度を増加させる。
For example, the present invention is directed to a method, an apparatus for making it an apparatus for generating hot carriers, especially hot electrons, for transporting them to the reactant adsorbents and those at the catalyst surface. Will bind such adsorbents to obtain an effective vibrational temperature above the temperature of the catalytic surface. Vibration energy and temperature are used interchangeably. Energy analysis is a product of Boltzman constant and absolute temperature. Such an effective oscillatory temperature in turn accelerates the reaction rate of the catalyst. Atomic and
It is observed that the excited vibrational levels of the adsorbent of the molecule (both surface to adsorbent and to the internal catalyst) are reacting in the ground state many orders of magnitude more than the adsorbent. The method and apparatus of the present invention increase the adsorbate vibration energy or temperature by using electrical stimulation without significantly increasing the substrate thermal energy or temperature.

【0053】 もう一つの側面では、現在の発明が上で説明された過程を逆にするための方法
と装置に向けられて、上でこの場所に説明された化学反応で発生する励起エネル
ギー、電子または穴がどの点で変換されるかは半導体基板の中と、そして、電気
的の中と結合された。
In another aspect, the present invention is directed to a method and apparatus for reversing the process described above, wherein the excitation energy, the electron, generated in the chemical reaction described here above is used. Or at what point the holes are transformed was combined in the semiconductor substrate and then in the electrical.

【0054】 従って、現在の発明の1つの局面が電気的を使用して、ホットキャリヤ放出核
でエネルギッシュなキャリヤー、特に熱い電子を作成して、効率的に触媒作用の
コレクタにそれらのキャリヤーを注ぐように反応刺激者方法と装置に向けられる
。 望ましくは、触媒か基板温度が反応刺激の間、上げられる必要はない。
Accordingly, one aspect of the present invention uses electrical to create energetic carriers in hot carrier emitting nuclei, especially hot electrons, to efficiently pour those carriers into a catalyzed collector. As directed to reaction stimulator methods and devices. Desirably, the catalyst or substrate temperature need not be raised during the reaction stimulus.

【0055】 もう一つの側面では、現在の発明が反応刺激者のために方法と装置に向けられ
る--触媒表面と、特に熱い電子と、放出核ベース接合を通して前進の偏っている
ダイオードを請求するのを引き起こして、その結果、電気的を発生させるとき効
率的に反応で発生するエネルギッシュなキャリヤーを集める発生装置。
In another aspect, the present invention is directed to a method and apparatus for reaction stimulators--claiming a catalytic surface, especially hot electrons, and a diode biased forward through an emission nucleus-based junction. A generator that causes energetic carriers and, as a result, collects energetic carriers that are efficiently generated in the reaction when generating electricity.

【0056】 もう一つの側面では、現在の発明がホットキャリヤか熱い電子に選択的に必要
なタイプの表面化学反応を支持するのに必要であるエネルギ解析の飛程を注射す
る反応刺激者に向けられる。 望ましくは、反応刺激者は、デザインで簡単で、
構造ででこぼこして、製造するために無駄遣いしない。
In another aspect, the present invention is directed to reaction stimulators that inject the range of energy analysis needed to support the type of surface chemistry that is selectively required for hot carriers or hot electrons. To be Desirably, the reaction stimulator is simple in design,
No bumps in structure and no waste to manufacture.

【0057】 もう一つの側面では、現在の発明が反応を刺激するようにすなわち、どの点で
かホットキャリヤの拡散がどちらの方向にも続くかもしれない化学吸着物質反応
からホットキャリヤ放出核までホットキャリヤ放出核からリバーシブルの反応刺
激者か、化学吸着物質まで指示される。放出核は電気的を発生させる。吸着物質
は電気的を使用する。
In another aspect, as the present invention stimulates the reaction, ie, from the chemisorbent reaction to where hot carrier diffusion may continue in either direction at some point to hot carrier release nuclei. From the carrier-releasing nucleus to the reversible reaction stimulator or chemisorbent. The emission nucleus generates electricity. The adsorbing material is electrical.

【0058】 まだもう一つの側面では、現在の発明が半導体接合部の操業に冷却媒体として
反応物質の気化熱を使用する。
In yet another aspect, the present invention uses the heat of vaporization of a reactant as a cooling medium to operate a semiconductor junction.

【0059】 従って、反応を刺激する方法は、半導体ダイオードに偏って、触媒作用のコレ
クタを通して化学吸着物質に輸送されて、その結果、反応するために吸着物質を
刺激しながら、進める電気エネルギを使用するのを含んでいる。そこでは、半導
体ダイオードの電気接触の向こう側の電位がダイオード合流点からそんなに拡散
していた状態で熱い電子などのホットキャリヤを作成する。
Accordingly, a method of stimulating a reaction uses electrical energy that is biased to a semiconductor diode and transported through a catalytic collector to a chemisorptive material, thus stimulating the adsorbent material to react. Includes doing. There, hot carriers such as hot electrons are created with the potential across the electrical contact of the semiconductor diode diffusing so far from the diode confluence.

【0060】 従って、電気的を発生させる方法は、半導体ダイオードに関する合流点とホッ
トキャリヤを触媒作用のコレクタで化学吸着物質反応エネルギーを使用すること
でホットキャリヤを作成して、輸送するか、または結合するのを含んでいる。偏
られて、その結果、電気的を発生させながら、ダイオードが前進するようになる
のを引き起こす。
Thus, the method of generating electricity creates, transports, or bonds the hot carriers by using the chemisorbent reaction energy at the junction with the semiconductor diode and the hot carriers at the catalyzing collector. Includes doing. It is biased, which causes the diode to move forward while generating electricity.

【0061】 また、方法は、合流点とダイオード合流点から触媒作用のコレクタまでの熱い
電子などのエネルギッシュなキャリヤーを輸送するキャリア拡散の過程を利用す
るのを含んでいる。 また、方法が、輸送する放出核によって供給されるホットキャリヤを集めるか、
またはそれらを結合するのに触媒作用のコレクタを使用するのを触媒表面の化学
吸着物質、または、任意の反応アクセラレータ減速装置の材料に含んでいるか、
または逆は、触媒の上に化学吸着物質によって発生するホットキャリヤか任意の
反応アクセラレータ減速装置の材料と輸送を集めるか、または放出核とそれらを
結合するために処理される。
The method also includes utilizing the process of carrier diffusion to transport energetic carriers, such as hot electrons, from the junction and diode junctions to the catalytic collector. The method also collects hot carriers supplied by the transporting emission nuclei,
Or using a catalytic collector to bind them to the chemisorbent material on the catalyst surface, or any reaction accelerator moderator material, or
Or vice versa, it is treated to collect hot carriers or any reaction accelerator moderator materials and transports generated by chemisorbents on the catalyst or to combine them with the emission nuclei.

【0062】 また、方法は、触媒作用のコレクタを含む材料から量子ドット、量子視距儀、
量子柵、および量子井戸などの金属クラスタ、レイヤ、原子論的に一定の単分子
層、表面構造、結晶層または1、2または3つの次元量子閉込め構造を形成するの
を含んでいる。 方法はホットキャリヤとの電子の密度と順番に構成のための好
機を引き起こす材料の空孔状態を仕立てるそのようなレイヤと量子閉込め構造を
使用するか、反応を含んでいる。 そのような状態は基板のバンドギャップのも
のほど転移エネルギーの値で吸着物質基板系の振動エネルギーの崩壊に利用可能
な電子の数の減損を含んでいない。
The method also includes quantum dots, a quantum telescope, from a material that includes a catalytic collector,
Includes forming metal clusters, layers, atomically constant monolayers, surface structures, crystalline layers or one, two or three dimensional quantum confinement structures such as quantum fences and quantum wells. The method uses or involves such layers and quantum confinement structures that tailor electron densities with hot carriers and, in turn, vacancy states in the material, which give rise to opportunities for construction. Such a condition does not include the depletion of the number of electrons available for decay of the vibrational energy of the adsorbent substrate system at the value of the transition energy as that of the bandgap of the substrate.

【0063】 この発明は州とオーダーメイドのエネルギ解析減衰モードのオーダーメイドの
電子密度がある表面触媒炉を含んでいる。 例えば、州の電子密度は、材料の命
令されたか、electronreflective的、または、穴の反射的な構造を反応物質に露
出される触媒作用のコレクタの表面に形成することによって、変更されるかもし
れない。
This invention includes a surface catalyzed furnace with bespoke electron density in state and bespoke energy analysis decay modes. For example, the electron density of the state may be modified by forming an ordered, electronreflective, or hole-reflecting structure of material on the surface of the catalytic collector exposed to the reactants. .

【0064】 この発明の方法は、吸着物質基板系の振動州を結合しながら必要なエネルギ分
布と共鳴トンネルの刺激を機能アップするための電子正孔対を形成するという確
率を高めるために触媒作用のコレクタのフェルミ面の近くで州のキャリヤ密度を
仕立てるのを含んでいる。 そのような仕立屋は薄膜電子干渉計の熱い電子ファ
ブリ-ペローモードを形成して、仕立てるのを入れるかもしれない。
The method of the present invention catalyzes to increase the probability of forming electron-hole pairs to enhance the required energy distribution and resonance tunnel stimulation while binding the oscillatory states of the adsorbent substrate system. Includes tailoring the state carrier density near the Fermi surface of the collector. Such a tailor may enter and tailor the hot electronic Fabry-Perot mode of a thin film electron interferometer.

【0065】 また、州の電子密度は、くし形編出電子干渉計構造によって他のステップ、チ
ャンネル、視距儀、柵囲い、ピラミッド、ポリゴン、谷、壁、周期的な反射鏡、
および混沌の反射鏡を含む電子の多重経路反射を引き起こすために構造を形成す
るのに触媒と他の基板材料を使用することで変更されるかもしれない。
In addition, the electron density of the state depends on the comb-shaped built-in electron interferometer structure, and other steps, channels, rangefinders, fences, pyramids, polygons, valleys, walls, periodic reflecting mirrors,
And may be modified by using catalysts and other substrate materials to form structures to cause multipath reflection of electrons, including chaotic mirrors.

【0066】 方法も、異なった触媒の材料の使用組み合わせと、触媒作用のコレクタの一部
としての任意の反応アクセラレータ減速装置の材料と、どんな幾何学でもそのよ
うな材料を形成するのについて他の柱、島、クラスタ、指間の、そして、無作為
の構造、およびしまを含んでいるのを含むかもしれない。
The method also relates to the use combinations of different catalytic materials, the materials of any reaction accelerator moderators as part of the catalytic collector, and other geometries of any geometry to form such materials. It may include pillars, islands, clusters, interdigitated and random structures, and stripes.

【0067】 方法も、触媒と吸着物質の反応を遅らせるか、または遅らせる最適のアクセラ
レータ減速装置の材料を選ぶのを含むかもしれない。刺激モードの使用が反応速
度をよりよく制御することができるように。 そのような材料は、触媒に隣接し
た触媒自体の一部であるかもしれなく、燃料によって運ばれる消耗品であるかも
しれない--酸化性物質混合物。
The method may also include selecting an optimal accelerator moderator material that slows or delays the reaction of the catalyst and the adsorbent material. As the use of stimulation mode allows better control of the reaction rate. Such material may be part of the catalyst itself adjacent to the catalyst and may be a consumable carried by the fuel--oxidant mixture.

【0068】 方法も、デバイ振動数が必要なホットキャリヤエネルギ解析のものより低い状
態で熱い電子が触媒の音量子振動でむしろ吸着物質と共に相互作用するという確
率を高めるために触媒の材料を選ぶのを含むかもしれない。 基本的な形がミク
ロンより切れる能力か制限が含有成分寸法を可能にするフォームの部品のそばで
半導体の寸法に従った厚さと全体で制限されるだけである元素で以下に決定して
いるので、装置道の適任の輪郭の形はユーザで指定した。 これはほとんどどん
な巨視的な体調への装置輪郭も可能にする。
The method also selects the material of the catalyst in order to increase the probability that hot electrons will interact with the adsorbed material rather than the acoustic quantum vibrations of the catalyst at a Debye frequency lower than that of the required hot carrier energy analysis. May be included. The ability or limit of the basic shape to cut less than a micron is determined below by the thickness according to the dimensions of the semiconductor and the elements that are only totally limited by the components of the foam that allow the constituent dimensions to be included. The shape of the suitable contour of the device path, specified by the user. This allows device contouring to almost any macroscopic physical condition.

【0069】 また、方法は、パルス型刺激を使用するのを含んでいる。 パルス動作は、高
ピークパワーと短期間で起こるように反応を刺激する。 これは完成されて、反
応がそうした後にゼロ刺激の、より長い一区切りに比較的クールなままである装
置を可能にする、そして、それは比較的短い期間のパルス型刺激の間、反応が高
温と高ピークパワーで起こるのを許容する。 熱的過程が反応を起こらせる前に
パルシングは反応を起こらせる。 パルシングは運動の手段をすなわち、反応ガ
ス混合物によってそれらを補給することができるより短い時間、ガスを通る反応
物質の完全な減損に可能にする。
The method also includes using pulsed stimulation. The pulsing action stimulates the reaction to occur with high peak power and short duration. This has been perfected to allow a device in which the response remains relatively cool in zero stimuli, longer breaks after which it responds to high temperatures and highs during pulsed stimuli of relatively short duration. Allow to happen at peak power. Pulsing allows the reaction to take place before the thermal process takes place. Pulsing allows the means of movement, ie the complete depletion of the reactants through the gas for a shorter time than they can be replenished by the reaction gas mixture.

【0070】 また、方法は、触媒作用のコレクタの一部として任意の下層の材料を使用する
のを含んでいる。 下層は、銅、金、銀またはアルミニウムなどの金属であるか
もしれなく、ある。ホットキャリヤ放出核の半導体構成品で必要な資産を入手す
るのとコンパチブルであることを選ぶ。 1つの必要な特性がオーム性の、または
、ほとんどオーム性の合流点である。 下層は、電気の接続としてホットキャリ
ヤ放出核で使用されて、また、電気の接続として触媒作用のコレクタに使用され
るかもしれない。 下層は触媒作用のコレクタの一部として堆積する材料の触媒
構造か、より多くの下層か特定の幾何学と結晶方位を作るか、または下層に堆積
する材料の格子定数を適合させる基板として使用されるかもしれない。
The method also includes using any underlying material as part of the catalytic collector. The lower layer may be a metal, such as copper, gold, silver or aluminum, and is. Choose to be compatible with obtaining the necessary assets in the semiconductor components of the hot carrier emitting core. One required property is an ohmic or near-ohmic confluence. The underlayer may be used in hot carrier emitting nuclei as an electrical connection and also in a catalytic collector as an electrical connection. The underlayer is used as a substrate to catalyze the structure of the material deposited as part of the catalytic collector, to more underlayers or to create a particular geometry and crystallographic orientation, or to match the lattice constant of the material deposited underlayer. It may be.

【0071】 また、方法は、下層の厚さを装置に選ばれるホットキャリヤのいくつかのエネ
ルギ解析平均自由行程以下に制限するのを含んでいる。 下地金属であるときに
、しかし、インクルードはそうである。何らかの下層が1つの単分子層の間で十
分であるのから来ているかもしれない、(、およそ0.3、ナノメートル、)、50ナ
ノメートル、プラチナ、ニッケル、パラジウム、ロジウム、レニウム、銅、金、
銀またはアルミニウムに制限されない。
The method also includes limiting the thickness of the underlayer to no more than the energy analysis mean free path of some hot carriers selected for the device. But when it is a base metal, the include is. It may come from some underlayer being sufficient between one monolayer, (approximately 0.3, nanometer,), 50 nanometer, platinum, nickel, palladium, rhodium, rhenium, copper, gold. ,
It is not limited to silver or aluminum.

【0072】 方法は、半導体、触媒作用のコレクタ吸着物質またはこれらの元素の何らかの
組み合わせの励起構造で関連しているエネルギ解析に調整される光学キャビティ
に装置のすべてか選択された部品を同封するのを含んでいる。
The method encloses all or selected components of the device in an optical cavity tuned to an energy analysis associated with the excited structure of a semiconductor, a catalytic collector adsorbent or some combination of these elements. Is included.

【0073】 反応を刺激するか、または現在の発明に応じて電気的を発生させる装置はホッ
トキャリヤ放出核と触媒作用のコレクタを含んでいる。 この装置に属すホット
キャリヤ放出核は半導体ダイオードを含んでいる。 半導体ダイオードは半導体
ベース、また、放出核ベース接合と呼ばれるダイオード合流点、および放出核を
含んでいる。 放出核はダイオード元素として半導体か金属を含んでいる。 ま
た、装置は放出核への最初の電気の接続とベースへの2番目の電気の接続を含む
かもしれない。
The device for stimulating a reaction or generating electricity in accordance with the present invention includes a hot carrier emitting nucleus and a catalytic collector. The hot carrier emission nuclei belonging to this device include semiconductor diodes. A semiconductor diode includes a semiconductor base, a diode junction called an emission nucleus-based junction, and an emission nucleus. The emission core contains a semiconductor or metal as a diode element. The device may also include a first electrical connection to the emitting nucleus and a second electrical connection to the base.

【0074】 反応を刺激するか、または現在の発明に応じて電気的を発生させる装置は触媒
作用のコレクタと化学吸着物質を含む励起が構造化する半導体かシステムのどち
らかの必要なエネルギー準位変遷に調整される任意の光学キャビティを含むかも
しれない。 そのような空洞は、包含するかもしれなくて、金属と誘電性のマイ
クロ空洞に制限されない。フォトニックバンドギャップの特性、fabrey-perot空
洞、織られた鏡、分布型Bragg反射器、単一の、そして、結合した半導体マイク
ロキャビティ、波長フィルタがある外部空胴または大きい分散を示す周期構造。
量子ドット垂直空洞。マイクロディスク空洞。量子ドットマイクロディスク空洞
; クラッディングのあるなしにかかわらずレーザ導波路、誘電体スラブ導波管
、空洞は、電磁表面波を関連づけて、また、表面プラズモンと呼んだ。どんな追
加監禁レイヤも必要でない金属半導体インタフェース、混沌の振動子、変形して
いる断面図がある光学的共振器、混沌の光線動きを取り入れる共振器設計、およ
びウィスパリングギャラリモードがある左右対称の振動子で; 1つの具体化、ホットキャリヤの中に、電子があって、ダイオードがn型ベース
とpでInSbから作られたpn接合タイプ放出核であり、触媒作用のコレクタは、見
つけられるか、または放出核電気接触の近接性で共同位置する。 触媒アンサン
ブルはパラジウムであって表面構造に預けられるプラチナとクラスタか量子狭い
構造のどんな合金などの触媒金属も含んでいる。 吸着物質に露出される触媒の
計数域からの半導体への距離は、例えば、触媒の構成か幾何学がそのようなもの
であるので、支配的にプラチナの中のエネルギ解析の平均である自由行程の3倍
未満である。(その倍は自由行程がおよそ20nmであることを意味する)。 放出核
の半導体による直接接触には触媒金属がある。オーム性かトンネリング接合を形
成するためにそれの半導体をそれを退化的にドーピングする。 この具体化、合
流点がp-nでは、形成されて、それが触媒作用のコレクタからの距離は拡散の3倍
が電子のためにp型InSbの伝導帯で遠ざけるよりそれほど、そして、どの拡散距
離に最小200個の圧力計であるかもしれないか。 装置は刺激者モード、発生装置
モードまたは刺激者発生装置モード、および熱い電子が化学吸着物質反応、また
は、半導体ダイオードに入力される電気エネルギによって作成されるかもしれな
いところで操作されるかもしれない。
The device for stimulating a reaction or generating electricity in accordance with the present invention has the required energy levels of either the semiconductor or system the excitation is structured including the catalytic collector and the chemisorbent material. It may include any optical cavities that are transitionally adjusted. Such cavities may include and are not limited to metal and dielectric microcavities. Photonic bandgap properties, fabrey-perot cavities, woven mirrors, distributed Bragg reflectors, single and combined semiconductor microcavities, external cavities with wavelength filters or periodic structures exhibiting large dispersion.
Quantum dot vertical cavity. Micro disk cavity. Quantum dot microdisk cavity
Laser waveguides, dielectric slab waveguides, cavities with or without cladding associated electromagnetic surface waves, also called surface plasmons. Metal-semiconductor interface that does not require any additional confinement layers, chaotic oscillators, optical resonators with deformed cross-sections, resonator designs that incorporate chaotic ray motion, and symmetric vibration with whispering gallery modes. In one embodiment, the electron is in a hot carrier, the diode is a pn junction type emission nucleus made from InSb with an n-type base and p, and the catalytic collector is found, Or co-located with the proximity of emitting nuclear electrical contacts. The catalytic ensemble contains palladium and the catalytic metal such as platinum deposited on the surface structure and clusters or any alloy of quantum narrow structure. The distance from the counting region of the catalyst exposed to the adsorbent to the semiconductor is, for example, the free path that is predominantly the average of the energy analysis in platinum, since the composition or geometry of the catalyst is such. Less than 3 times. (Twice that means the free path is about 20 nm). The direct contact of the emission nucleus with the semiconductor is the catalytic metal. It is degenerately doped with its semiconductor to form an ohmic or tunneling junction. In this embodiment, the confluence point is formed at pn, which is three times the distance from the catalytic collector to the diffusion, and to what diffusion distance is the distance away from the conduction band of p-type InSb for electrons. Could be a minimum of 200 pressure gauges? The device may be operated in a stimulator mode, a generator mode or a stimulator generator mode, and where hot electrons may be created by chemisorbent material reactions or by electrical energy input to a semiconductor diode.

【0075】 現在の発明におけるリバーシブルのソリッドステートの表面触媒作用法励起移
乗反応装置は半導体基板の励起帯構造と吸着物質触媒システムの励起帯構造を結
合する。 装置は、ガスの反応物質を作動させるように設計されるかもしれない
。 発生装置モードで、表面と触媒作用のコレクタの表面がある吸着物質の化学
反応で関連している励起のエネルギ解析はホットキャリヤと電磁場などの励起に
変換される。
The reversible solid-state surface catalysed excitation transfer reactor of the present invention combines the excitation band structure of the semiconductor substrate with the excitation band structure of the adsorbent catalyst system. The device may be designed to activate the gaseous reactants. In generator mode, the energy analysis of the excitations associated with the chemical reaction of the adsorbent with the surface and the surface of the catalyzing collector is converted into excitations such as hot carriers and electromagnetic fields.

【0076】 吸着物質の反応によって関連している励起のエネルギ解析は興奮している反応
物質分子振動が分子で振動の表面を仕上げるのを原子表面振動、吸着反応、化学
反応、および励起電子状態を含んでいる。 ホットキャリヤと電磁場などの変換
された励起は、半導体か放出核励起が作成されるところで励起放出核に輸送され
て、役に立つ形式のエネルギ解析に変換されるかもしれない。 放出核励起は半
導体に少数キャリア、ホットキャリヤ、キャリア拡散、注入管電界、励起子、お
よびプラズモンを含んでいる。
Energy analysis of the excitations associated with the reaction of the adsorbed material shows that the excited reactant molecular vibrations complete the surface of the vibrations with the molecules atomic surface vibrations, adsorption reactions, chemical reactions, and excited electronic states. Contains. Transformed excitations such as hot carriers and electromagnetic fields may be transported to the excited emission nuclei where a semiconductor or emission nuclear excitation is created and converted into a useful form of energy analysis. Emission nuclear excitation includes minority carriers, hot carriers, carrier diffusion, injection tube electric field, excitons, and plasmons in semiconductors.

【0077】 また、発生装置モードで、関連している表面と反応物質分子振動を興奮させた
触媒作用のコレクタの表面と共に起こっている吸着物質の化学反応で励起エネル
ギーのパルス(分子表面振動、原子表面振動、吸着反応、化学反応、および励起
電子状態)は、ホットキャリヤと電磁場などの励起に変換されるかもしれない。
半導体の少数キャリア、ホットキャリヤ、キャリア拡散、注入管電界、励起子、
およびプラズモンなどの励起が作成されて、役に立つ形式のエネルギ解析に変換
されるかもしれないところでこれらの励起は放出核か励起放出核に輸送される。
Also in the generator mode, a pulse of excitation energy (molecular surface vibrations, atomic surface vibrations, atoms) due to the chemical reaction of the adsorbent occurring with the associated surface and the surface of the catalytic collector that excites the reactant molecular vibrations. Surface vibrations, adsorption reactions, chemical reactions, and excited electronic states) may be transformed into excitations such as hot carriers and electromagnetic fields.
Semiconductor minority carriers, hot carriers, carrier diffusion, injection tube electric field, excitons,
And excitations such as plasmons are created and transported where they may be transformed into useful forms of energy analysis, either to the emission nucleus or to the excitation emission nucleus.

【0078】 1つの具体化では、励起放出核と触媒作用のコレクタはそれらの両方に共通の
含有成分を共有するかもしれない。
In one embodiment, the stimulated emission nucleus and the catalytic collector may share a common constituent to both of them.

【0079】 図1はソリッドステートの表面触媒作用法炉装置の一般的な概要断面図を例証
する。 ベース108で形成されて、装置100は放出核102と触媒作用のコレクタ104
を包括する。 p-n接合110は放出核102とベース108の間で形成される。 104が放
出核電気の接続114と触媒作用のコレクタであることは図1で示されるように及ん
だ。 また、ベース電気の接続112はベース108に接触して図1で示されるように
配置される。 反応物質と製品は触媒表面に116人の触媒作用のコレクタ104に相
互作用させる。 反応物質は、包含するかもしれないが、炭化水素チェーンに制
限されない、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、プロパン、ブタン、ブ
テン、オクタン、それの核異性。
FIG. 1 illustrates a general schematic cross-section of a solid state surface catalyzed furnace system. Formed with a base 108, the device 100 includes an emission nucleus 102 and a catalytic collector 104.
To include. The pn junction 110 is formed between the emission nucleus 102 and the base 108. That 104 is an emission nuclear electrical connection 114 and a catalyzing collector extended as shown in FIG. Also, the base electrical connection 112 is placed in contact with the base 108 as shown in FIG. The reactants and products interact with the catalyst surface at 116 catalyzing collectors 104. Reactants may include, but are not limited to the hydrocarbon chain, ethane, ethylene, propane, propylene, propane, butane, butene, octane, its nuclear isomers.

【0080】 刺激モードで、装置100は、また、ホットキャリヤか熱い電子と呼ばれるエネ
ルギッシュな運送業者を創設するのに電気エネルギを利用する。 ホットキャリ
ヤは、触媒作用のコレクタ104に拡散して、触媒表面116で強く反応物質と対話し
て、反応生成物を生産するために反応を加速する。 刺激となっている反応は表
面爆発の連鎖反応か同等物を引き起こすかもしれない。 また、刺激となってい
る反応はautocatalyzed連鎖反応を引き起こすかもしれない。
In the stimulated mode, the device 100 also utilizes electrical energy to create energetic carriers called hot carriers or hot electrons. The hot carriers diffuse to the catalytic collector 104 and interact strongly with the reactants at the catalyst surface 116, accelerating the reaction to produce reaction products. The stimulating reaction may cause a chain reaction or equivalent of surface explosion. Also, the stimulating reaction may cause an autocatalyzed chain reaction.

【0081】 世代モードで、触媒表面116に起こって、例えば、合流点110の向こう側にpn接
合を拡散させる化学反応で発生する熱い電子は、合流点の向こう側に順方向バイ
アスを引き起こして、電気エネルギを発生させる。
In generational mode, hot electrons generated on the catalyst surface 116, for example, in a chemical reaction that diffuses a pn junction across the confluence 110, cause a forward bias across the confluence, Generates electrical energy.

【0082】 模範的具体化では、pn接合は、熱い電子を作成するのにp型放出核とn-型ベー
スと共に使用される。 従って、合流点110は偏った状態で急進的であるかもしれ
ない。 ホットキャリヤが熱い電子であるときに、ホット正孔と対照的に、合流
点はp型放出核とn-型ベースがあるpn接合であるかもしれない。 代わりに、合流
点は金属放出核とn形半導体ベースがあるSchottky接合であるかもしれない。
In the exemplary embodiment, a pn junction is used with a p-type emission nucleus and an n-type base to create hot electrons. Therefore, the confluence 110 may be radically biased. The confluence point may be a pn junction with a p-type emission nucleus and an n-type base, as opposed to hot holes, when the hot carriers are hot electrons. Alternatively, the confluence point may be a Schottky junction with a metal emitting nucleus and an n-type semiconductor base.

【0083】 刺激モードで、急進的な偏っている合流点110は熱い電子を作成する。 ベー
ス接触112が偏っているネガであり、放出核接触114が偏っているとき、例えば、
積極的で、熱い電子は合流点110で作成される。 熱い電子は、触媒表面116に放
出核102を通して拡散して、触媒作用のコレクタ104を通して輸送をballisticall
yする。
In the stimulus mode, the radical, biased confluence 110 creates hot electrons. When the base contact 112 is a biased negative and the emission nucleus contact 114 is biased, for example,
Aggressive, hot electrons are created at the confluence 110. The hot electrons diffuse to the catalyst surface 116 through the emitting nuclei 102 and ballistically transport through the catalytic collector 104.
y

【0084】 発生装置モードで、触媒表面116で由来する熱い電子は、また、触媒作用のコ
レクタ104を通して輸送をballisticallyして、合流点110に拡散するかもしれな
い。放出核ベース接合ダイオード110がフォワード偏るようになるのを引き起こ
す。
In generator mode, hot electrons originating at the catalyst surface 116 may also diffuse to the confluence 110, ballistically transporting through the catalytic collector 104. Causes the emission nucleus based junction diode 110 to become forward biased.

【0085】 例えば、熱い電子が触媒から表面116から合流点110を輸送して、拡散させると
、ベース接触112は偏っているネガになる、そして、放出核接触114は偏っている
正数になる、そして、現在の発明におけるダイオードは流し台の代わりに電子源
になる。
For example, as hot electrons transport and diffuse from the catalyst to the confluence 110 from the surface 116, the base contact 112 becomes a biased negative and the emission nucleus contact 114 becomes a biased positive number. And, the diode in the present invention becomes an electron source instead of a sink.

【0086】 これらの熱い電子は、触媒表面か触媒表面か放出核102と、触媒表面116から移
動するか、または拡散する。 従って、模範的具体化では、ダイオード合流点110
から触媒116の表面の吸着物質までの距離は、これらのキャリヤーのエネルギ解
析が退行する距離より少なくなるように形成される。 経路の上で放出核ベース
接合110〜触媒Surface 116の上の吸着物質まで評価されると、一般に、この距離
はそのようなエネルギッシュな熱い電子のエネルギ解析平均自由行程について何
度かより少ない。
These hot electrons migrate or diffuse from the catalyst surface or catalyst surface or emission nuclei 102 and from the catalyst surface 116. Therefore, in the exemplary embodiment, the diode confluence point 110
The distance from to the adsorbed material on the surface of the catalyst 116 is formed to be less than the distance that the energy analysis of these carriers recedes. When evaluated from the emission nucleus-based junction 110 to the adsorbed material on the catalyst Surface 116 on the path, this distance is generally less than several times about the energetic mean free path of such energetic hot electrons.

【0087】 上でこの場所に説明された過程を使用して、触媒の上に表面を吸着する反応物
質がその励起が反応を加速して、製品を形成する熱い電子で興奮するvibrationa
llyになる。 これらの手段を使用して、コレクタ触媒アンサンブルで吸着される
反応物質によって作成された熱い電子は前進の偏っているダイオードで可能性を
作成する。
Using the process described here above, a reactant adsorbing a surface on a catalyst whose excitation accelerates the reaction and is excited by the hot electrons that form the product vibrationa
Become lly. Using these means, hot electrons created by the reactants adsorbed in the collector-catalyst ensemble create the possibility of forward-biasing diodes.

【0088】 現在の発明の模範的具体化では、触媒作用のコレクタ104はレイヤ、クラスタ
、原子論的に一定の単分子層、または表面構造で触媒の材料を入れる。 望まし
くは、レイヤかクラスタが触媒で厚さ寸法を熱い電子の総エネルギ解析平均自由
行程について何度かより少なくする。 レイヤかクラスタが、ダイオード合流点1
10への熱い電子が合流点110と触媒表面116の直接間で拡散することができるため
の形成近い十分である。
In an exemplary embodiment of the present invention, the catalytic collector 104 encases the catalytic material in layers, clusters, atomically constant monolayers, or surface structures. Desirably, the layer or cluster is catalytic to reduce the thickness dimension several times less than the total energy analysis mean free path of hot electrons. Layer or cluster is diode confluence 1
The near formation is sufficient for the hot electrons to 10 to be able to diffuse directly between the confluence point 110 and the catalyst surface 116.

【0089】 プラチナやパラジウムなどの触媒の中の熱い電子の総エネルギ解析平均自由行
程は、受注20ナノメートルがあって、ゴールド、銀または銅よりはるかに短い。
The total energy analysis mean free path of hot electrons in catalysts such as platinum and palladium is on the order of 20 nanometers, much shorter than gold, silver or copper.

【0090】 したがって、模範的具体化に従って、触媒クラスタかレイヤがこのより小さい
値より少ないクラスタ、層厚または厚さ寸法で作られる。 例えば、電子エネル
ギー寿命は、Tantalum、電子的に白金族と同様の代表している遷移金属の中で測
定されて、受注15fsのものである。 フェルミの逆二乗スケーリングに基づくパ
ラジウムの計算された寿命は、0.3eVの600fsであるだろう、840ナノメートルの
総エネルギ解析平均自由行程を与えている。 この楽観的な大きい値の代わりに
、それがタンタルで測定したので、寿命が貧しいと推定される。 これは受注21
ナノメートルのプラチナかパラジウムの総エネルギ解析平均自由行程を与える。
Therefore, according to an exemplary embodiment, catalyst clusters or layers are made with less clusters, layer thicknesses or thickness dimensions than this smaller value. For example, the electron energy lifetime is of the order 15 fs, measured in Tantalum, a representative transition metal electronically similar to the platinum group. The calculated lifetime of palladium based on Fermi's inverse square scaling would be 600 fs at 0.3 eV, giving a total energy analytical mean free path of 840 nanometers. Instead of this optimistically large value, life is estimated to be poor because it was measured in tantalum. This is an order 21
The total energy analysis mean free path of nanometer platinum or palladium is given.

【0091】 この具体化では、触媒寸法は熱い電子の測定エネルギ解析平均自由行程より草
地である。 触媒、および触媒への電気の接続である下層の総厚さに関するこれ
らの議論はそのような触媒と下層を通してホットキャリヤによって取られた経路
がホットキャリヤエネルギ解析をかなり下げるほど長くなくなって、この状態を
満たすどんな寸法も許容できると単に断言することである。
In this embodiment, the catalyst size is grassier than the measured energy analysis mean free path of hot electrons. These arguments regarding the total thickness of the catalyst, and the underlayer that is the electrical connection to the catalyst, are not so long that the path taken by hot carriers through such catalyst and underlayer is so long that it significantly reduces hot carrier energy analysis. Simply assert that any size that meets is acceptable.

【0092】 望ましくは、現在の発明に提供される方法は脱着の上で反応を支持する飛程に
おけるエネルギ解析を持っている電子を発生させる。 飛程にはこれらのエネル
ギ解析が0.05〜0.4eVある。 同様に、触媒の上に化学反応で発生する電子を集め
る方法は0.05〜0.4eVの飛程にはエネルギ解析がある料金先方払いの電子の表面
を仕上げる。 従って、禁止帯の幅およそ0.4eV未満がある半導体物質は使用され
るかもしれない。 そのような半導体物質に関する例はどれに0.18eV禁止帯の幅
があるか、そして、0.35eVに、それぞれ、アンチモン化インジウム(InSb)かひ化
インジウム(InAs)を含んでいる。 これらの半導体で作り出されるエネルギッシ
ュな電子はp型半導体放出核に禁止帯の幅とほとんど等しいエネルギ解析を持っ
ている。 n-型ベースの中に拡散して戻る熱い電子は大きさが禁止帯の幅エネル
ギ解析にアプローチする電位を発生させる。 一般に、禁止帯の幅の値はそれら
の表面放射能で関連している反応物質とエネルギ解析の本質に基づいて選択され
る。
Desirably, the methods provided in the present invention generate electrons that have an energy analysis in range that supports the reaction upon desorption. These energy analyzes are in the range of 0.05 to 0.4 eV. Similarly, the method of collecting the electrons generated by the chemical reaction on the catalyst finishes the surface of the prepaid electrons, which has energy analysis in the range of 0.05 to 0.4 eV. Therefore, semiconductor materials with a bandgap width less than approximately 0.4 eV may be used. Examples of such semiconductor materials include indium antimonide (InSb) or indium arsenide (InAs) at 0.15 eV forbidden band width and 0.35 eV, respectively. Energetic electrons produced in these semiconductors have an energy analysis almost equal to the width of the forbidden band in p-type semiconductor emission nuclei. The hot electrons diffusing back into the n-type base generate a potential approaching the width energy analysis of the forbidden band. In general, bandgap width values are selected based on the nature of the reactants and energy analysis associated with their surface activity.

【0093】 模範的具体化では、触媒クラスタはさらに活性剤を含むかもしれない。反-活
性剤、減速装置かアクセラレータがそれらの近接性で入賞した。酸化物や他の材
料などのように。図2の断面図で示されるように。 に隣接して図2が反応アクセ
ラレータ減速装置材料206を含む触媒作用のコレクタの断面図200を例証する、そ
して、触媒材料202で共同見つけられる。 示されるように、熱い電子の触媒作用
のコレクタは触媒材料202、任意の薄い電極下層204、および酸化物などの反応ア
クセラレータ減速装置材料206を入れる。 例えば、触媒自体、セリウム、チタ
ニウムまたはアルミニウムの酸化物は触媒島かレイヤの間で形成されるかもしれ
ない。 望ましくは、触媒と薄い電極下層204の総次元は熱い電子の総エネルギ解
析平均自由行程について何度かより陰である。 数字3、4、および5は現在の発明
のソリッドステートの表面触媒作用法炉で使用される触媒作用のコレクタのいく
つかの異なった具体化を例証する。 '○ また、ホットキャリヤ放出核(図5)のた
めの電気の接続を形成する薄い電極下層にすべて住んでいて、図では、触媒作用
のコレクタが薄い電極下層(図4)に物質的であるか半導体(図3)の直接上に住んで
いる島などのように、触媒でオンな触媒を入れるかもしれないのが(また、ホッ
トキャリヤ放出核のための電気の接続、または触媒を囲んでいるか、それに隣接
した反応アクセラレータ減速装置の材料がある触媒を形成する)示されるように
In an exemplary embodiment, the catalyst cluster may further include an activator. Anti-activators, speed reducers or accelerators won in their proximity. Like oxides and other materials. As shown in the cross-sectional view of FIG. Adjacent to FIG. 2 illustrates a cross-sectional view 200 of a catalytic collector including a reaction accelerator moderator material 206 and co-founded with a catalytic material 202. As shown, the hot electron catalyzed collector encases the catalyst material 202, an optional thin electrode underlayer 204, and a reaction accelerator moderator material 206, such as an oxide. For example, the catalyst itself, oxides of cerium, titanium or aluminum may form between catalyst islands or layers. Desirably, the overall dimensions of the catalyst and thin electrode underlayer 204 are several times more negative with respect to the total energy resolved mean free path of hot electrons. Numbers 3, 4, and 5 illustrate several different embodiments of the catalytic collector used in the solid-state surface catalysis furnace of the present invention. '○ Also live all in a thin electrode underlayer that forms the electrical connection for hot carrier emission nuclei (Figure 5), in the figure the catalytic collector is material to the thin electrode underlayer (Figure 4) It may contain a catalyst-on catalyst, such as an island that lives directly above a semiconductor (Figure 3) (also electrical connections for hot carrier emission nuclei, or surrounding the catalyst). Or the material of the reaction accelerator moderator adjacent to it forms the catalyst).

【0094】 触媒はAn、銀、白金、Pd、銅、In、鉄、ニッケル、Sn、およびミズーリ州など
の材料を含むかもしれない。 触媒は金属クラスタ、柱、島、レイヤ、結晶層、
原子論的に一定の単分子層、指間の、そして、無作為の構造、しま、または表面
構造を含む構造に形成されるかもしれない。 また、触媒は量子ドット、量子視
距儀、量子柵、および量子井戸などの1、2に形成されたか、または三次元の量子
閉込め構造であるかもしれない。
The catalyst may include materials such as An, silver, platinum, Pd, copper, In, iron, nickel, Sn, and Missouri. Catalysts are metal clusters, pillars, islands, layers, crystal layers,
It may be formed into structures that include atomically constant monolayers, inter-finger, and random structures, stripes, or surface structures. Also, the catalyst may be formed in 1, 2 such as quantum dots, quantum telescopes, quantum fences, and quantum wells, or may be a three-dimensional quantum confinement structure.

【0095】 図3はキャリヤーが電子、触媒作用のコレクタであるホットキャリヤ放出核を
包括するソリッドステートの表面触媒作用法炉装置の断面図300を示す。 触媒作
用のコレクタアンサンブルは半導体への距離が総エネルギ解析の3倍が意味する
より触媒302の中の熱い電子の経路を304解放しないように望ましくは、形成され
た触媒島302を含んでいる。 望ましくは、触媒島302は大いにドーピングされるp
に接着される。ドーピングされるp、半導体304のp+計数域。 1つの具体化では、
触媒材料302は半導体の表面に広げられる。 別の具体化では、表面構造が原子論
的に一定の機雷敷設艦を含んでいて、触媒は形成される。
FIG. 3 shows a cross-sectional view 300 of a solid-state surface catalyzed furnace system in which the carriers include hot carrier emitting nuclei where the carriers are electron and catalytic collectors. The catalytic collector ensemble preferably includes formed catalytic islands 302 such that the distance to the semiconductor does not free 304 hot electron paths in the catalyst 302 than three times the total energy analysis implies. Desirably, the catalytic island 302 is highly doped p
Glued to. P doped, p + counting region of semiconductor 304. In one embodiment,
The catalytic material 302 is spread over the surface of the semiconductor. In another embodiment, the catalyst is formed with a mine layer whose surface structure is atomistically constant.

【0096】 熱さ、例えば、電子、キャリヤー放出核は負極性306によってn型半導体308、p
型半導体312、n型半導体308と312、pがドーピングしたp型半導体の間か大いに形
成されたpn接合310のpドーピングされたp+半導体304、および陽極314に接触して
形成された半導体ダイオードを含んでいる。
The heat, for example, electrons and carrier emission nuclei are n-type semiconductor 308, p due to the negative polarity 306.
A semiconductor diode formed in contact with an n-type semiconductor 312, n-type semiconductors 308 and 312, a p-doped p + semiconductor 304 of a p-doped p-type semiconductor or a highly formed pn junction 310, and an anode 314. Contains.

【0097】 図4は基板を形成する薄い電極402で触媒構造にソリッドステートの表面触媒作
用法炉装置の断面図400を例証する。 この具体化では、触媒作用のコレクタは薄
い電極下層402で電気接触で薄い電極下層402、触媒構造404、およびバスバー電
気の接続406を入れる。 熱い電子放出核は負の電気の接続408、n型半導体410、p
n接合412、414、pがドーピングしたp型半導体によって大いに形成された半導体
ダイオードのpドーピングされたp+半導体416、および薄い電極下層402を含んで
いる。 示されるように、熱い電子放出核と触媒作用のコレクタにとって、薄い
電極下層402は共通であるかもしれない。 薄い電極下層402は薄い陽極であるか
もしれない。 望ましくは、薄い電極下層402はオーム性の、または、ほとんどオ
ーム性の合流点をするそれらの材料から半導体まで選択される。
FIG. 4 illustrates a cross-sectional view 400 of a solid state surface catalysis furnace apparatus with a thin electrode 402 forming a substrate and a catalytic structure. In this embodiment, the catalytic collector encloses the thin electrode sublayer 402, the catalytic structure 404, and the busbar electrical connection 406 in electrical contact with the thin electrode sublayer 402. Hot electron emission nuclei have negative electrical connections 408, n-type semiconductors 410, p
An n-junction 412, 414, a p-doped p + semiconductor 416 of a semiconductor diode, in which p is heavily formed by a p-type semiconductor doped, and a thin electrode underlayer 402. As shown, the thin electrode underlayer 402 may be common to the hot electron emitting nuclei and the catalytic collector. The thin electrode underlayer 402 may be a thin anode. Desirably, the thin electrode underlayer 402 is selected from those materials that have ohmic or near-ohmic junctions to semiconductors.

【0098】 薄い電極下層402はまた、熱い電子が触媒404を入るか、または残すように経路
を提供している間、半導体416へのオーム性の、または、ほとんどオーム性の合
流点を現在の発明フォームに提供した。 触媒金属および半導体の組み合わせの
何らかの選択で、半導体416と触媒404の間の合流点のオーム性の特性は代わりに
Schottky接合を形成するかもしれない。 Schottky接合が形成されるケース、金
属のレイヤでは、すなわち、薄い電極下層402は実際にオーム性の合流点を形成
する手段かトンネリングSchottky接合として使用される。合流点はほとんどオー
ム性であるかもしれない。 そして、触媒クラスタかレイヤ404が薄い電極下地金
属402の上に置かれる。 模範的具体化では、電極下層402の厚さが熱い電子のエ
ネルギ解析平均自由行程よりはるかにそれを通り抜けていないのが選択される。
The thin electrode underlayer 402 also presents an ohmic or near-ohmic junction with the semiconductor 416 while providing a path for hot electrons to enter or leave the catalyst 404. Provided in the invention form. With some choice of catalytic metal and semiconductor combination, the ohmic character of the confluence between the semiconductor 416 and the catalyst 404 is instead
May form a Schottky junction. In the case where a Schottky junction is formed, in a metal layer, ie the thin electrode underlayer 402 is actually used as a means to form an ohmic junction or as a tunneling Schottky junction. The confluence may be mostly ohmic. The catalyst cluster or layer 404 is then placed on the thin electrode base metal 402. In the exemplary embodiment, the thickness of the electrode underlayer 402 is chosen not to go much farther than the energetic mean free path of the hot electrons.

【0099】 銀などの一般的に使用された接触金属(「Ag系」)、金(「ゴールド」)、および
銅(「銅」)の中の0.3eVの電子に関しては、電子エネルギー寿命は200のフェムト
秒単位を超える、そして、電子速度は2番目に、受注1.4e6メーター/のものであ
る。 結果として起こるエネルギ解析平均自由行程はしたがって、受注280ナノメ
ートルのものである。 これは、半導体への下層電気接触が触媒作用のコレクタ
より1桁厚いのを許可して、製造可能性を高める。 薄く、1〜5に、An、Ag系、お
よび銅導体のナノメートル(「nm」)レイヤは半導体の上にきまりきって作られる
。薄層が半導体でオーム性かほとんどオーム接触を形成するのを許可する。 こ
の薄層(例えば、薄い電極402)は、触媒のフェルミ準位とp型半導体放出核のフェ
ルミ準位が同じであるか、または大同小異であることを保証する。 この具体化
では、An、銀または銅などの金属の1〜20nmの薄いレイヤは触媒アンサンブルに
電極402か基板として使用されるかもしれない。 現在の発明が電極をAn、銀また
は銅に形成するのに使用される接触金属の選択を制限しないのがさらに感謝され
るべきであることで、他の金属、合金または半金属が半導体で少なくともほとん
どオーム性の合流点を形成するのが選択されるかもしれない。
For 0.3 eV electrons in commonly used contact metals such as silver (“Ag series”), gold (“gold”), and copper (“copper”), the electron energy lifetime is 200 Over femtoseconds, and electronic speed is second order, 1.4e6 meters / of. The resulting energy analysis mean free path is therefore of the order 280 nanometers. This allows the underlying electrical contact to the semiconductor to be an order of magnitude thicker than the catalytic collector, increasing manufacturability. Thin, 1-5, An, Ag-based, and nanometer (“nm”) layers of copper conductors are regularly made on top of semiconductors. Allows thin layers to form ohmic or near-ohmic contacts in semiconductors. This thin layer (eg, thin electrode 402) ensures that the Fermi level of the catalyst and the Fermi level of the p-type semiconductor emission nuclei are the same or substantially the same. In this embodiment, a 1-20 nm thin layer of a metal such as An, silver or copper may be used as the electrode 402 or substrate for the catalytic ensemble. It should be further appreciated that the present invention does not limit the choice of contact metal used to form the electrode to An, silver or copper, as other metals, alloys or metalloids are at least semiconductors. It may be chosen to form an almost ohmic confluence.

【0100】 熱い電子放出核が大いにドーピングされた半導体を含んでいる具体化において
、薄い電極402に使用される材料が例えば、図3の304と図4の416で示されるよう
に選択されるかもしれないので、電極402と大いにドーピングされた半導体416の
間の合流点は少なくともほとんどオーム性の合流点を形成する。 望ましくは、
形成された合流点はオーム性の合流点である。 オーム性の合流点かほとんどオ
ーム性の合流点を形成するために、半導体添加が十分選択されるので、この合流
点によって形成されたどんなショットキー障壁の寸法か厚さも高く十分小さく、
その電子トンネル効果が電流フローを支配しているということである。 従って
、p型半導体はほぼ金属との接触の計数域でずっしりとか退化的にドーピングさ
れるかもしれない。 ドーパント濃度が1立方センチメートルあたりのおよそle16
を超えると、そのような強ドープは起こる。 図3は放出核電気の接続314と触媒
クラスタ202の両方の近くにこの大いにドーピングされた計数域304を示す。 図4
は薄い電極下層402に接触してこの大いにドーピングされた計数域416を示す。
In embodiments where the hot electron emitting nuclei include highly doped semiconductors, the material used for thin electrode 402 may be selected, for example, as shown at 304 in FIG. 3 and 416 in FIG. As such, the junction between the electrode 402 and the highly doped semiconductor 416 forms an at least nearly ohmic junction. Desirably,
The confluence formed is an ohmic confluence. Since the semiconductor addition is chosen sufficiently to form an ohmic or near-ohmic junction, any Schottky barrier dimension or thickness formed by this junction is high and small enough,
It means that the electron tunnel effect controls the current flow. Therefore, p-type semiconductors may be heavily or degenerately doped almost in the counting region of contact with metals. Dopant concentration is approximately le16 per cubic centimeter
Above, such heavy doping occurs. FIG. 3 shows this highly doped counting region 304 near both the emission nuclear electrical connection 314 and the catalyst cluster 202. Figure 4
Shows this heavily doped counting region 416 in contact with the thin electrode underlayer 402.

【0101】 例として、InSbかInAsのccドナーあたりの2e19の好みのドーピングはそのよう
な強ドープであると考えられる。 1ccあたりの2e20への半導体と銀、または薄い
金属接点としての銅がAnなどのようにほとんどオーム性の電気の接続を作ること
ができる適当な金属を半導体に接着する退化的なドーピング。 または、重いか
退化的なドーピングの下における合流点の重要性が受注のものであるのでほとん
どどんな金属もそのようなほとんどオーム性の合流点を形成するかもしれない、
1、ナノメートル、それほど、そして、および横切ってトンネルを堀るこの寸法
では、合流点は勝っている。 このタイプに関する合流点には、1ミクロンを超え
て放出核の受注3よりナノメートルと電子拡散の長さとコレクタ計数域の独特のp
n接合の重要性が通常ある。 寸法はAuger再結合によって制限されるかもしれな
い。 したがって、.1ミクロンの厚さ以来容易に現在の発明の放出核と触媒作用
のコレクタ元素の間の合流点を構成することができる、そして、より大きい寸法
は実際にはきまりきって達成される。
As an example, the 2e19 preferred doping per cc donor of InSb or InAs is considered to be such heavily doped. Degradative doping to 2e20 per cc semiconductor and silver, or copper as a thin metal contact to bond a suitable metal to the semiconductor that can make an almost ohmic electrical connection such as An. Or, almost any metal may form such an almost ohmic junction, because the importance of the junction under heavy or degenerate doping is custom.
The confluence prevails at this size, tunneling 1, nanometers, so much, and across. The confluence of this type is that the order of emission nuclei exceeds 1 micron3 than nanometers and the length of electron diffusion and the unique p
The n-junction is usually important. Dimensions may be limited by Auger recombination. Therefore, since a thickness of .1 micron can easily configure the confluence point between the emission core of the present invention and the catalyzing collector element, and larger dimensions are practically achieved at random. .

【0102】 薄い電極はp型半導体の表面に接着される。 触媒クラスタかレイヤが薄い電極
と望ましくは、pn接合に近い状態で置かれる。 「近いこと」は、「放出核半導
体の少数キャリアの拡散寸法の中にある距離」になるように定義される。 この
寸法は0.1ミクロン以上通常、受注のものである。 InSbが1ccあたりの2e20にド
ーピングしたp型における電子の計算された拡散距離は7ミクロンと5.5ミクロンI
nAsの受注のものである。 しかしながら、1つのピコ秒の観測されたAuger寿命は
、拡散距離が1ミクロン受注のものであることを示す。 砒素は当業者によって感
謝されて、現在の製造到達技術水準のかなり中にこの寸法はある。 従って、触
媒金属302と404か薄い金属接点下層402が触媒作用のコレクタと放出核の積極的
な電気の接続の両方として役立つかもしれない。 また、これは成形の費用と複
雑さを減少させる。
The thin electrode is bonded to the surface of the p-type semiconductor. The catalyst cluster or layer is placed with the thin electrode, preferably close to the pn junction. "Close" is defined to be "a distance within the minority carrier diffusion dimension of the emitting nuclear semiconductor". This dimension is more than 0.1 micron, usually ordered. Calculated electron diffusion distances for p-type InSb doped 2e20 per cc are 7 microns and 5.5 microns I
It is for nAs orders. However, the observed Auger lifetime of 1 picosecond indicates that the diffusion length is on the order of 1 micron. Arsenic has been appreciated by those skilled in the art and has this dimension well within the current state of the art manufacturing technology. Thus, the catalytic metals 302 and 404 or the thin metal contact underlayer 402 may serve both as a positive electrical connection for the catalytic collector and the emissive nuclei. It also reduces the cost and complexity of molding.

【0103】 図5は、図4と反応促進剤減速装置材料502が触媒構造404を囲んでいるか、それ
に隣接してある状態でそれと同様のソリッドステートの表面触媒作用法炉装置の
500が例証したのを断面図に示す。 図2に関して説明される砒素、模範的具体化
では、触媒クラスタはさらにそれらの近接性に置かれる化学表面反応活性剤、ア
クセラレータまたは減速装置を含むかもしれない。酸化物や他の材料などのよう
に。 示されるように、触媒作用のコレクタは酸化物などの触媒構造404か、任意
の薄い電極下層402と、触媒アクセラレータか減速装置502を入れる。 例えば、
触媒自体、セリウムの酸化物、チタニウムまたはアルミニウムの酸化物は触媒島
かレイヤの間で形成されるかもしれない。 望ましくは、熱い電子が触媒404と薄
い電極下層402を通して旅行しなければならない距離は総エネルギ解析平均自由
行程について何度かより少ない。
FIG. 5 illustrates a solid state surface catalyzed furnace apparatus similar to that of FIG. 4 with reaction promoter moderator material 502 surrounding or adjacent catalyst structure 404.
A cross-section is shown of the 500 illustrated. Arsenic as described with respect to FIG. 2, in the exemplary embodiment, the catalyst clusters may further include chemical surface activators, accelerators or moderators placed in their proximity. Like oxides and other materials. As shown, the catalytic collector contains a catalytic structure 404, such as an oxide, or an optional thin electrode underlayer 402, and a catalytic accelerator or moderator 502. For example,
The catalyst itself, cerium oxide, titanium or aluminum oxide may form between the catalyst islands or layers. Desirably, the distance hot electrons must travel through the catalyst 404 and the thin electrode underlayer 402 is several times less than the total energy analysis mean free path.

【0104】 図6は、放出核、触媒作用のコレクタの下層に同時に電気の接続である単一金
属元素605を含むソリッドステートの表面触媒作用法炉装置の断面図600を示して
、ショットキーダイオードの金属素子を形成する。
FIG. 6 shows a cross-sectional view 600 of a solid-state surface catalysis furnace apparatus that includes a single metal element 605 that is an electrical connection to the lower layers of the emissive core, the catalytic collector, and a Schottky diode. Forming a metal element.

【0105】 図6で示されているのは、ショットキーダイオードを使用するソリッドステー
トの表面触媒作用法炉装置である。 反応物質は触媒作用でコレクタ605、606、
および607を吸着する。 ショットキーダイオードは薄い金属下層605の間で形成
されて、イラストのためのn型として見せられる大いによりドーピングされた半
導体604はホットキャリヤのために熱い電子であり、より少ないドープ半導体計
数域601、および、より厚い否定的電気の接続606を当てる。 バスバー602は電流
通過のための電気の接続、積極的で、薄い電極605を提供する。 運転中、ダイ
オードは順方向バイアスで律動的に送られて、すなわち、電極606は陽極605に関
して否定的なパルス型である。電力を消費する。 これは、触媒アンサンブル607
で表面反応の引き金となって、製品を形成させる。 余分な反応エネルギーは薄
い触媒で構造607と元素605を旅行して、ショットキー障壁の可能性を凌いで、ダ
イオード計数域601と604に入る熱い電子の炸裂を発生させるかもしれない。フォ
ワードがダイオードと製造電力に偏って。
Shown in FIG. 6 is a solid state surface catalyzed furnace system using Schottky diodes. The reactants are catalytic and collectors 605, 606,
And 607 are absorbed. A Schottky diode is formed between the thin metal underlayers 605, and the much more doped semiconductor 604, shown as n-type for illustration, is a hot electron for hot carriers and a less doped semiconductor counting region 601, And apply a thicker negative electrical connection 606. The bus bar 602 provides an electrical connection for the passage of current, a positive, thin electrode 605. During operation, the diode is forward biased and pulsed, ie, electrode 606 is negative pulsed with respect to anode 605. It consumes power. This is the catalytic ensemble 607
Triggers a surface reaction to form a product. The extra reaction energy may travel through structure 607 and element 605 with a thin catalyst, overcoming the possibility of a Schottky barrier and causing a burst of hot electrons entering diode counting regions 601 and 604. Forward biased to diodes and manufacturing power.

【0106】 この具体化のリバーシブルの本質はイラストのために示される。 同じ装置の
反応刺激の特性はその原則機能であるかもしれない。 電気発生特性は原則機能
であるかもしれない。
The reversible nature of this implementation is shown for illustration. The characteristic of the reaction stimulus of the same device may be its principle function. Electricity generation characteristics may be a function in principle.

【0107】 図7は固体の素子群の700がホットキャリヤが熱い電子であるケースに適切な触
媒作用炉装置の表面を仕上げると述べる電子エネルギーレベルダイヤグラムを例
証する。 そして、元素のこれらのものは吸着物質702、触媒704、陽極または電
気の接続718を含んでいる。電極合流点。コレクタエミッター領域706における高
ドープ半導体。pドープ半導体計数域708、pn接合計数域710、nが712をドーピン
グした、大いに、nは714計数域をドーピングした。
FIG. 7 illustrates an electron energy level diagram that states that 700 of solid state devices will finish the surface of a catalysis furnace apparatus suitable for the case where hot carriers are hot electrons. And these ones of the elements include adsorbent material 702, catalyst 704, anode or electrical connection 718. Electrode confluence. Highly doped semiconductor in collector-emitter region 706. p-doped semiconductor counting region 708, pn junction counting region 710, n doped 712, heavily n doped 714 counting region.

【0108】 刺激モードで、順方向バイアス716はn+計数域714からそれらが多数キャリアで
あるところまで電子を運転する。pn接合710に。それらが触媒704の中と、そして
、そして、それらが吸着物質706と対話する触媒表面への少数キャリアである半
導体のp型計数域708に。 熱い電子は吸着物質の中の反応を刺激する州を興奮さ
せる。
In stimulated mode, forward bias 716 drives electrons from n + counting region 714 to where they are majority carriers. to pn junction 710. In the semiconductor p-type counting zone 708 where they are the minority carriers into the catalyst 704, and to the catalyst surface where they interact with the adsorbent material 706. The hot electrons excite the states that stimulate the reaction in the adsorbed material.

【0109】 世代モードで、吸着物質の励起状態におけるエネルギ解析崩壊経路は熱い電子
を触媒表面に作成する; そして熱い電子は、半導体の内部電場がn+計数域714に
それらをこみ上げる合流点710をp型半導体計数域への触媒で旅行して、次に、p-
nに続ける。順方向バイアスを作成する。(それは、電力の源になる)。
In generational mode, the energy analysis decay path in the excited state of the adsorbed material creates hot electrons on the catalyst surface; and the hot electrons p the confluence point 710 where the internal electric field of the semiconductor pushes them into the n + counting region 714. Travel to the semiconductor-type semiconductor counting zone with a catalyst and then p-
Continue to n. Create a forward bias. (It becomes the source of electricity).

【0110】 他のこれとすべての具体化では、刺激者、発生装置、および炉の有効性は、反
応物質をガス相に供給することによって、大いに高められるかもしれない。 こ
の場合、触媒表面の吸着物質はホットキャリヤと対話する。 液体が触媒をカバ
ーするとき、吸着物質の多重レイヤは、熱い電子を吸収して、その有効性を減少
させる。 したがって、また、この発明の目新しさのポイントは反応刺激か電気
世代の目的のための前進の偏っている装置の使用を含んでいる。
In this and all other embodiments, the effectiveness of the stimulator, generator, and furnace may be greatly enhanced by feeding the reactants into the gas phase. In this case, the adsorbed material on the catalyst surface interacts with the hot carrier. When the liquid covers the catalyst, multiple layers of adsorbent material absorb the hot electrons, reducing their effectiveness. Therefore, also novelty points of the present invention include the use of forward biasing devices for reactive stimulation or the purpose of electrical generation.

【0111】 発明がそれの好みの具体化に関して特に示されて、説明されている間、当業者
で、フォームと詳細の以上で他の変更がそこに発明の精神と範囲から出発しない
で行われるかもしれないのが理解されるだろう。 例えば、当業者は、発明の特
徴が上でこの場所に示されたか、または説明された他の特徴の対応する使用なし
で利点に時々使用されるかもしれないのに感謝するだろう。 同様に、いくつか
の特徴が、必要な結果を獲得するために現在の発明の範囲と同等物の中で結合さ
れるかもしれない。
While the invention has been particularly shown and described with respect to its preferred embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that other changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. It will be understood that it may be. For example, those of ordinary skill in the art will appreciate that inventive features may sometimes be used to advantage without a corresponding use of other features shown here or described above. Similarly, several features may be combined in equivalents to the scope of the present invention to achieve the desired result.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

現在の意志が現在の発明の好みの具体化は一例として単に中の添付図面に関し
てどれを説明したか:
Which present intention has illustrated the preferred embodiment of the present invention merely as an example with reference to the accompanying drawings in:

【図1】 1つの具体化における現在の発明のソリッドステートの表面触媒作用法炉装置
の一般的な概要断面図を示す;
FIG. 1 shows a general schematic cross-section of a solid-state surface catalyzed furnace apparatus of the present invention in one embodiment;

【図2】 現在の発明の1つの具体化で触媒作用のコレクタの断面図を例証する;[Fig. 2]   1 illustrates a cross-sectional view of a catalytic collector in one embodiment of the present invention;

【図3】 触媒クラスタが触媒作用のコレクタを形成している反応刺激者装置の断面図を
示す;
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a reaction stimulator device in which a catalytic cluster forms a catalytic collector;

【図4】 薄い電極が触媒クラスタのために触媒作用のコレクタの一部として基板を形成
して、また、ホットキャリヤ放出核のために電気の接続を形成しているソリッド
ステートの表面触媒作用法炉装置の断面図を示す;
FIG. 4: Solid-state surface catalysis in which thin electrodes form the substrate for the catalytic clusters as part of the catalytic collector and also make electrical connections for the hot carrier emission nuclei. Shows a sectional view of the furnace device;

【図5】 反応アクセラレータ減速装置材料周辺か触媒金属に隣接してソリッドステート
の表面触媒作用法炉の断面図を例証する;
FIG. 5 illustrates a cross-sectional view of a solid state surface catalyzed furnace around the reaction accelerator moderator material or adjacent to the catalytic metal;

【図6】 放出核に同時に電気の接続である単一金属元素を持っているソリッドステート
の表面触媒作用法炉の断面図、触媒作用のコレクタとショットキーダイオードの
金属素子を形成する下層を例証する; そして
FIG. 6 is a cross-sectional view of a solid-state surface catalysis furnace having a single metal element that is simultaneously electrically connected to the emission nucleus, illustrating the catalytic collector and the lower layer that forms the metal element of the Schottky diode. Do; and

【図7】 ソリッドステートの表面触媒作用法炉のために電子エネルギーレベルダイヤグ
ラムを示す。n+n型ベースから吸着物質まで計数域を例証する。
FIG. 7 shows an electron energy level diagram for a solid state surface catalyzed furnace. Illustrates the counting range from the n + n type base to the adsorbent.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成14年8月30日(2002.8.30)[Submission date] August 30, 2002 (2002.30)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【発明の名称】 固体表面触媒反応装置Title of the invention Solid surface catalytic reactor

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 <発明の属する技術分野> 本発明は、一般に、エネルギージェネレータに関し、より詳しくは、半導体基
板の励起構造を触媒の表面上の反応性吸着質の励起構造に結合するための方法お
よび装置に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to energy generators, and more particularly to a method and apparatus for coupling the excitation structure of a semiconductor substrate to the excitation structure of a reactive adsorbate on the surface of a catalyst. Regarding

【0002】 <従来の技術> 表面科学における最近の実験的および理論的な発展によれば、ホットエレクト
ロンが、触媒表面に吸着された分子または原子の振動の発熱を、如何にして引き
起こすかが分かった。ホットエレクトロンのエネルギーは、600度Kelvinと60,00
0度Kelvinの間の効果的な温度を有する電子と定義されており、これは、0.05 eV
と略5 eVの間の等価なエネルギー、あるいは、室温における熱エネルギーのそれ
の多数倍を意味する。300度Kelvinは、0.026 eVである。
2. Description of the Related Art Recent experimental and theoretical developments in surface science have revealed how hot electrons cause the vibrational heat generation of molecules or atoms adsorbed on the catalyst surface. It was The energy of hot electrons is 600 degrees Kelvin and 60,00
Defined as an electron with an effective temperature between 0 degrees Kelvin, which is 0.05 eV
And the equivalent energy between about 5 eV, or many times that of thermal energy at room temperature. 300 degrees Kelvin is 0.026 eV.

【0003】 触媒金属表面に拡散するホットエレクトロンは、吸着された表面化学物質(吸
着質とも言う)と強く相互作用し、また、電子が触媒金属原子の格子と熱平衡化
するプロセスより速い速度でそのようにし得ることが、発見されている。また、
これは、最近発見されたことであるが、吸着質は、触媒表面からのホットエレク
トロンと相互作用する時、振動エネルギーを獲得する。また、これは、さらに発
見されたことであるが、吸着質の振動エネルギーは、化学反応の速度を強く増大
させ、場合によっては、含まれる活性化エネルギーまたは化学熱力学のため、熱
的手段によっては起こらない反応を可能にする。ホットエレクトロンは、触媒表
面上の吸着質の化学反応を刺激する。このプロセスの逆もまた、観察されており
、この場合、表面化学反応の結果は、ホットエレクトロンの生産となる。
Hot electrons that diffuse to the surface of a catalytic metal interact strongly with the adsorbed surface chemicals (also called adsorbates) and also at a faster rate than the process by which electrons thermally equilibrate with the lattice of catalytic metal atoms. It has been discovered that this can be done. Also,
This has been recently discovered, but the adsorbate gains vibrational energy when interacting with hot electrons from the catalyst surface. Also, this has been further discovered that the vibrational energy of adsorbates strongly increases the rate of chemical reactions, and in some cases, by thermal means, due to included activation energy or chemical thermodynamics. Enables reactions that do not occur. Hot electrons stimulate the chemical reactions of adsorbates on the surface of the catalyst. The reverse of this process has also been observed, where the result of surface chemistry is the production of hot electrons.

【0004】 触媒の表面上のホットエレクトロンの存在は、吸着質分子の表面振動(それら
自体に対する表面振動、あるいは、触媒に対する表面振動のいずれか)が、基板
それ自体の物理的温度ではなく、基板ホットエレクトロンの温度と平衡している
擬似熱的レジームを生じ得る。これは、触媒が周囲温度であるのに、振動が、数
千度であり得ることを意味する。ホットエレクトロンは、吸着質をその吸着井戸
の底から段階的に励起させ、それが、吸着障壁を越えて、隣の電位井戸に跳び上
がり、反応あるいは脱着するまで、そのようにする場合すらある。
The presence of hot electrons on the surface of the catalyst means that the surface vibrations of the adsorbate molecules (either surface vibrations on themselves or on the catalyst) are not the physical temperature of the substrate itself but the substrate itself. A pseudo-thermal regime can be created that is in equilibrium with the temperature of hot electrons. This means that the vibration can be thousands of degrees even though the catalyst is at ambient temperature. Hot electrons may even excite the adsorbate stepwise from the bottom of the adsorption well until it jumps over the adsorption barrier to the next potential well and reacts or desorbs.

【0005】 ホットエレクトロンのエネルギーあるいは周波数は、吸着質のそれと正確に一
致することを要しない。吸着質の励起構造は、一般に、非常に広く、多数の周波
数に亘っており、その機構は、電子の励起状態によることが多い。すなわち、吸
着質が、電子を獲得すると、それは、励起した電子状態に遷移する。数十フェム
ト秒以内に、それは、表面から離れて外方に移動し始め、次いで、電子を解放す
る。吸着質は、今や、非電子励起状態に再び遷移する。しかしながら、それは、
ホットエレクトロンによってそれに与えられた余分のエネルギーを保持している
。結果として、吸着質は、より高い振動状態に成る。プロセスの数十フェムト秒
の寿命時間は、広帯域の共振特徴を生じ、したがって、ホットエレクトロンと受
け取る吸着質のエネルギー準位との間に、エネルギーの不一致を許すことになる
。基板の電子は、実際に、吸着質反応体分子内の、あるいは、触媒表面に対する
吸着質の振動における原子の振動などの吸着質反応体の振動モードにエネルギー
をもたらす。このプロセスは、それ自体を多数回繰り返して、吸着質が脱着する
点まで繰り返すことが可能である。文献では、これは、「Desorption Induced b
y (Multiple) Electronic Transitions <(多重)電子遷移により誘起された脱
着>」(略してDIMETまたはDIET)と呼ばれている。これが、スティミュレータ
プロセスである。
The energy or frequency of hot electrons need not exactly match that of the adsorbate. The excited structure of an adsorbate is generally very wide and spans multiple frequencies, the mechanism of which is often due to the excited state of the electron. That is, when the adsorbate acquires an electron, it transitions to the excited electronic state. Within tens of femtoseconds, it begins to move away from the surface and then releases the electron. The adsorbate now transitions back to the non-electron excited state. However, it
It retains the extra energy given to it by the hot electrons. As a result, the adsorbate is in a higher vibrational state. The tens of femtosecond lifetimes of the process produce broadband resonant features, thus allowing an energy mismatch between the hot electrons and the energy level of the adsorbate it receives. The electrons of the substrate actually contribute energy to the vibration modes of the adsorbate reactant, such as the vibration of atoms within the adsorbate reactant molecule or in the vibration of the adsorbate relative to the catalyst surface. This process can be repeated itself many times, up to the point where the adsorbate desorbs. In the literature, this is "Desorption Induced b
y (Multiple) Electronic Transitions <(Desorption induced by (Multiple) Electronic Transitions>) (abbreviated as DIMET or DIET). This is the stimulator process.

【0006】 ジェネレータプロセスの作用は、逆である。その振動モードの一つにおけるエ
ネルギーを有する吸着質は、触媒からコールドエレクトロンを引き寄せて獲得す
る。これは、遷移を引き起こし、そこで、付着した電子を有する吸着質は、次い
で、励起した電子状態における帯電した吸着質の種となる。フェムト秒以内に、
励起した電子状態におけるこの種は、減衰して、電子を排出する。そのため、吸
着質反応体は、その振動モードにおけるエネルギーがより少ない状態となり、電
子は、運動エネルギーが過剰な状態となる。つまり、触媒の表面上のエネルギー
的に励起した反応体は、そのエネルギーの一部分を触媒内の電子に与えた結果と
なる。これが、ジェネレータプロセスである。
The operation of the generator process is the opposite. An adsorbate with energy in one of its vibrational modes attracts and acquires cold electrons from the catalyst. This causes a transition where the adsorbate with attached electrons then becomes the charged adsorbate species in the excited electronic state. Within femtoseconds,
This species in the excited electronic state decays and ejects electrons. As a result, the adsorbate reactant will be in a state of less energy in its vibrational mode and the electrons will be in an excess of kinetic energy. That is, energetically excited reactants on the surface of the catalyst result in giving a portion of that energy to the electrons within the catalyst. This is the generator process.

【0007】 このジェネレータあるいは逆のプロセスは、実験室で観察されている。この観
察における発見者は、短絡ショットキーダイオードを用いて、表面反応により直
接作り出された電子束を測定した。実験室の発見者は、短絡ダイオードにおける
電流を測定したが、これは、発見者が、略正確にゼロパワーを作り出したことを
意味する。しかしながら、発見者は、ジェネレータモードの存在を確信した。ホ
ットエレクトロンとホットホールの両方が観察され、シリコンにおけるショット
キー障壁を超えるエネルギーでは、これは、0.5 eVのオーダーである。
This generator or vice versa has been observed in the laboratory. The finder in this observation measured the electron flux created directly by the surface reaction using a short-circuited Schottky diode. The laboratory finders measured the current in the short-circuit diode, which means that the finders produced zero power almost exactly. However, the discoverers were convinced of the existence of generator mode. Both hot electrons and hot holes are observed, and at energies above the Schottky barrier in silicon, this is on the order of 0.5 eV.

【0008】 触媒表面におけるホットエレクトロンが、反応を促進することが分かった。銅
(Cu)表面と相互作用する振動的に励起した窒素酸化物(NO)による実験では、
表面反応性の数千倍の向上が示された。1に近い反応の確率が観察された。その
研究では、反応体の移動エネルギーあるいは表面温度のいずれも、反応の確率に
強い影響を及ぼさず、ホットエレクトロンを用いることの有効性が確認された。
It has been found that hot electrons at the catalyst surface accelerate the reaction. Experiments with vibrationally excited nitrogen oxides (NO) interacting with the copper (Cu) surface show that
A thousand-fold improvement in surface reactivity was shown. A reaction probability close to 1 was observed. In that study, neither the transfer energy of the reactants nor the surface temperature had a strong effect on the probability of the reaction, and the effectiveness of using hot electrons was confirmed.

【0009】 別の実験では、一酸化炭素(CO)を、ルテニウムの表面で酸化した。1.5 eV、
110フェムト秒のレーザーパルス持続時間で、ホットエレクトロンを作り出した
。吸着されたOとCOとのサブピコ秒の反応でCO2が作り出されるのが観察されたが
、これは、ホットエレクトロンなしには、エネルギー的に全く不可能な反応であ
る。これは、熱エネルギーのみを用いた場合は、COが、反応することなしに、脱
着することを意味する。
In another experiment, carbon monoxide (CO) was oxidized on the surface of ruthenium. 1.5 eV,
Hot electrons were created with a laser pulse duration of 110 femtoseconds. The subpicosecond reaction of adsorbed O with CO was observed to produce CO2, which is energetically totally impossible without hot electrons. This means that when only thermal energy is used, CO desorbs without reacting.

【0010】 振動エネルギーを吸着質のみに伝えるこのようなホットエレクトロンの能率は
、100%に近づき得る。COの、銅表面からの略100%の脱着が、観察された
。NOとCuとの反応速度の3オーダーの増大も、観察された。
The efficiency of such hot electrons, which transfer vibrational energy only to the adsorbate, can approach 100%. Approximately 100% desorption of CO from the copper surface was observed. A three order increase in the reaction rate between NO and Cu was also observed.

【0011】 これは、ホットエレクトロンと励起した吸着質の種との間に、強力な2方向エ
ネルギー伝達を確立するものである。観察結果を集めると、触媒表面上に吸着さ
れた、化学吸着された、あるいは、物理吸着された吸着質反応体の励起構造を、
吸着質に非常に近い半導体ダイオードの励起構造に結合するための装置および方
法となる。
This establishes a strong bidirectional energy transfer between the hot electrons and the excited adsorbate species. Collecting the observation results, the excited structure of the adsorbate reactant adsorbed on the catalyst surface, chemisorbed, or physically adsorbed,
An apparatus and method for coupling to a semiconductor diode excitation structure that is very close to an adsorbate.

【0012】 半導体ダイオードの励起構造は、どちらかと言えば簡単で、価電子帯の正孔お
よび伝導帯の電子で構成されている。化学的に反応性の吸着質‐触媒系の励起構
造は、原子および分子の、それら自体および基板に対する振動に支配されて、エ
ネルギー準位帯を形成し、該エネルギー準位帯は、吸着質が、過渡的なあるいは
永久的な電荷を獲得し得るこれら種の電子の励起状態による。
The excitation structure of a semiconductor diode is rather simple and is composed of holes in the valence band and electrons in the conduction band. The excited structure of a chemically reactive adsorbate-catalyst system is subject to vibrations of the atoms and molecules with respect to themselves and the substrate to form energy level bands, which are , Due to the excited states of these types of electrons that can acquire transient or permanent charges.

【0013】 これら構造の結合は、主として二つの経路によって、すなわち、ホットエレク
トロンあるいはホットホールなどのホットキャリヤの、吸着質と半導体との間の
直接的な(一般に弾道)移送を通して直接的に、あるいは、エネルギーの共振ト
ンネリングによって、起こる。共振トンネリングは、二つの構造を、半導体およ
び吸着質‐触媒系における励起構造によって作り出される振動電界を通して結合
する。この結合は、どちらかの側の励起の周波数が、互いに他に近い時、大いに
高まる。
The binding of these structures is primarily by two routes, either directly, through the direct (generally ballistic) transfer of hot carriers, such as hot electrons or hot holes, between the adsorbate and the semiconductor. , Caused by resonant tunneling of energy. Resonant tunneling couples two structures through an oscillating electric field created by excited structures in semiconductors and adsorbate-catalyst systems. This coupling is greatly enhanced when the frequencies of excitation on either side are close to each other.

【0014】 ホットエレクトロンは、取り組むのが最も容易な励起である。ホットエレクト
ロンを作り出し、金属触媒表面に注入するための、選り抜きの現行の方法は、パ
ルス化されたレーザーに依存する。これらのホットエレクトロンを作り出す通常
の方法は、金属の表面を短いレーザーパルスで照射する方法であり、このパルス
の持続時間は、一般に、50〜1000フェムト秒の範囲であり、また、フォトンのエ
ネルギーは、1 eVまたはそれ以上(波長0.2〜1.5ミクロン)である。フォトンは
、吸着されて、0 eVとフォトンのエネルギーまでの間のエネルギーを有する電子
を作り出し、エネルギーをホットホールで、また、平均が入射フォトンエネルギ
ーの略半分であるホットエレクトロンのエネルギーで分割する。しかしながら、
レーザーは、入手できる最も安価なエネルギー源の一つである。
Hot electrons are the easiest excitations to tackle. Current methods of choice for creating and injecting hot electrons into metal catalyst surfaces rely on pulsed lasers. The usual way to produce these hot electrons is to irradiate the surface of the metal with short laser pulses, the duration of which is typically in the range of 50 to 1000 femtoseconds, and the energy of the photons is , 1 eV or higher (wavelength 0.2-1.5 micron). Photons are adsorbed, creating electrons with energies between 0 eV and the energy of the photons, splitting the energy in hot holes and in hot electrons, which averages about half the incident photon energy. However,
Lasers are one of the cheapest energy sources available.

【0015】 固体金属‐絶縁体‐金属接合を用いて、共振的に結合されたホットエレクトロ
ンを作り出す理論が、提案されている。この理論的な提案は、表面で、共振補助
、ホットエレクトロン誘起フェムト化学処理を行おうとするものである。触媒の
フェルミ準位に対し、かつ、金属‐絶縁体接合に関連したエネルギーは、現在、
表面共振に適切であると分かっているエネルギーより高い。現在、この理論を用
いた如何なる実験も知られていない。プロセス可逆性についてのいかなる既知の
記載も、請求されていない。
Theories have been proposed for producing resonantly coupled hot electrons using solid metal-insulator-metal junctions. This theoretical proposal seeks to perform resonance-assisted, hot-electron-induced femto chemical treatment on the surface. The energy for the Fermi level of the catalyst and associated with the metal-insulator junction is now
Higher energy than is known to be suitable for surface resonances. Currently, no experiments using this theory are known. No known statement about process reversibility is claimed.

【0016】 中性半導体基板を薄い金属オーバーレヤーへの注入機構として使用し、フォト
ンを、半導体内のホットキャリヤのクリエータとしてのパルス化されたレーザー
から誘導する方法も、文献で提案された。この方法は、気体‐表面触媒反応を刺
激するのが、金属をフォトンアクセプタとして使用する方法よりも、1オーダー
難しい場合があることが示唆された。また、半導体基板、金属オーバーレヤーお
よび触媒のデバイスを用いて、フォトンでより能率的にホットエレクトロンを作
り出し、それらを触媒表面に注入する方法が、提案された。しかしながら、プロ
セスの能率を有用にするのに必要な重要な細部が、プロセスの能率を保証するの
に必要なやり方で示されていなかった。半導体と金属との間のショットキー接合
、オーミック接合または略オーミック接合を調整する場合は、ホットエレクトロ
ンまたは正孔などのいずれかのホットキャリヤの結合が電気的に能率的であるよ
う、あるいは、共振トンネリングが、能率的であるよう、調整する必要がある。
共振トンネリングおよび共振補助プロセスの適切な使用は、有用な装置および方
法において、貴重な構成要素となる場合がある。
Methods have also been proposed in the literature for using a neutral semiconductor substrate as a mechanism for injection into a thin metal overlayer and for inducing photons from a pulsed laser as a creator of hot carriers in the semiconductor. It was suggested that this method may be one order of magnitude more difficult to stimulate gas-surface catalyzed reactions than the method using a metal as a photon acceptor. Also proposed is a method of more efficiently producing hot electrons with photons and injecting them into the catalyst surface using a device of a semiconductor substrate, a metal overlayer and a catalyst. However, the important details necessary to make process efficiency useful have not been shown in the manner necessary to ensure process efficiency. When adjusting a Schottky, ohmic or near-ohmic junction between a semiconductor and a metal, the coupling of any hot carriers such as hot electrons or holes should be electrically efficient or resonant. Tunneling needs to be adjusted for efficiency.
The proper use of resonant tunneling and resonant assist processes can be a valuable component in useful devices and methods.

【0017】 ホットエレクトロンの溶液への注入についての実験では、ショットキー接合ダ
イオードが用いられた。その研究の共著者の一人は、電解液に関連した表面状態
により、電子が冷却されたので、彼らが望んでいたような正孔は、かち取れなか
ったことを示唆している。電子を反応性の電解液に注入するのに、Nシリコンと
白金金属で作られた触媒電極ショットキー接合が用いられた。白金の厚さは、白
金におけるホットエレクトロンの平均自由経路以下から平均自由経路数倍まで、
さまざまであった。彼らは、いくらかの成功はかち取れたが、ホットエレクトロ
ンと電解液との間の相互作用にいくつかの問題が生じた。
In experiments on hot electron injection into solution, Schottky junction diodes were used. One of the co-authors of the study suggests that the holes, which they wanted, were not cut off because the electrons were cooled by the surface conditions associated with the electrolyte. A catalytic electrode Schottky junction made of N silicon and platinum metal was used to inject electrons into the reactive electrolyte. The thickness of platinum ranges from below the mean free path of hot electrons in platinum to several times the mean free path,
It was different. They had some success, but some problems with the interaction between hot electrons and electrolytes.

【0018】 表面を液体電解質でフラッドすると、ホットエレクトロンの有効性が破壊され
る。メタル‐オキサイド接合の表面状態は、反応性表面が液体でフラッドされる
場合、この方法では未解決の問題であった。
Flooding the surface with a liquid electrolyte destroys the effectiveness of hot electrons. The surface condition of the metal-oxide junction was an unsolved problem with this method when the reactive surface was flooded with liquid.

【0019】 金属‐液体界面上に蓄積する吸着質の多層のうちの、触媒表面から遠い外側の
層が、ホットエレクトロンを「ポラリトン」として捕捉し、それらを、迅速な反
応スティミュレータの源として、あるいは、励起のジェネレータとして、より少
なく有用にすることは、今や既知である。金属および触媒の反応性表面の下の半
導体基板の有効性は、貴重な要素である。半導体ダイオードは、重要な要素であ
る。
Of the multiple layers of adsorbates that accumulate on the metal-liquid interface, the outer layers far from the catalyst surface trap hot electrons as “polaritons” and use them as a source of rapid reaction stimulators. Alternatively, it is now known to be less useful as a generator of excitation. The effectiveness of the semiconductor substrate below the reactive surfaces of metal and catalyst is a valuable factor. Semiconductor diodes are an important element.

【0020】 あらゆる観察で含蓄的なのは、パルス化された動作の能率である。反応スティ
ミュレータの場合は、ホットエレクトロンを作り出すパルスの持続時間は、格子
との電子熱平衡化に関連した時間より少ない。ジェネレータの場合は、化学反応
の突然のバーストは、触媒表面上にホットエレクトロンのフラッドを引き起こす
。これは、今度は、これら電子を集めて、半導体基板の伝導帯に、電子のフラッ
ドを引き起こす。十分に短いバーストは、作り出された電子の数が、熱的に生ず
る短絡電子を上回ることを引き起こし、それにより、電気の発生の能率を増大さ
せる。
Implicit in all observations is the efficiency of pulsed motion. In the case of a reaction stimulator, the duration of the pulse producing hot electrons is less than the time associated with electron thermal equilibration with the lattice. In the case of a generator, a sudden burst of chemical reaction causes a flood of hot electrons on the catalyst surface. This in turn collects these electrons and causes a flood of electrons in the conduction band of the semiconductor substrate. A sufficiently short burst causes the number of produced electrons to exceed the thermally generated short circuit electrons, thereby increasing the efficiency of electricity generation.

【0021】 公開領域で欠けているのは、触媒の表面を調整して、共振トンネリングを高め
、選択されたエネルギー帯の活性化を高め、所望のエネルギー遷移の確率を高め
、あるいは選択された反応経路を高める方法である。
What is lacking in the open region is to adjust the surface of the catalyst to enhance resonant tunneling, enhance activation of selected energy bands, enhance the probability of desired energy transitions, or select reactions. It is a way to improve the route.

【0022】 <発明の要約> 本発明は、半導体基板の励起構造を触媒の表面上の反応性吸着質の励起構造に
結合するための方法および装置に向けられている。望ましくは、該結合は、可逆
性である。可逆反応装置は、半導体基板に源を発する励起を用いて、触媒の表面
上の吸着質の種による化学反応を刺激し、かつ、逆のプロセスを用いて、反応の
結果としての励起を基板内に作り出す。この方法および装置は、スティミュレー
タモードで使用された場合、半導体基板への電気的あるいは他の形態のエネルギ
ー入力を用いて、反応が促進されるよう反応経路を操作し、反応を制御し、反応
によって作り出されるエネルギーの形態を操作し、かつ、表面触媒反応を刺激す
るのに必要な温度を下げ、また、ジェネレータモードで使用された場合、装置は
、吸着質‐触媒系の励起エネルギーを、半導体基板における電気あるいは他の形
態のエネルギーに変換し、また、スティミュレータ‐ジェネレータモードで使用
された場合、装置は、電気あるいは他の形態のエネルギーを用いて、反応を操作
し、また同時に、電気あるいは他の形態のエネルギーを、吸着質‐触媒系化学反
応エネルギーから作り出すことができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a method and apparatus for coupling the excited structure of a semiconductor substrate to the excited structure of a reactive adsorbate on the surface of a catalyst. Desirably, the binding is reversible. The reversible reactor uses excitation originating from the semiconductor substrate to stimulate the chemical reaction by the adsorbate species on the surface of the catalyst, and the reverse process to generate the resulting excitation in the substrate. To produce. The method and apparatus, when used in the stimulator mode, use electrical or other forms of energy input to the semiconductor substrate to manipulate the reaction pathway to facilitate the reaction, control the reaction, and react. Manipulates the form of energy produced by and lowers the temperature required to stimulate surface catalyzed reactions, and when used in generator mode, the device is capable of transferring the excitation energy of the adsorbate-catalyst system to the semiconductor. Converted to electricity or other forms of energy in the substrate, and when used in the stimulator-generator mode, the device uses electricity or other forms of energy to manipulate the reaction and, at the same time, electricity or other forms of energy. Other forms of energy can be produced from the adsorbate-catalyst system chemical reaction energy.

【0023】 本発明では、電気あるいは他の形態のエネルギーは、ホットキャリヤなどの励
起エネルギーを作り出し、かつ、触媒表面上の吸着質に注入し、かつ、吸着質‐
表面触媒反応を刺激するのに用いられ、また、プロセスの可逆的な性質のため、
一つおよび同じ種類の装置を、半導体基板におけるキャリヤなど、表面化学反応
から生じる励起の収集、およびそれらの電気または他の形態のエネルギーへの変
換に向けることもできる。代表的な一実施形態では、本発明は、電子的にエネル
ギーを付与された半導体ダイオードを、新規なやり方で用いて、反応を刺激する
。例えば、一実施形態では、本発明は、PN接合を、ホットキャリヤのクリエー
タとして、また、注入機構として用いて、それらを触媒材料の薄い金属オーバー
レヤー構造に、また、触媒表面上の吸着質に結合する。同じ実施形態は、同じP
N接合を用いて、半導体ダイオードにおけるホットキャリヤを集め、それを順方
向にバイアスし、したがって、電気を作り出すことができる。
In the present invention, electricity or other forms of energy create excitation energy such as hot carriers and are injected into the adsorbate on the catalyst surface and
Used to stimulate surface catalyzed reactions and due to the reversible nature of the process,
One and the same type of device can also be directed to the collection of excitations resulting from surface chemical reactions, such as carriers in semiconductor substrates, and their conversion into electrical or other forms of energy. In one exemplary embodiment, the present invention uses electronically energized semiconductor diodes in a novel manner to stimulate a reaction. For example, in one embodiment, the present invention uses PN junctions as a creator of hot carriers and as an injection mechanism to make them into a thin metal overlayer structure of catalyst material and to adsorbates on the catalyst surface. Join. The same embodiment has the same P
N-junctions can be used to collect hot carriers in a semiconductor diode and forward bias it, thus producing electricity.

【0024】 本発明は、触媒集合エネルギーコレクタ(触媒コレクタとも呼ばれている)と
密に接触しているホットキャリヤエミッタ(励起エミッタとも呼ばれている)を
含んでいる。励起エミッタは、半導体ダイオードを含んでいる。
The present invention includes a hot carrier emitter (also called an excitation emitter) in intimate contact with a catalyst assembly energy collector (also called a catalyst collector). The excitation emitter includes a semiconductor diode.

【0025】 装置をスティミュレータモードで使用する場合は、電気あるいは他のエネルギ
ーを半導体ダイオードに入力すると、半導体ダイオードは、過剰な正孔または電
子などの励起を生じ、結果として生ずるホットキャリヤおよび共振的に結合され
た励起エネルギーは、触媒‐吸着質系の励起構造に結合されて、吸着され、それ
により、吸着質の化学反応を刺激する。
When the device is used in stimulator mode, when electrical or other energy is input to the semiconductor diode, the semiconductor diode causes excitation of excess holes or electrons, resulting in hot carriers and resonant resonance. The excitation energy bound to is bound to the excited structure of the catalyst-adsorbate system and is adsorbed, thereby stimulating the chemical reaction of the adsorbate.

【0026】 装置をジェネレータモードで使用した場合は、触媒‐吸着質系に源を発する励
起エネルギーは、半導体のバンド励起に結合され、これは、一般に、半導体に順
方向のバイアスを生じて、電気または他の有用な形態のエネルギーを作り出し得
る。
When the device is used in generator mode, the excitation energy originating in the catalyst-adsorbate system is coupled to the band excitation of the semiconductor, which generally causes a forward bias in the semiconductor, resulting in electrical Or it may produce other useful forms of energy.

【0027】 半導体ダイオードは、エミッタ、ダイオード接合および半導体ベースを含んで
いる。エミッタ(これは、触媒コレクタと密に接触している)は、ダイオードが
、PN接合ダイオードの場合は、半導体を含み、あるいは、エミッタは、ダイオ
ードが、ショットキーダイオードの場合は、金属を含んでいる。接合は、エミッ
タとベースとの間の接触の領域である。エミッタはまた、電気接点を含んでいる
。ホットキャリヤ(半導体励起)が、電子であるよう選択されている場合は、ベ
ースは、N型の半導体を含んでおり、また、エミッタは、P型の半導体または金
属のいずれかを含んでいる。ホットキャリヤが、正孔であるよう選択されている
場合は、ベースは、P型の半導体を含んでおり、また、エミッタは、N型の半導
体または金属のいずれかを含んでいる。ベースはまた、電気接点も含んでいる。
The semiconductor diode includes an emitter, a diode junction and a semiconductor base. The emitter (which is in intimate contact with the catalyst collector) comprises the semiconductor if the diode is a PN junction diode, or the emitter comprises the metal if the diode is a Schottky diode. There is. The junction is the area of contact between the emitter and the base. The emitter also includes electrical contacts. When the hot carriers (semiconductor excitation) are chosen to be electrons, the base contains an N-type semiconductor and the emitter contains either a P-type semiconductor or a metal. When the hot carriers are selected to be holes, the base contains a P-type semiconductor and the emitter contains either an N-type semiconductor or a metal. The base also includes electrical contacts.

【0028】 触媒コレクタは、エミッタと密に接触して配設されており、触媒、任意の下層
、および任意の反応促進剤‐減速剤材料を含んでいる。触媒コレクタの要素は、
エミッタの要素と一つ、かつ、同じであってよい。触媒の表面と任意の反応促進
剤‐減速剤材料のそれとは、反応体化学物質と密に接触する。本発明を用いるデ
バイスの各種の領域は、各種の、かつ、異なる触媒コレクタ、ホットキャリヤエ
ミッタ、および、弾道移送および共振トンネリングを含む各種のモードのエネル
ギー結合を含んでいてよい。
The catalyst collector is disposed in intimate contact with the emitter and contains a catalyst, an optional underlayer, and an optional promoter-moderator material. The elements of the catalyst collector are
It may be one and the same as the element of the emitter. The surface of the catalyst and that of any reaction promoter-moderator material are in intimate contact with the reactant chemistry. Different areas of the device using the invention may include different and different modes of energy coupling, including different catalyst collectors, hot carrier emitters, and ballistic transfer and resonant tunneling.

【0029】 以下、本発明のさらなる特徴および利点、並びに、本発明の各種の実施形態の
構造および動作を、添付の図面を参照して詳細に説明する。図面において、同様
の引用番号は、同一あるいは機能的に同様な要素を示す。
Further features and advantages of the invention, as well as the structure and operation of various embodiments of the invention, are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numbers indicate identical or functionally similar elements.

【0030】 <好適な実施形態の詳細な説明> 本発明の代表的な一実施形態は、電子をホットキャリヤとして、また、PN接
合ダイオードを半導体ダイオードとして使用する。ベースは、N形の半導体であ
り、エミッタは、P形の半導体である。PN接合ダイオードに順方向バイアスを
掛けると、小数キャリヤ電子が、P形エミッタの伝導帯に注入され、そこでそれ
らは、少数キャリヤになる。少数キャリヤは、拡散して触媒コレクタに移動し、
吸着質‐触媒系の励起に共振的に結合される場合もあるが、但し、それは、接合
部から触媒コレクタまでの距離が、P形半導体内の少数キャリヤの拡散長の数倍
以下の場合である。例えば、InSb、InAsあるいはInGaAsSbのある種の合金が、半
導体である場合は、拡散長は、略100ナノメータから数ミクロンの範囲となる
Detailed Description of the Preferred Embodiments A representative embodiment of the present invention uses electrons as hot carriers and PN junction diodes as semiconductor diodes. The base is an N-type semiconductor and the emitter is a P-type semiconductor. When forward biasing a PN junction diode, minority carrier electrons are injected into the conduction band of the P-type emitter, where they become minority carriers. Minority carriers diffuse and move to the catalyst collector,
It may also be resonantly coupled to the excitation of the adsorbate-catalyst system, provided that the distance from the junction to the catalyst collector is less than several times the diffusion length of minority carriers in the P-type semiconductor. is there. For example, if some alloy of InSb, InAs or InGaAsSb is a semiconductor, the diffusion length will be in the range of approximately 100 nanometers to several microns.

【0031】 本発明によれば、少数キャリヤ電子は、触媒コレクタのフェルミ準位を超える
エネルギーで触媒コレクタに注入されるか、あるいは、共振的に結合される。こ
の過剰エネルギーは、ほとんどモノエネルギー性であり、ダイオードへの順方向
バイアスに略等しい値を有している。半導体が、PN接合ダイオードである場合
は、少数キャリヤのエネルギーは、半導体禁止帯幅のエネルギーの略数kT以内で
あってよい(kT=熱エネルギー、0.026 eV)。半導体ダイオードが、ショットキ
ー接合である場合は、キャリヤのエネルギーは、ショットキー障壁を乗り越える
のに必要なエネルギーの略数kT以内であってよい。順方向バイアスエネルギーを
有する電子は、ホットエレクトロンとも呼ばれ、反応体に面してそれと親しく接
触する触媒の表面に迅速に浸透し得るが、但し、それは、例えば、P形半導体か
ら反応体と接触する表面までの距離が、触媒コレクタ内の電子のエネルギー平均
自由経路の数倍以下の場合である。
According to the present invention, minority carrier electrons are injected into the catalyst collector with energy above the Fermi level of the catalyst collector or are resonantly coupled. This excess energy is almost monoenergetic and has a value approximately equal to the forward bias on the diode. If the semiconductor is a PN junction diode, the minority carrier energy may be within approximately a few kT of the semiconductor bandgap energy (kT = thermal energy, 0.026 eV). If the semiconductor diode is a Schottky junction, the carrier energy may be within about a few kT of the energy required to overcome the Schottky barrier. Electrons with forward-biased energy, also called hot electrons, can quickly penetrate the surface of the catalyst that faces and intimately contacts the reactants, provided that it contacts the reactants from, for example, a P-type semiconductor. This is the case when the distance to the surface is less than several times the energy mean free path of electrons in the catalyst collector.

【0032】 触媒が、白金、パラジウム、ロジウムまたはルテニウムなどの金属である場合
は、エネルギー平均自由経路の範囲は、5ナノメータと50ナノメータとの間で
ある。下層が、銅または金の場合は、エネルギー平均自由経路の範囲は、50ナ
ノメータと200ナノメータとの間である。
When the catalyst is a metal such as platinum, palladium, rhodium or ruthenium, the energy mean free path range is between 5 and 50 nanometers. If the underlying layer is copper or gold, the range of the energy mean free path is between 50 and 200 nanometers.

【0033】 反応体化学物質と相互作用するホットエレクトロンの束は、略、ダイオードの
順方向電流の束であるが、但し、それは、触媒コレクタからダイオードの接合部
までの距離が、上記で指定のエミッタ半導体の拡散長、および、触媒および下層
のエネルギー平均自由経路長以内の場合である。ホットエレクトロンは、吸着質
と強く相互作用する。
The flux of hot electrons that interacts with the reactant chemistry is approximately the flux of the diode's forward current, provided that the distance from the catalyst collector to the junction of the diode is specified above. This is within the diffusion length of the emitter semiconductor and the energy mean free path length of the catalyst and the lower layer. Hot electrons interact strongly with adsorbates.

【0034】 本発明の別の様態では、低い障壁高さを有するよう設計されたショットキーダ
イオード(トンネリング接合ともいう)が使用される。このようなデバイスは、
金属とショットキー接合の半導体との間のドーピングが、略オーミック接合部(
一般に半導体との電気接点を作るためのもの)を作るのに使用される非常に高い
ドーピングと普通のショットキーダイオードを作るのに使用される中程度のドー
ピングとの間の中間となるよう選択することにより構成されている。ドーピング
は、空乏領域の幅を制御し、したがって、ショットキー障壁の強度を制御する。
ドーピングの値は、用途により、縮退あるいは高いドーピングと、従来のあるい
は中程度のドーピングとの間を選んでよい。
In another aspect of the invention, a Schottky diode (also called a tunneling junction) designed to have a low barrier height is used. Such devices are
Doping between the metal and the semiconductor in the Schottky junction results in a near ohmic junction (
Choose to be intermediate between the very high doping used to make electrical contacts to semiconductors (generally) and the medium doping used to make ordinary Schottky diodes. It is composed of Doping controls the width of the depletion region and thus the strength of the Schottky barrier.
Depending on the application, the doping value may be selected between degenerate or high doping and conventional or moderate doping.

【0035】 半導体が、シリコンで、金属が、触媒コレクタと関連した何らかの金属である
場合は、ドーピングは、0.1 eVのオーダーの有効値に調整してよい。シリコンに
おける高いドーピングは、0.0 eVの障壁を効果的に産み出し、また、通常のドー
ピングは、一般に、0.5 eVと1.5 eVの障壁との間の障壁を産み出す。このトンネ
リング接合ショットキーダイオードは、シリコンなどの普通の半導体の使用を可
能にする。このようなダイオードの使用は、反応がパルス化されるジェネレータ
モードでの使用に適している。
If the semiconductor is silicon and the metal is any metal associated with the catalyst collector, the doping may be adjusted to an effective value on the order of 0.1 eV. High doping in silicon effectively yields a barrier of 0.0 eV, and normal doping typically yields a barrier between 0.5 eV and 1.5 eV. This tunneling junction Schottky diode allows the use of common semiconductors such as silicon. The use of such a diode is suitable for use in generator mode in which the reaction is pulsed.

【0036】 本発明のPN接合ダイオードまたはショットキー接合の実施形態のどちらかで
提供される方法および装置では、半導体ダイオードは、ダイオードの順方向バイ
アス電圧のエネルギーに略等しいエネルギーで、触媒コレクタの表面の吸着質に
、ホットキャリヤを注入するか、あるいは、キャリヤを共振的に結合する。本発
明で提供される方法および装置では、注入電子のエネルギーは、ユーザーが、反
応を制御できるよう、かつ、選択したモードまたは熱的プロセスにアクセスでき
ない反応経路を含む経路で反応を推進できるよう選択してよい。
In the methods and apparatus provided in either the PN junction diode or Schottky junction embodiments of the present invention, the semiconductor diode is a surface of the catalyst collector at an energy approximately equal to the energy of the diode's forward bias voltage. Hot carriers are injected into the adsorbate of 1 or the carriers are resonantly coupled. In the method and apparatus provided by the present invention, the energy of the injected electrons is selected so that the user can control the reaction and drive the reaction in a path that includes the reaction path inaccessible to the selected mode or thermal process. You can do it.

【0037】 本発明の別の新規な様態は、本発明の可逆的な性質である。例えば、刺激プロ
セスの逆は、触媒コレクタに到達した吸着質により作り出された電子の収集およ
び半導体ダイオードへのエネルギーの共振結合であり、それにより、伝導帯電子
または価電子帯正孔などのキャリヤを作り出すことである。触媒コレクタは、ホ
ットキャリヤエミッタにより作り出されたホットエレクトロンのコレクタの代わ
りに、吸着質の化学反応エネルギーにより作り出されたホットエレクトロンのコ
レクタのように作用する。触媒コレクタは、半導体から吸着質にエクサイテーシ
ョンを結合する代わりに、吸着質から半導体にエクサイテーションを結合する。
ホットキャリヤエミッタは、そのホットエレクトロンを、ダイオードの接合部か
ら得る代わりに、触媒コレクタから得る。ホットキャリヤエミッタは、吸着質‐
触媒の励起構造体からのエネルギーの共振結合によって、その電子を作り出して
よい。ホットエレクトロンは、ベースからダイオード結合の外に出る代わりに、
ベースに向かって、ダイオード結合に入る。その際、ホットエレクトロンは、ダ
イオードへの順方向バイアスを維持し、それにより、電気を発生する。本発明の
この可逆的性質は、デバイスが、化学反応の直接的な結果として、電気を発生す
ることを可能にする。これが、ジェネレータモードである。
Another novel aspect of the invention is the reversible nature of the invention. For example, the inverse of the stimulation process is the collection of electrons created by the adsorbate that reach the catalyst collector and the resonant coupling of energy into the semiconductor diode, thereby allowing carriers such as conduction band electrons or valence band holes to be transported. To create. The catalytic collector acts like a collector of hot electrons created by the chemical reaction energy of the adsorbate, instead of a collector of hot electrons created by the hot carrier emitters. The catalyst collector couples excitements from the adsorbate to the semiconductor instead of coupling excitements from the semiconductor to the adsorbate.
The hot carrier emitter derives its hot electrons from the catalyst collector instead of from the diode junction. Hot carrier emitter is an adsorbate-
The electrons may be created by resonant coupling of energy from the excitation structure of the catalyst. Instead of the hot electrons going out of the diode coupling from the base,
Enter the diode coupling towards the base. Hot electrons then maintain a forward bias on the diode, thereby generating electricity. This reversible property of the invention allows the device to generate electricity as a direct result of a chemical reaction. This is the generator mode.

【0038】 この同じデバイスは、スティミュレータおよびジェネレータモードの両方で同
時に動作でき、それにより、ジェネレータモードのみで動作する場合よりもより
効率的に電気を発生する。このやり方で動作させた場合、スティミュレータ装置
は、電気あるいは他の形態のエネルギーを半導体ダイオードに印加することによ
り、吸着質の反応をトリガーし、かつ、刺激する。これは、反応を開始し、かつ
、反応を短時間で、例えば、ピコ秒のオーダーで終結させる。反応のバーストは
、化学反応の高いピークパワーバーストとなり、同時に電子が放出される。結果
として生ずる電子のフラッドは、収集可能であり、それにより、電気の発生が可
能である。結果として生ずる電子はまた、より多くの化学反応を刺激し、かつ、
爆発またはデトネーションに似た連鎖反応を開始する場合がある。その結果は、
表面の爆発の形態を取る。電子は、次いで、半導体ダイオードで、はるかにより
効率的に電気を発生することが可能である。ダイオードの発電効率は、ピークパ
ワーの有力な関数であり、スティミュレータは、反応が、このような高いパワー
を達成する場合の条件を作り出す。
This same device can operate simultaneously in both stimulator and generator mode, thereby producing electricity more efficiently than if it were operating in generator mode alone. When operated in this manner, the stimulator device triggers and stimulates the adsorbate reaction by applying electrical or other forms of energy to the semiconductor diode. This starts the reaction and terminates it in a short time, for example on the order of picoseconds. The burst of reaction results in a high peak power burst of chemical reaction with simultaneous electron emission. The resulting flood of electrons can be collected, thereby producing electricity. The resulting electrons also stimulate more chemical reactions, and
May initiate a chain reaction similar to an explosion or detonation. The result is
Takes the form of a surface explosion. The electrons can then generate electricity in the semiconductor diode much more efficiently. The power generation efficiency of the diode is a strong function of peak power, and the stimulator creates the conditions under which the reaction achieves such high power.

【0039】 デバイスをスティミュレータモードで動作させる場合は、エネルギーは、固体
表面触媒リアクタをジェネレータモードで動作させるなど、任意のやり方で収集
できる。エネルギーを収集する他の方式としては、刺激された反応から出てくる
放射線を収集する方式、熱を収集する方式、反応生成物それ自体を収集する方式
、生成物の運動エネルギーをそれらが脱着するにつれて捕獲する方式、フォノン
を収集する方式、コヒーレントな音響または光学放射線を刺激し、かつ、収集す
る方式、圧電デバイスを刺激する方式などがあるが、これらに限定されるもので
はない。
When operating the device in stimulator mode, energy can be collected in any manner, such as operating the solid surface catalytic reactor in generator mode. Other methods of collecting energy include collecting radiation emitted from stimulated reactions, collecting heat, collecting reaction products themselves, and desorbing kinetic energy of products. However, the method is not limited to these, such as a method of capturing, a method of collecting phonons, a method of stimulating and collecting coherent acoustic or optical radiation, a method of stimulating a piezoelectric device.

【0040】 デバイスをジェネレータモードで動作させる場合は、刺激は、固体表面触媒反
応装置をジェネレータモードで動作させるなど、任意のやり方で達成できる。他
の刺激方式としては、パルス化レーザ光を用いる刺激、簡単な光フラッシュ、あ
るいは、そのエネルギー出力が、ホットキャリヤおよび反応を刺激する他の触媒
生成物を含んでいてよい他の反応により、デバイスの他の領域で作り出されるホ
ットキャリヤなどがあるが、これらに限定されるものではない。
When operating the device in generator mode, stimulation can be accomplished in any manner, such as operating the solid surface catalytic reactor in generator mode. Other stimulation schemes include stimulating with pulsed laser light, a simple light flash, or other reaction whose energy output may include hot carriers and other catalytic products that stimulate the reaction. , But are not limited to.

【0041】 本発明におけるPN接合半導体では、略0.05 eVから5 eVまでの禁止帯幅を有
する半導体を、室温ヒートシンク動作に用いてよく、また、0.05 eVに達しない
禁止帯幅を有する半導体は、システムを室温より低い温度で動作させる場合に用
いてよい。これは、12 eV禁止帯幅を有するCaF2などの絶縁体など、より高い禁
止帯幅を有する材料、あるいは、より高い禁止帯幅を有する何らか他の材料を用
いることを排除するものではない。より詳しくは、普通に使用されるInSbおよび
InGaAsSb材料は、In/Ga比およびAs/Sb比の適当な選択により、0.1〜1.5 eVの
範囲で連続的に選んでよい禁止帯幅を有している。禁止帯幅の結果として生ずる
範囲は、正確に、炭化水素の化学結合と関連するエネルギーの範囲内に存在して
いる。InSb材料は、0.18 eVの電子を生じ、これは、反応刺激対脱着を有利にす
るのに理想的である。なぜなら、エネルギーがより高い電子は、表面反応とは対
照的に、脱着の望ましくない大きな部分を刺激し得るからである。
In the PN junction semiconductor of the present invention, a semiconductor having a bandgap of about 0.05 eV to 5 eV may be used for room temperature heat sink operation, and a semiconductor having a bandgap not reaching 0.05 eV is: It may be used when the system is operated below room temperature. This does not preclude the use of a material with a higher bandgap, such as an insulator such as CaF2 with a 12 eV bandgap, or some other material with a higher bandgap. More specifically, the commonly used InSb and
The InGaAsSb material has a forbidden band width that may be continuously selected in the range of 0.1 to 1.5 eV by proper selection of In / Ga ratio and As / Sb ratio. The resulting range of bandgap lies exactly within the range of energies associated with hydrocarbon chemical bonds. The InSb material produces 0.18 eV electrons, which is ideal for favoring reaction stimulus versus desorption. This is because higher energy electrons can stimulate an undesirably large portion of desorption, as opposed to surface reactions.

【0042】 本発明のPN接合実施形態は、そのエネルギー準位が、吸着質の励起状態のエ
ネルギー準位に匹敵する基板を提供する。これは、どちらかの方向、すなわち、
吸着質への、あるいは、吸着質からの共振移動を大いに高める。触媒コレクタの
金属は、吸着質と半導体基板との間に、例えば、プラズモンを通して、共振トン
ネリング結合を生じる。共振トンネリング結合は、基板のエネルギー帯構造体を
吸着質のエネルギー帯構造体に効果的に結合する。触媒コレクタと半導体の間の
オーミックまたは略オーミック接合部は、触媒コレクタのフェルミ準位を半導体
の価電子帯に効果的に釘付けする。半導体の伝導帯は、半導体の禁止帯幅に等し
い量だけ、価電子帯より高く、したがって、同じ量、すなわち、禁止帯幅のエネ
ルギーだけ、触媒コレクタのフェルミ準位の上に見える。禁止帯幅は、略0.05 e
Vから5 eVまでの間で自由に選んでよい以上、禁止帯幅のエネルギーは、吸着質
および触媒コレクタを有するシステムの略如何なるエネルギー準位にも匹敵する
ようにすることができる。半導体の禁止帯幅を触媒コレクタ上の吸着質のエネル
ギー準位の匹敵するよう選択することにより、既知の、そして、普通に使用され
る共振トンネリングのプロセスを通して、二つのものを効果的に結合することが
できる。共振トンネリングは、エネルギーの移動のための横断面を大いに増大さ
せる。
The PN junction embodiments of the present invention provide a substrate whose energy level is comparable to the excited state energy level of the adsorbate. This is in either direction, ie
Greatly enhances resonant transfer to and from the adsorbate. The metal of the catalyst collector causes resonant tunneling coupling between the adsorbate and the semiconductor substrate, for example, through plasmons. Resonant tunneling coupling effectively couples the substrate energy band structure to the adsorbate energy band structure. The ohmic or near-ohmic junction between the catalyst collector and the semiconductor effectively nails the Fermi level of the catalyst collector to the valence band of the semiconductor. The conduction band of a semiconductor is higher than the valence band by an amount equal to the band gap of the semiconductor, and thus is visible above the Fermi level of the catalyst collector by the same amount, namely the energy of the band gap. Bandwidth is about 0.05 e
The energy of the band gap can be made comparable to almost any energy level of the system with adsorbate and catalyst collector, as long as it is freely chosen between V and 5 eV. Choosing the semiconductor bandgap to match the energy levels of the adsorbate on the catalyst collector effectively couples the two through known and commonly used processes of resonant tunneling. be able to. Resonant tunneling greatly increases the cross section for energy transfer.

【0043】 これは、スティミュレータモードで、反応を制御するのに有用である。なぜな
ら、吸着質の選択されたエネルギー準位を、半導体から来たホットキャリヤによ
り、共振的に活性化できるからである。また、これは、ジェネレータモードで、
有用である。なぜなら、励起振動状態の吸着質を、半導体に共振的に結合して、
エネルギーの移動を高めることができるからである。これは、スティミュレータ
‐ジェネレータモードで、有用である。なぜなら、スティミュレータは、比較的
小さなスティミュレータエネルギーを用いて、吸着質の反応をトリガーし、かつ
、開始することができ、次いで、反応は、反応に曝された表面触媒コレクタ上で
、爆発あるいはデトネーションに似たやり方で広がることができ、それにより、
ホットキャリヤが解放されるからである。ホットキャリヤは、次いで、熱を発生
することにより、それらがエネルギーを失うより速い速度で電気を発生させるこ
とができる。
This is useful for controlling the reaction in stimulator mode. This is because the selected energy level of the adsorbate can be resonantly activated by the hot carriers coming from the semiconductor. Also, this is in generator mode,
It is useful. Because, the adsorbate in the excited vibrational state is resonantly coupled to the semiconductor,
This is because energy transfer can be enhanced. This is useful in the stimulator-generator mode. Because the stimulator can use a relatively small stimulator energy to trigger and initiate the reaction of the adsorbate, the reaction then explodes or reacts on the surface catalyst collector exposed to the reaction. It can be spread in a manner similar to detonation, which allows
This is because the hot carrier is released. The hot carriers can then generate heat, thereby generating electricity at a faster rate at which they lose energy.

【0044】 一実施形態では、ホットキャリヤエミッタは、縮退的にドープされた、あるい
は、高度にドープされたPN接合部を用いて製造される。この実施形態では、切
換え速度は、キャリヤの密度が高いため、また、半導体のドーピング密度が高い
ことによって、ショットキーダイオードの接合部に似た、階段型接合部が形成さ
れるため、ショットキー接合部の速度に近づくことができる。高い切換え速度は
、スティミュレータをパルス化する能力を高め、かつ、高いピークパワー反応を
引き起こす。次に、PN接合部は、最低0.05 eVの、また、確実には、0.4 eV以
下の、選択した禁止帯幅によって決まるより低いエネルギーのホットキャリヤを
供給することができる。PN接合部は、非常に高いエネルギーの単色ホットキャ
リヤを供給することができ、そのエネルギーは、半導体の禁止帯幅に等しく、既
知のデバイスの 5 eVを上回る。PN接合部は、200ナノメータと数ミクロン
の間の、ショットキー接合部の拡散寸法よりはるかに長いそれを有しており、ホ
ットキャリヤは、その拡散寸法を越えて移動し、かつ、表面触媒と相互作用する
ことができ、はるかにより大きな、そして製造可能な半導体デバイスを可能にす
る。さらに、高度にドープされた、あるいは、縮退的にドープされた半導体接部
合を、略オーミック接点を用いて作り出し、表面状態の問題を緩和することがで
きる。
In one embodiment, hot carrier emitters are fabricated with degenerately or highly doped PN junctions. In this embodiment, the switching speed is a Schottky junction due to the high carrier density and the high semiconductor doping density, which results in the formation of a staircase junction, similar to that of a Schottky diode. You can approach the speed of the department. The high switching speed enhances the ability to pulse the stimulator and causes a high peak power response. The PN junction can then supply a lower energy hot carrier of at least 0.05 eV, and certainly less than or equal to 0.4 eV, depending on the selected bandgap. The PN junction can supply very high energy monochromatic hot carriers, the energy of which is equal to the bandgap of the semiconductor, above 5 eV for known devices. The PN junction has one that is much longer than the diffusion dimension of the Schottky junction, between 200 nanometers and a few microns, the hot carriers migrating beyond that diffusion dimension and with the surface catalyst. Allows for much larger and manufacturable semiconductor devices that can interact. In addition, highly-doped or degenerately-doped semiconductor contacts can be created using substantially ohmic contacts to mitigate surface state problems.

【0045】 本発明の別の新規な様態は、電気的にパワーを与えられる反応スティミュレー
タ、およびその逆、反応被駆動電気ジェネレータの両方の共在である。刺激は、
高速度の反応を引き起こし、その結果、高いピークパワーが生じ、これは、今度
は、エネルギージェネレータをより効率的にする。
Another novel aspect of the present invention is the co-existence of both electrically powered reaction stimulators, and vice versa, reaction driven electric generators. The stimulus is
It causes a high rate of reaction, which results in a high peak power, which in turn makes the energy generator more efficient.

【0046】 別の新規な様態では、本発明は、デバイスが、スティミュレータとジェネレー
タの両方として作用することを可能にする。反応‐刺激の組合せの使用には、次
の工程が含まれる。すなわち、1)触媒反応を制御する工程、2)生成された電
気信号を用いて、これらの反応を監視する工程、3)望ましくない低い反応速度
を有しているが、高度に望ましい選択性を有している触媒上の反応を加速する工
程、4)反応経路の非熱的制御を生じさせる工程、5)非常に迅速な表面連鎖反
応を刺激して、高いピークパワーを達成しながら、低い平均パワーを維持する工
程、6)触媒に、ホットキャリヤの化学反応温度に似た化学反応温度(触媒の物
理的温度をはるかに超えていてよい)を生じさせる工程、7)スティミュレータ
‐ジェネレータモードでは、一つの種類のスティミュレータを使用して、デバイ
スをパルス化し、電気を発生させ、また、別の種類のスティミュレータを使用し
て、デバイスの自己浄化を生じさせ、例えば、使用につれて次第に増え、蓄積さ
れていく場合がある望ましくない化学副生成物を除去する工程、8)反応電子雪
崩れを開始し、化学反応でそれら自体のホットキャリヤを生じさせ、ホットキャ
リヤが、逆方向に拡散するよう強制し、デバイスが、電気ジェネレータとして動
作するようにする工程。
In another novel aspect, the invention allows a device to act as both a stimulator and a generator. The use of the reaction-stimulation combination involves the following steps. That is, 1) controlling the catalytic reactions, 2) monitoring these reactions using the generated electrical signal, 3) having an undesirably low reaction rate, but highly desirable selectivity. 4) accelerating the reaction on the catalyst it has, 4) producing a non-thermal control of the reaction pathway, 5) stimulating a very rapid surface chain reaction to achieve a high peak power while achieving a low Maintaining average power, 6) causing the catalyst to have a chemical reaction temperature similar to that of the hot carrier, which may be well above the physical temperature of the catalyst, 7) stimulator-generator mode Now, one type of stimulator is used to pulse the device to generate electricity, and another type of stimulator is used to cause self-cleaning of the device. For example, removing unwanted chemical by-products that may build up and accumulate with use, 8) initiate reactive electron avalanches and produce their own hot carriers in the chemical reaction, , Force the diffusion in the opposite direction and allow the device to act as an electrical generator.

【0047】 上述のように、本発明は、選択した触媒表面への電気エネルギー入力を用いて
、化学反応を刺激し、かつ、操作し、また、逆のプロセスを通じて電気エネルギ
ーを作り出す方法およびデバイスの様々な様態に向けられる。
As mentioned above, the present invention provides a method and device for stimulating and manipulating chemical reactions using selected electrical energy inputs to the surface of a catalyst and for producing electrical energy through the reverse process. It can be used in various ways.

【0048】 例えば、本発明は、ホットキャリヤ、特にホットエレクトロンを作り出し、そ
れらを移送して、触媒表面上の反応吸着質に結合し、そのような吸着質が、触媒
表面の温度以上の効果的な振動温度を獲得するデバイスを作る方法および装置に
向けられる。振動エネルギーおよび温度は、互換可能に使用される。エネルギー
は、ボルツマン定数と絶対温度の積である。このような効果的な振動温度は、今
度は、触媒上の反応速度を加速する。励起振動状態の原子および分子吸着質は、
共に触媒表面ではなく吸着質の内部において、接地状態の吸着質より反応性の高
いオーダーであることが観察されている。本発明の方法および装置は、基板の熱
エネルギーまたは温度を、認知できるほど増大させることなしに、電気刺激を用
いて、吸着質の振動エネルギーまたは温度を増大させる。
For example, the present invention creates hot carriers, especially hot electrons, and transports them to bind to reactive adsorbates on the catalyst surface, such adsorbates being effective above the temperature of the catalyst surface. A method and apparatus for making a device that achieves stable vibration temperatures. Vibration energy and temperature are used interchangeably. Energy is the product of the Boltzmann constant and absolute temperature. Such effective oscillating temperature, in turn, accelerates the reaction rate on the catalyst. Excited vibrational atomic and molecular adsorbates are
In both cases, it is observed that the reactivity is higher than that in the grounded state on the adsorbate, not on the catalyst surface. The methods and apparatus of the present invention use electrical stimulation to increase the vibrational energy or temperature of an adsorbate without appreciably increasing the thermal energy or temperature of the substrate.

【0049】 別の様態では、本発明は、上記のプロセスを反転するための方法および装置に
向けられ、該方法および装置では、励起エネルギー、上記の化学反応によって生
成された電子または正孔は、変換されて、半導体の基板に結合され、電気になる
In another aspect, the invention is directed to a method and apparatus for reversing the above process, wherein the excitation energy, the electron or hole generated by the chemical reaction described above, is: It is converted and coupled to a semiconductor substrate to become electricity.

【0050】 したがって、本発明の一様態は、電気を使用して、ホットキャリヤエミッタ内
にエネルギー性キャリヤ、より詳しくは、ホットエレクトロンを作り出し、これ
らキャリヤを触媒コレクタに効率的に注入する反応スティミュレータの方法およ
び装置に向けられる。望ましくは、触媒または基板の温度は、反応刺激中、上げ
る必要がない。
Accordingly, one aspect of the present invention is a reaction stimulator that uses electricity to create energetic carriers, and more specifically hot electrons, in a hot carrier emitter and efficiently injects these carriers into a catalytic collector. Method and apparatus. Desirably, the temperature of the catalyst or substrate need not be raised during the reaction stimulus.

【0051】 別の様態では、本発明は、触媒表面上における反応によって生成されたエネル
ギー性キャリヤ、より詳しくは、ホットエレクトロン、を収集し、それらが、エ
ミッタベース接合を通して、順方向にバイアスされたダイオードを充電し、それ
により、電気を発生する反応スティミュレータ‐ジェネレータの方法および装置
に向けられる。
In another aspect, the invention collects energetic carriers, more specifically hot electrons, produced by the reaction on the catalyst surface, which are forward biased through the emitter-base junction. A reactive stimulator-generator method and apparatus for charging a diode and thereby producing electricity is directed.

【0052】 別の様態では、本発明は、所望の種類の表面化学反応を選択的に助長するのに
必要なエネルギーの範囲で、ホットキャリヤまたはホットエレクトロンを注入す
る反応スティミュレータに向けられる。望ましくは、該反応スティミュレータは
、設計が簡単、構造が頑丈で、かつ、製造するのが経済的である。
In another aspect, the invention is directed to a reaction stimulator that injects hot carriers or hot electrons in the range of energies required to selectively promote the desired type of surface chemistry. Desirably, the reaction stimulator is simple in design, robust in structure, and economical to manufacture.

【0053】 別の様態では、本発明は、可逆性の反応スティミュレータに向けられ、該反応
スティミュレータでは、ホットキャリヤの拡散は、どちらかの方向、すなわち、
化学吸着反応からホットキャリヤエミッタへの方向(電気が発生する方向)、あ
るいは、ホットキャリヤエミッタから化学吸着反応への方向(電気を用いて反応
を刺激する方向)に進んでよい。
In another aspect, the invention is directed to a reversible reaction stimulator in which the diffusion of hot carriers is in either direction, ie,
The process may proceed from the chemisorption reaction to the hot carrier emitter (in which electricity is generated), or from the hot carrier emitter to the chemisorption reaction (in which electricity is used to stimulate the reaction).

【0054】 また別の様態では、本発明は、反応体の蒸発の熱を、半導体接合部の動作のた
めの冷却材として利用する。
In yet another aspect, the invention utilizes the heat of vaporization of the reactants as a coolant for the operation of the semiconductor junction.

【0055】 したがって、反応を刺激する方法には、電気エネルギーを用いて、半導体ダイ
オードを順方向にバイアスする工程が含まれており、この工程では、半導体ダイ
オードの電気接点両端間の電位により、ダイオードの接合部から拡散し、触媒コ
レクタを通して、化学吸着質まで移送され、それにより吸着質を刺激して反応さ
せるホットエレクトロンなどのホットキャリヤが、作り出される。
Thus, the method of stimulating a response includes the step of forward biasing a semiconductor diode with electrical energy, in which the potential across the electrical contacts of the semiconductor diode causes the diode to be biased. Hot carriers, such as hot electrons, that diffuse from the junctions of the and are transported through the catalyst collector to the chemisorbate, which stimulates and reacts with the adsorbate.

【0056】 したがって、電気を発生させる方法には、化学吸着質反応エネルギーを用いて
、触媒コレクタ内でホットキャリヤを作り出す工程、および、該ホットキャリヤ
を半導体の接合部に移送または結合し、該半導体を順方向にバイアスし、それに
より、電気を発生させる工程が含まれている。
Accordingly, the method of generating electricity includes the steps of using chemisorptive reaction energy to create hot carriers within the catalyst collector, and transferring or bonding the hot carriers to the junction of the semiconductor, the semiconductor. In the forward direction, thereby generating electricity.

【0057】 該方法にはまた、ホットエレクトロンなどのエネルギー性キャリヤを、ダイオ
ードの接合部に、また、それから触媒コレクタに移送するキャリヤ拡散プロセス
を利用する工程が含まれている。
The method also includes utilizing a carrier diffusion process that transfers energetic carriers, such as hot electrons, to the junction of the diode and from there to the catalyst collector.

【0058】 該方法にはまた、触媒コレクタを用いて、エミッタにより与えられるホットキ
ャリヤを収集し、それらを触媒表面上の化学吸着質、または、任意の反応促進剤
‐減速剤に移送または結合するか、あるいは、逆のプロセス、触媒上の化学吸着
質あるいは任意の反応促進剤‐減速剤により作り出されたホットキャリヤを収集
し、それらをエミッタに移送または結合する工程が含まれている。
The method also uses a catalyst collector to collect the hot carriers provided by the emitter and transfer or bind them to chemisorbents on the catalyst surface, or to any promoter-moderator. Alternatively, the process involves the reverse process, collecting hot carriers created by the chemisorbate on the catalyst or any reaction promoter-moderator and transferring or binding them to the emitter.

【0059】 該方法にはまた、金属クラスタ、層、原子的に一様なモノ層、表面構造、結晶
層、または量子ドット、量子スタジア、量子コラルおよび量子井戸などの1次元
、2次元または3次元量子コンファインメント構造を、触媒コレクタを含む材料
から形成する工程が含まれている。該方法にはまた、このような層および量子コ
ンファインメント構造を用いて、材料の電子および正孔密度の状態を調整し、そ
れにより、ホットキャリヤの形成またはホットキャリヤとの反応に好都合な条件
を作り出す工程が含まれている。このような条件には、基板の禁止帯幅のエネル
ギーより小さな遷移エネルギーの値を有する吸着質‐基板系の振動エネルギーの
減衰に利用できる電子の数の減損が含まれている。
The method also includes metal clusters, layers, atomically uniform monolayers, surface structures, crystalline layers, or one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional such as quantum dots, quantum stadia, quantum corals and quantum wells. Forming a dimensional quantum confinement structure from a material that includes a catalyst collector. The method also employs such layers and quantum confinement structures to tailor the state of electron and hole densities of the material, thereby providing favorable conditions for formation or reaction with hot carriers. The process of producing is included. Such conditions include the depletion of the number of electrons available to damp the vibrational energy of the adsorbate-substrate system having a transition energy value less than the energy of the forbidden band of the substrate.

【0060】 本発明には、調整された電子密度の状態および調整されたエネルギー減衰モー
ドを有する表面触媒反応装置が含まれている。例えば、電子密度の状態は、反応
体に曝露される触媒コレクタ表面上に、材料の処方電子反射または正孔反射構造
を形成することによって、修正してよい。
The present invention includes a surface catalyzed reactor having tailored electron density states and tailored energy decay modes. For example, electron density conditions may be modified by forming a prescriptive electron-reflecting or hole-reflecting structure of the material on the catalyst collector surface exposed to the reactants.

【0061】 本発明の方法には、触媒コレクタのフェルミ表面近くのキャリヤ密度の状態を
調整して、所望のエネルギー分布を有する電子‐正孔対が形成される確率を高め
、かつ、吸着質‐基板系の振動状態の共振トンネリング結合の刺激を高める工程
が含まれている。このような調整には、薄膜電子干渉計のホットエレクトロンFa
bry-Perotモードの形成および調整工程が含まれていてよい。
The method of the present invention tunes the state of carrier density near the Fermi surface of the catalyst collector to increase the probability that electron-hole pairs with the desired energy distribution will be formed and the adsorbate- A step is included to enhance the stimulation of resonant tunneling coupling in the oscillatory state of the substrate system. Hot electron Fa of thin film electron interferometer
A bry-Perot mode formation and tuning process may be included.

【0062】 電子密度の状態は、触媒および他の基板材料を用いて電子干渉計構造を形成し
、段、チャンネル、スタジア、コレル、ピラミッド、多角形、谷、壁、周期的反
射器、および無秩序反射器を含むがそれらに限定されない電子の多重経路反射を
生じさせる構造を形成することによって修正してもよい。
The state of electron density uses catalysts and other substrate materials to form electron interferometer structures, including steps, channels, stadia, corels, pyramids, polygons, valleys, walls, periodic reflectors, and chaotic. It may be modified by forming a structure that causes multipath reflection of electrons, including but not limited to reflectors.

【0063】 該方法にはまた、異なる触媒材料の組合せ、および、任意の反応促進剤‐減速
剤材料の組合せを、触媒コレクタの一部として用いて、このような材料を、柱、
島、クラスタ、指間およびランダム構造、および縞を含むがそれらに限定されな
い任意の形状に形成する工程が含まれていてもよい。
The method also employs a combination of different catalyst materials, and an optional reaction promoter-moderator material combination, as part of the catalyst collector, such materials
Forming into any shape, including but not limited to islands, clusters, inter-finger and random structures, and stripes may be included.

【0064】 該方法にはまた、吸着質の反応を遅滞または遅延させる触媒および最適な促進
剤‐減速剤材料を選択して、刺激モードの使用により、反応速度がよりよく制御
され得るようにする工程が含まれていてもよい。このような材料は、触媒に隣接
した、触媒それ自体の一部であってもよく、また、燃料‐酸化剤の混合物によっ
て運ばれる消耗品であってもよい。
The method also selects a catalyst and an optimal promoter-moderator material that retards or delays the reaction of the adsorbate so that the reaction rate can be better controlled by the use of the stimulation mode. Steps may be included. Such material may be part of the catalyst itself, adjacent to the catalyst, or it may be a consumable product carried by the fuel-oxidant mixture.

【0065】 該方法にはまた、所望のホットキャリヤエネルギーのより低いDebye周波数を
有する触媒材料を選択して、ホットエレクトロンが、触媒のフォノン振動とでは
なく、吸着質と相互作用する確率を高める工程が含まれていてもよい。
The method also includes selecting a catalytic material having a desired lower Debye frequency of hot carrier energy to increase the probability that hot electrons will interact with the adsorbate rather than with the phonon oscillations of the catalyst. May be included.

【0066】 デバイスの形状は、ユーザーによって指定された輪郭にフィットし得る。なぜ
なら、基本的な形状は、厚さが、半導体の寸法によってのみ制限され、また、長
さおよび幅が、部品をカットし、あるいは、形成する能力によってのみ制限され
る要素によって決定され、該制限により、10ミクロン以下の構成要素の寸法が
可能となるからである。これは、デバイスの輪郭を、略如何なる巨視的な物理的
形状にすることも可能にするものである。
The shape of the device may fit the contour specified by the user. Because the basic shape is determined by factors whose thickness is limited only by the dimensions of the semiconductor, and whose length and width are limited only by the ability to cut or form the part. This allows component dimensions of 10 microns or less. This allows the contours of the device to be virtually any macroscopic physical shape.

【0067】 該方法にはまた、パルス化された刺激を用いる工程が含まれていてよい。パル
ス化動作は、反応を刺激して、反応が、高いピークパワーおよび短い持続時間で
起こるようにする。これは、デバイスが、反応の完了後、ゼロ刺激のより長い期
間の間、比較的クールな状態に留まることを可能にし、また、反応が、パルス化
された刺激の比較的短い期間中、高い温度および高いピークパワーで起こること
を可能にする。パルス化は、熱的プロセスにより反応が生ずる前に、反応が生ず
ることを可能にする。パルス化は、反応体が、反応体気体混合物により、すなわ
ち、気体運動手段を介して、補給され得るより短い時間での反応体の消耗を可能
にする。
The method may also include using a pulsed stimulus. The pulsed action stimulates the reaction so that it occurs with high peak power and short duration. This allows the device to remain relatively cool for a longer period of zero stimulation after completion of the response, and the response is high during the relatively short period of pulsed stimulation. Allows to happen at temperature and high peak power. Pulsing allows the reaction to occur before the reaction is caused by a thermal process. Pulsing allows the reactants to be depleted in a shorter time than they can be replenished by the reactant gas mixture, ie, via the gas motive means.

【0068】 該方法はまた、任意の下層材料を触媒コレクタの一部として用いる工程も含ん
でいる。該下層は、銅、金、銀またはアルミニウムなどの金属であってよく、ホ
ットキャリヤエミッタの半導体構成要素で所望の特性を得ることと両立するよう
選択する。一つの所望の特性は、オーミックまたは略オーミック接合である。該
下層は、ホットキャリヤエミッタ内の電気接続部として使用してよく、また、触
媒コレクタに対する電気接続部として使用してもよい。該下層は、その上に、触
媒構造、より多くの下層、または触媒コレクタの一部として蒸着された材料の指
定された形状および結晶配向を作り出すための基板、あるいは、その上で、下層
に蒸着された材料の格子定数を調整するための基板として使用してよい。
The method also includes using an optional underlayer material as part of the catalyst collector. The underlayer may be a metal such as copper, gold, silver or aluminum and is selected to be compatible with obtaining the desired properties in the semiconductor components of the hot carrier emitter. One desired property is an ohmic or near ohmic junction. The underlayer may be used as an electrical connection in the hot carrier emitter and also as an electrical connection to the catalyst collector. The underlayer is a substrate on which is created a catalyst structure, more underlayers, or a specified shape and crystallographic orientation of the deposited material as part of the catalyst collector, or on top of which the underlayer is deposited. It may be used as a substrate for adjusting the lattice constant of the prepared material.

【0069】 該方法にはまた、下層の厚さを、デバイスのために選ばれたホットキャリヤの
数エネルギー平均自由経路以下に制限する工程が含まれている。例えば、如何な
る下層も、下層金属が、白金、ニッケル、パラジウム、ロジウム、レニウム、銅
、金、銀またはアルミニウムを含む(これらに限定されない)場合、1モノ層(
略0.3ナノメータ)と50ナノメータの間であってよい。
The method also includes limiting the thickness of the underlayer to no more than the number energy mean free path of the hot carriers selected for the device. For example, any underlayer, where the underlayer metal comprises (but is not limited to) platinum, nickel, palladium, rhodium, rhenium, copper, gold, silver or aluminum, one monolayer (
Between approximately 0.3 nanometers) and 50 nanometers.

【0070】 該方法には、半導体のあるいは触媒コレクタの、あるいは吸着質のあるいはこ
れら要素の何らかの組合せの励起構造と関連したエネルギーに同調された光共振
器内のデバイスの全てのまたは選択された構成要素を囲む工程が含まれている。
The method includes all or selected configurations of devices in an optical cavity tuned to an energy associated with a semiconductor or catalytic collector, or adsorbate, or some combination of these elements excitation structure. It includes the steps of surrounding the element.

【0071】 反応を刺激するための、あるいは、電気を発生させるための、本発明による装
置には、ホットキャリヤエミッタおよび触媒コレクタが、含まれている。この装
置に属するホットキャリヤエミッタには、半導体ダイオードが、含まれている。
半導体ダイオードには、半導体ベース、エミッタベース接合とも呼ばれるダイオ
ード接合、およびエミッタが、含まれている。エミッタには、半導体、またはダ
イオード要素としての金属が、含まれている。装置にはまた、エミッタに対する
第一の電気接続部、およびベースに対する第二の電気接続部が含まれていてよい
The device according to the invention for stimulating a reaction or for generating electricity comprises a hot carrier emitter and a catalytic collector. The hot carrier emitters belonging to this device include semiconductor diodes.
A semiconductor diode includes a semiconductor base, a diode junction, also called an emitter base junction, and an emitter. The emitter contains a semiconductor or a metal as a diode element. The device may also include a first electrical connection to the emitter and a second electrical connection to the base.

【0072】 反応を刺激するための、あるいは、電気を発生させるための、本発明による装
置には、半導体の励起構造、あるいは触媒コレクタおよび化学吸着質を含むシス
テム、いずれかの所望のエネルギー準位の遷移に同調させた任意の光共振器が含
まれていてよい。このような光共振器には、金属および誘電体マイクロ空洞、フ
ォトニック禁止帯幅特性を示す圧電構造、Fabrey-Perot空洞、シボ加工ミラー、
分散Bragg反射器、単一および結合半導体マイクロ空洞、波長フィルターまたは
大きな分散度を有する外部空洞、量子ドット垂直空洞、マイクロディスク空洞、
量子ドットマイクロディスク空洞、クラッディングを有するあるいは有さないレ
ーザー導波管、誘電体スラブ導波管、如何なる追加のコンファインメント層も不
要の金属‐半導体界面における電磁表面波に関連した空洞(表面プラズモンとも
言う)、無秩序共振器、変形横断面を有する光共振器、無秩序放射線運動を組み
込んだ共振器設計、およびホイスパー‐ギャラリーモードを有する対称共振器が
含まれていてよいが、これらに限定されるものではない。
The device according to the invention for stimulating a reaction or for generating electricity comprises a semiconductor excitation structure or a system comprising a catalytic collector and a chemisorbant, any desired energy level. Any optical resonator tuned to the transition of 1 may be included. Such optical resonators include metal and dielectric microcavities, piezoelectric structures exhibiting photonic bandgap characteristics, Fabrey-Perot cavities, textured mirrors,
Dispersive Bragg reflectors, single and coupled semiconductor microcavities, wavelength filters or external cavities with large dispersity, quantum dot vertical cavities, microdisk cavities,
Quantum dot microdisk cavities, laser waveguides with or without cladding, dielectric slab waveguides, cavities associated with electromagnetic surface waves at the metal-semiconductor interface without the need for any additional confinement layers (surface plasmons , Also referred to as chaotic cavities, optical cavities with a modified cross section, cavity designs incorporating chaotic radiation motion, and symmetric cavities with whisper-gallery modes. Not a thing.

【0073】 一実施形態では、ホットキャリヤは、電子であり、ダイオードは、N型のベー
スおよびP型のエミッタを有するInSbから作られたPN接合部であり、また、触
媒コレクタは、エミッタの電気接点の近傍に存在または共在している。触媒集合
は、白金およびパラジウムの任意の合金などの触媒金属であって、表面構造、ク
ラスタまたは量子コンファインメント構造に蒸着されたものを含んでいる。触媒
の構成または形状は、例えば、吸着質に曝露される触媒の領域から半導体までの
距離が、白金におけるエネルギー平均自由経路の主として3倍以下であり、該平
均自由経路は、略20 nmである。触媒金属は、エミッタの半導体と直接接触し、
該半導体は、縮退的にドープされて、オーミックまたはトンネリング接合を形成
している。この実施形態では、PN接合部は、P型の伝導帯における電子の拡散
距離の3倍以下である触媒コレクタからの距離に形成されており、この拡散距離
は、最低200ナノメータであってよい。デバイスは、スティミュレータモード
、ジェネレータモードまたはスティミュレータ‐ジェネレータモードで、かつ、
ホットエレクトロンを、化学吸着反応あるいは半導体ダイオードへの電気エネル
ギーの入力のいずれかによって作り出し得る場合に、動作させ得る。
In one embodiment, the hot carriers are electrons, the diode is a PN junction made from InSb with an N-type base and a P-type emitter, and the catalytic collector is the emitter electrical conductivity. Exist or coexist near the contact. The catalyst assembly includes catalytic metals, such as any alloy of platinum and palladium, deposited on surface structures, clusters or quantum confinement structures. The composition or shape of the catalyst is such that the distance from the region of the catalyst exposed to the adsorbate to the semiconductor is mainly 3 times or less than the energy mean free path in platinum, and the mean free path is approximately 20 nm. . The catalytic metal is in direct contact with the semiconductor of the emitter,
The semiconductor is degenerately doped to form an ohmic or tunneling junction. In this embodiment, the PN junction is formed at a distance from the catalyst collector that is less than or equal to three times the electron diffusion distance in the P-type conduction band, which diffusion distance may be at least 200 nanometers. The device is in stimulator mode, generator mode or stimulator-generator mode, and
Hot electrons can be operated if they can be created either by chemisorption reactions or by the input of electrical energy into a semiconductor diode.

【0074】 本発明における可逆性固体触媒励起移行反応装置は、吸着質‐触媒系の励起帯
構造と半導体の基板の励起帯構造とを結合したものである。装置は、気体反応体
で動作するよう設計してよい。ジェネレータモードでは、触媒コレクタの表面上
の、かつ、触媒コレクタの表面との吸着質の化学反応に関連した励起のエネルギ
ーは、ホットキャリヤおよび電磁界などの励起に変換される。
The reversible solid-catalyst excitation-transfer reaction device of the present invention is a combination of the excitation band structure of the adsorbate-catalyst system and the excitation band structure of the semiconductor substrate. The device may be designed to work with gaseous reactants. In generator mode, the energy of excitation on the surface of the catalyst collector and associated with the chemical reaction of the adsorbate with the surface of the catalyst collector is converted into excitation such as hot carriers and electromagnetic fields.

【0075】 吸着質の反応に関連した励起のエネルギーには、励起反応体分子振動分子‐表
面振動、原子‐表面振動、吸着反応、化学反応および励起電子状態が含まれてい
る。ホットキャリヤおよび電磁界などの変換された励起は、半導体またはエミッ
タの励起が生じ、有用な形のエネルギーに変換され得る励起エミッタに移送され
る。エミッタの励起には、半導体における少数キャリヤ、ホットキャリヤ、キャ
リヤ拡散、結合電界、エキシトン、およびプラズモンが含まれている。
Excitation energies associated with adsorbate reactions include excited reactant molecular vibrations molecule-surface vibrations, atom-surface vibrations, adsorption reactions, chemical reactions and excited electronic states. Transformed excitations such as hot carriers and electromagnetic fields are transferred to the excitation emitters where semiconductor or emitter excitations can occur and be converted to useful forms of energy. Emitter excitation includes minority carriers in semiconductors, hot carriers, carrier diffusion, coupling fields, excitons, and plasmons.

【0076】 また、ジェネレータモードでは、励起反応体分子振動、分子‐表面振動、原子
‐表面振動、吸着反応、化学反応および励起電子状態などの、触媒コレクタの表
面上の、かつ、触媒コレクタの表面との吸着質の化学反応に関連した励起のエネ
ルギーのパルスが、ホットキャリヤおよび電磁界などの励起に変換され得る。こ
れら励起は、エミッタ、または半導体における少数キャリヤ、ホットキャリヤ、
キャリヤ拡散、結合電界、エキシトン、およびプラズモンが生じ、有用な形のエ
ネルギーに変換され得る励起エミッタに移送される。
Also, in generator mode, on and on the surface of the catalyst collector, such as excited reactant molecular vibrations, molecule-surface vibrations, atom-surface vibrations, adsorption reactions, chemical reactions and excited electronic states. Pulses of energy of excitation associated with the chemical reaction of the adsorbate with can be converted into excitations such as hot carriers and electromagnetic fields. These excitations may be the emitters, or minority carriers in the semiconductor, hot carriers,
Carrier diffusion, coupling fields, excitons, and plasmons occur and are transferred to the pump emitter, which can be converted to useful forms of energy.

【0077】 一実施形態では、励起エミッタおよび触媒コレクタは、それらの両方に共通の
構成要素を共有してよい。
In one embodiment, the excitation emitter and the catalyst collector may share components common to both.

【0078】 図1は、固体表面触媒反応装置デバイスの一般的な横断面図を示す。デバイス
100は、ベース108上に形成されたエミッタ102および触媒コレクタ10
4を含んでいる。エミッタ102とベース108との間に、半導体PN接合部1
10が、形成されている。エミッタ電気接続部114および触媒コレクタ104
が、図1に示すように、配設されている。ベース電気接続部112も、図1に示
すように、ベース108と接触して、配設されている。触媒コレクタ104の触
媒表面116上では、反応体と生成物が、相互作用する。反応体には、炭化水素
鎖、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、プロペン、ブタン、セタン、そ
の異性体が含まれていてよいが、それらに限定されない。
FIG. 1 shows a general cross-sectional view of a solid surface catalytic reactor device. The device 100 includes an emitter 102 and a catalyst collector 10 formed on a base 108.
Includes 4. A semiconductor PN junction 1 is provided between the emitter 102 and the base 108.
10 are formed. Emitter electrical connection 114 and catalyst collector 104
Are arranged as shown in FIG. As shown in FIG. 1, the base electrical connection portion 112 is also provided in contact with the base 108. On the catalyst surface 116 of the catalyst collector 104, the reactants and products interact. Reactants may include, but are not limited to, hydrocarbon chains, ethane, ethylene, propane, propylene, propene, butane, cetane, isomers thereof.

【0079】 刺激モードでは、デバイス100は、電気エネルギーを利用して、エネルギー
性キャリヤ(ホットキャリヤまたはホットエレクトロンとも言う)を作り出す。
ホットキャリヤは、触媒コレクタ104に拡散し、触媒表面116上の反応体と
強く相互作用し、反応体を加速して、反応生成物を作り出す。刺激された反応は
、連鎖反応または表面爆発と等価な現象を生ずる場合がある。刺激された反応は
また、自動触媒化連鎖反応を引き起こす場合もある。
In the stimulated mode, the device 100 utilizes electrical energy to create energetic carriers (also called hot carriers or hot electrons).
The hot carriers diffuse into the catalyst collector 104 and interact strongly with the reactants on the catalyst surface 116, accelerating the reactants and creating reaction products. The stimulated reaction may produce a phenomenon equivalent to a chain reaction or surface explosion. The stimulated reaction may also cause an autocatalytic chain reaction.

【0080】 ジェネレーションモードでは、ホットエレクトロンは、触媒表面116上で生
じる化学反応により作り出され、接合部110、例えば、PN接合部を横切って
拡散し、接合部両端間に順方向バイアスを掛けて、電気エネルギーを発生させる
In generation mode, hot electrons are created by chemical reactions that occur on the catalyst surface 116 and diffuse across the junction 110, eg, the PN junction, with a forward bias across the junction, Generates electrical energy.

【0081】 代表的な例では、PN接合部を、P型のエミッタおよびN型のベースで使用して
、ホットエレクトロンを作り出す。したがって、接合部110は、順方向にバイ
アスしてよい。ホットキャリヤが、ホットエレクトロンである場合は、ホット正
孔とは反対に、接合部は、P型のエミッタおよびN型のベースによるPN接合部
であってよい。別法として、接合部は、金属エミッタおよびN型の半導体ベース
によるショットキー接合部であってよい。
In a representative example, a PN junction is used with a P-type emitter and an N-type base to create hot electrons. Therefore, the junction 110 may be forward biased. If the hot carriers are hot electrons, the junction may be a PN junction with a P-type emitter and an N-type base, as opposed to hot holes. Alternatively, the junction may be a Schottky junction with a metal emitter and an N-type semiconductor base.

【0082】 刺激モードでは、順方向にバイアスされた接合部110は、ホットエレクトロ
ンを生ずる。例えば、ベース接点112を負にバイアスし、エミッタ接点114
を正にバイアスすると、接合部110に、ホットエレクトロンが生じる。ホット
エレクトロンは、エミッタ102を通して拡散し、触媒コレクタ104を通して
、触媒表面116まで、弾道的に移送される。
In the stimulated mode, the forward biased junction 110 produces hot electrons. For example, the base contact 112 may be negatively biased and the emitter contact 114
Is positively biased, hot electrons are generated at the junction 110. Hot electrons diffuse through the emitter 102 and are ballistically transported through the catalyst collector 104 to the catalyst surface 116.

【0083】 ジェネレータモードでは、触媒表面116上に発したホットエレクトロンも、
触媒コレクタ104を通して、弾道的に移送され、接合部110まで拡散して、
エミッタベース接合ダイオード110を順方向バイアス状態にし得る。
In the generator mode, hot electrons emitted on the catalyst surface 116 are also
Ballistically transported through the catalyst collector 104 and diffused to the junction 110,
The emitter base junction diode 110 may be forward biased.

【0084】 例えば、ホットエレクトロンが、触媒表面116から接合部110まで、移送
され、拡散すると、ベース接点112は、負にバイアスされ、かつ、エミッタ接
点114は、正にバイアスされ、本発明のダイオードは、シンクの代わりに電子
源となる。
For example, as hot electrons are transferred and diffused from the catalyst surface 116 to the junction 110, the base contact 112 is negatively biased and the emitter contact 114 is positively biased, and the diode of the present invention is biased. Is an electron source instead of a sink.

【0085】 これらホットエレクトロンは、エミッタ102まで、あるいは、エミッタ10
2から、かつ、触媒表面116まで、あるいは、触媒表面116から、移動また
は拡散する。したがって、代表的な一実施形態では、ダイオード接合部110か
ら触媒の表面116上の吸着質までの距離は、これらキャリヤのエネルギーがそ
れに亘って劣化する距離より小さいように形成される。この距離は、エミッタベ
ース接合部110から触媒表面116上の吸着質までの経路に亘って評価した場
合、一般に、このようなエネルギー性ホットエレクトロンのエネルギー平均自由
経路の数倍以下である。
These hot electrons are transmitted up to the emitter 102 or the emitter 10.
2 and up to or from the catalyst surface 116. Therefore, in one exemplary embodiment, the distance from the diode junction 110 to the adsorbate on the surface 116 of the catalyst is formed to be less than the distance over which the energy of these carriers degrades. This distance, when evaluated over the path from the emitter-base junction 110 to the adsorbate on the catalyst surface 116, is typically less than a few times the energy mean free path of such energetic hot electrons.

【0086】 上記のプロセスを用いると、触媒表面上に吸着する反応体は、ホットエレクト
ロンにより、振動的に励起した状態になり、該励起により、反応が促進され、生
成物が形成される。これらの手段を用いると、コレクタ触媒集合上に吸着された
反応体により作り出されたホットエレクトロンにより、順方向にバイアスされた
ダイオードに電位が生ずる。
Using the process described above, the reactants adsorbed on the catalyst surface are brought into an oscillatory excited state by hot electrons, which excites the reaction to form a product. Using these means, hot electrons created by the reactants adsorbed on the collector catalyst assembly create a potential in the forward biased diode.

【0087】 本発明の代表的な一実施形態では、触媒コレクタ104には、層、クラスタ、
原子的に一様なモノ層、あるいは表面構造を成した触媒材料が含まれている。望
ましくは、層またはクラスタは、触媒内のホットエレクトロンの合計エネルギー
平均自由経路の数倍以下の厚さ寸法を有している。層またはクラスタは、ホット
エレクトロンが、接合部110と触媒表面116との間で、直接拡散できるよう
、ダイオード接合部110の十分近くに形成される。
In an exemplary embodiment of the invention, the catalyst collector 104 includes layers, clusters,
It contains a catalytic material with an atomically uniform monolayer or surface structure. Desirably, the layer or cluster has a thickness dimension no greater than several times the total energy mean free path of hot electrons within the catalyst. The layer or cluster is formed sufficiently close to the diode junction 110 to allow hot electrons to diffuse directly between the junction 110 and the catalyst surface 116.

【0088】 白金あるいはパラジウムなどの触媒におけるホットエレクトロンの合計エネル
ギー平均自由経路は、20ナノメータのオーダーであり、Au、AgまたはCuにおけ
るより、はるかに短い。したがって、代表的な一実施形態によれば、触媒クラス
タまたは層は、このより小さな値以下のクラスタ、層厚さまたは厚さ寸法で製造
される。例えば、電子エネルギーの寿命時間が、タンタル(電子的に白金族に似
た代表的な遷移金属)で測定されたが、その値は、15 fsのオーダーである。フ
ェルミ逆平方スケーリングに基づくパラジウムの計算された寿命時間は、0.3 eV
で600 fsとなり、合計エネルギー平均自由経路は、840ナノメータとなるであ
ろう。この楽観的な大きな値の代わりに、寿命時間は、タンタルで測定されたそ
れと同じくらい短い、と推定されている。したがって、白金またはパラジウムの
合計エネルギー平均自由経路は、21ナノメータのオーダーとなる。この実施形
態では、触媒寸法は、ホットエレクトロンの測定されたエネルギー平均自由経路
以下である。触媒に対する電気接続部である下層および触媒の合計厚さに関する
これらの議論は、このような触媒および下層を通して、ホットキャリヤが取る経
路は、ホットキャリヤのエネルギーを顕著に劣化するほど長くてはならない、と
主張するに過ぎず、この条件を満足する如何なる寸法も、許容できる。
The total energy mean free path of hot electrons in catalysts such as platinum or palladium is of the order of 20 nanometers, much shorter than in Au, Ag or Cu. Therefore, according to one exemplary embodiment, the catalyst clusters or layers are manufactured with a cluster, layer thickness or thickness dimension below this lower value. For example, electron energy lifetimes were measured with tantalum, a typical transition metal that electronically resembles the platinum group, and its value is on the order of 15 fs. The calculated lifetime of palladium based on Fermi inverse square scaling is 0.3 eV
At 600 fs, the total energy mean free path would be 840 nanometers. Instead of this large optimistic value, the lifetime is estimated to be as short as that measured for tantalum. Therefore, the total energy mean free path of platinum or palladium is on the order of 21 nanometers. In this embodiment, the catalyst size is less than or equal to the measured energy mean free path of hot electrons. These discussions regarding the total thickness of the catalyst and the lower layer that is the electrical connection to the catalyst indicate that the path taken by hot carriers through such catalyst and lower layer should not be so long as to significantly degrade the energy of the hot carriers, However, any dimensions satisfying this condition are acceptable.

【0089】 望ましくは、本発明で供給される方法は、脱着を超える反応に有利な範囲内の
エネルギーを有する電子を作り出す。これらエネルギーは、0.05〜0.4 eVの範囲
内である。同様に、触媒表面上の化学反応によって作り出される電子を収集する
方法は、そのエネルギーが、同様に、0.05〜0.4 eVの範囲内である電子を収集す
る。したがって、略0.4 eV以下の禁止帯幅を有する半導体材料を使用してよい。
このような半導体材料の例としては、インジウムアンチモン(InSb)やインジウ
ム砒素(InAs)(それぞれ、0.18 eVおよび0.35 eVの禁止帯幅を有する)などが
ある。これらの半導体で作り出されるエネルギー性電子は、P型半導体のエミッ
タにおける禁止帯幅に略等しいエネルギーを有している。N型ベースに拡散し返
されるホットエレクトロンは、その大きさが禁止帯幅のエネルギーに近い電位を
作り出す。一般に、禁止帯幅の値は、反応体の種類およびそれらの表面活性度に
関連したエネルギーを基に選択する。
Desirably, the methods provided herein produce electrons with energies in the range that favor reactions over desorption. These energies are in the range of 0.05-0.4 eV. Similarly, the method of collecting electrons created by chemical reactions on the catalyst surface collects electrons whose energies are also in the range of 0.05-0.4 eV. Therefore, a semiconductor material having a bandgap of approximately 0.4 eV or less may be used.
Examples of such semiconductor materials include indium antimony (InSb) and indium arsenide (InAs), which have band gaps of 0.18 eV and 0.35 eV, respectively. Energetic electrons created in these semiconductors have energies approximately equal to the bandgap in the emitter of P-type semiconductors. The hot electrons diffused back into the N-type base create a potential whose magnitude is close to the energy of the forbidden band. Generally, the bandgap value is chosen based on the energies associated with the reactant types and their surface activity.

【0090】 代表的な一実施形態では、触媒クラスタは、さらに、図2の横断面図に示すよ
うに、アクチベータ、デアクチベータ、酸化物または他の材料などそれらの近傍
に置かれた減速剤または促進剤が含まれていてよい。図2は、触媒材料202に
隣接し、かつ、触媒材料202と共在する反応促進剤‐減速剤材料206を含む
触媒コレクタの横断面図を示す。図示のように、ホットエレクトロン触媒コレク
タは、触媒材料202、任意の薄い電極下層204、および酸化物などの反応促
進剤‐減速剤材料206を含んでいる。例えば、触媒それ自体の、セリウム、チ
タンまたはアルミニウムの酸化物は、触媒島または層間に形成してよい。触媒と
薄い電極層204との合計寸法は、望ましくは、ホットエレクトロンの合計エネ
ルギー平均自由経路の数倍以下である。
In one exemplary embodiment, the catalyst cluster may further comprise moderators or activators, deactivators, oxides or other materials placed in their vicinity, as shown in the cross-sectional view of FIG. Accelerators may be included. FIG. 2 shows a cross-sectional view of a catalyst collector including a reaction promoter-moderator material 206 adjacent to and co-existing with the catalyst material 202. As shown, the hot electron catalyst collector includes a catalyst material 202, an optional thin electrode underlayer 204, and a reaction promoter-moderator material 206 such as an oxide. For example, cerium, titanium or aluminum oxides of the catalyst itself may form between the catalyst islands or layers. The total size of the catalyst and thin electrode layer 204 is desirably no more than a few times the total energy mean free path of hot electrons.

【0091】 図3、4、および5は、本発明の固体表面触媒反応装置で使用される触媒コレ
クタのいくつかの異なる実施形態を示す。図で示すように、触媒コレクタは、半
導体上に直接存在する島(図3)、あるいは、ホットキャリヤエミッタ用の電気
接続部も形成している薄い電極下層上の触媒の島(図4)、あるいは、該触媒を
囲むあるいは該触媒に隣接した反応促進剤‐減速剤材料を有する触媒の島であっ
て、全て、ホットキャリヤエミッタ用の電気接続部も形成している薄い電極下層
上に存在している島(図5)、などの触媒材料を含んでいてよい。
Figures 3, 4, and 5 show several different embodiments of catalyst collectors used in the solid surface catalytic reactor of the present invention. As shown, the catalyst collector is either an island that is directly on the semiconductor (FIG. 3), or an island of catalyst on the thin electrode underlayer (FIG. 4) that also forms the electrical connections for the hot carrier emitters. Alternatively, an island of catalyst having a promoter-moderator material surrounding or adjacent to the catalyst, all present on a thin electrode underlayer that also forms electrical connections for the hot carrier emitters. Islands (FIG. 5), etc., may be included.

【0092】 触媒は、Au、Ag、Pt、Pd、Cu、In、Fe、Ni、Sn、およびMoなどの材料を含んで
いてよい。触媒は、金属クラスタ、柱、島、層、結晶層、原子的に一様なモノ層
、指間およびランダム構造、縞、または表面構造を含む構造に形成してよい。触
媒はまた、量子ドット、量子スタジア、量子コラルおよび量子井戸など1次元、
2次元または3次元量子コンファインメント構造に形成してもよい。
The catalyst may include materials such as Au, Ag, Pt, Pd, Cu, In, Fe, Ni, Sn, and Mo. The catalyst may be formed into structures including metal clusters, pillars, islands, layers, crystalline layers, atomically uniform monolayers, inter-finger and random structures, stripes, or surface structures. Catalysts are also one-dimensional, such as quantum dots, quantum stadia, quantum corals and quantum wells,
It may be formed in a two-dimensional or three-dimensional quantum confinement structure.

【0093】 図3は、キャリヤが電子である場合のホットキャリヤエミッタ、触媒コレクタ
を含む固体表面触媒反応装置デバイスの横断面300を示す。触媒コレクタ集合
は、望ましくは、半導体304までの距離が、触媒302内のホットエレクトロ
ンの合計エネルギー平均自由経路の3倍以下であるように形成された触媒島30
2を含んでいる。望ましくは、触媒島302は、半導体304のPドープされた
、あるいは、密にPドープされたP+領域に接着されている。一実施形態では、
触媒材料302は、半導体の表面全体に広がっている。別の実施形態では、触媒
は、原子的に一様なモノ層を含む表面構造で形成されている。
FIG. 3 shows a cross-section 300 of a solid surface catalytic reactor device including hot carrier emitters, catalyst collectors where the carriers are electrons. The catalyst collector assembly is preferably formed so that the distance to the semiconductor 304 is no more than three times the total energy mean free path of hot electrons in the catalyst 302.
Includes 2. Desirably, the catalytic island 302 is bonded to the P-doped or heavily P-doped P + region of the semiconductor 304. In one embodiment,
The catalyst material 302 extends over the surface of the semiconductor. In another embodiment, the catalyst is formed with a surface structure that includes an atomically uniform monolayer.

【0094】 ホット、例えば、エレクトロン、キャリヤエミッタは、N型半導体308と接
触している負の電極306、P型半導体312、N型半導体308とP型半導体3
12との間に形成されたPN接合部310、Pドープされた、あるいは、密にPド
ープされたP+半導体304、および正の電極314により形成された半導体ダ
イオードを含んでいる。
The hot, eg, electron, carrier emitter is the negative electrode 306 in contact with the N-type semiconductor 308, the P-type semiconductor 312, the N-type semiconductor 308 and the P-type semiconductor 3
12 includes a PN junction 310 formed between the semiconductor substrate, a P-doped or heavily P-doped P + semiconductor 304, and a semiconductor diode formed by a positive electrode 314.

【0095】 図4は、触媒構造の基板を形成している薄い電極402を有する固体表面触媒
反応装置デバイスの横断面図400を示す。この実施形態では、触媒コレクタは
、薄い電極下層402、触媒構造404および薄い電極下層402と電気的に接
触しているバスバー電気接続部406を含んでいる。ホットエレクトロンエミッ
タは、負の電気接続部408、N型半導体410、PN接合部412、P型半導体
414、Pドープされた、あるいは、密にPドープされたP+半導体416、およ
び薄い電極下層402により形成された半導体ダイオードを含んでいる。図示し
たように、電極下層402は、ホットエレクトロンエミッタおよび触媒コレクタ
に共通であってよい。薄い電極下層402は、薄い正の電極であってよい。薄い
電極下層402は、望ましくは、半導体に対して、オーミックまたは略オーミッ
ク接合を成す材料から選択する。
FIG. 4 shows a cross-sectional view 400 of a solid surface catalytic reactor device having thin electrodes 402 forming a substrate of catalytic structure. In this embodiment, the catalyst collector includes a thin electrode underlayer 402, a catalyst structure 404, and a busbar electrical connection 406 in electrical contact with the thin electrode underlayer 402. The hot electron emitter comprises a negative electrical connection 408, an N-type semiconductor 410, a PN junction 412, a P-type semiconductor 414, a P-doped or heavily P-doped P + semiconductor 416, and a thin electrode underlayer 402. It includes a formed semiconductor diode. As shown, the electrode underlayer 402 may be common to the hot electron emitter and the catalyst collector. The thin electrode underlayer 402 may be a thin positive electrode. The thin electrode underlayer 402 is desirably selected from materials that form an ohmic or near ohmic junction with the semiconductor.

【0096】 本発明で供給される薄い電極下層402は、半導体416に対して、オーミッ
ク接合または略オーミック接合を形成する一方、ホットエレクトロンが、触媒4
04に入る、あるいは、触媒404から離れる経路も与える。触媒金属と半導体
の組合せの選択によっては、半導体416と触媒404との間の接合のオーミッ
ク特性によって、ショットキー接合が、代わりに形成される場合もある。ショッ
トキー接合が、形成される場合は、金属層、すなわち、薄い電極下層402は、
実質的にオーミック接合を形成するための手段として使用され、該接合は、略オ
ーミックまたはトンネリングショットキー接合であってよい。触媒クラスタまた
は層404は、したがって、薄い電極下層402の上に置かれる。代表的な実施
形態では、電極下層402の厚さは、それを通るホットエレクトロンのエネルギ
ー平均自由経路よりはるかに小さく選定される。
The thin electrode lower layer 402 provided in the present invention forms an ohmic junction or a substantially ohmic junction with the semiconductor 416, while hot electrons are used as the catalyst 4.
Routes to enter or leave the catalyst 404 are also provided. Depending on the choice of catalytic metal and semiconductor combination, a Schottky junction may instead be formed due to the ohmic properties of the junction between the semiconductor 416 and the catalyst 404. If a Schottky junction is formed, the metal layer, ie the thin electrode underlayer 402, is
Used as a means for forming a substantially ohmic junction, the junction may be a substantially ohmic or tunneling Schottky junction. The catalyst cluster or layer 404 thus overlies the thin electrode underlayer 402. In an exemplary embodiment, the thickness of the electrode underlayer 402 is chosen to be much smaller than the energy mean free path of hot electrons through it.

【0097】 銀(Ag)、金(Au)、および銅(Cu)など、普通に使用される接点金属内の0.
3 eVの電子の場合は、電子エネルギーの寿命時間は、200フェムト秒を上回り
、また、電子速度は、1.4e6 メーター/秒のオーダーである。結果として生ずる
エネルギー平均自由経路は、したがって、280ナノメータのオーダーである。
これは、半導体に対する下層の電気接点が、触媒コレクタよりより厚いオーダー
であることを可能にし、したがって、製造性を高めるものである。Au、Agおよび
Cu導体の薄い、1〜5ナノメータ(nm)の層は、半導体上にルーチン的に作り出
され、薄層が、半導体とのオーミックまたは略オーミック接点を形成することを
可能にする。この薄層、例えば、薄い電極402は、触媒のフェルミ準位および
P型半導体エミッタのフェルミ準位が、同じか、あるいは、実質的に同じである
ことを保証する。この実施形態では、Au、AgまたはCuなどの金属の薄い、1〜2
0ナノメータ(nm)の層は、電極402または触媒集合の基板として使用してよ
い。さらに、本発明は、電極を形成するのに使用される接点金属の選択をAu、Ag
またはCuに限るものではなく、また、半導体との少なくとも略オーミック接合を
形成するのに、 他の金属、合金または半金属を選択してよいことを理解すべきである。
Within the commonly used contact metals such as silver (Ag), gold (Au), and copper (Cu).
For 3 eV electrons, the lifetime of electron energy is greater than 200 femtoseconds and the electron velocity is on the order of 1.4e6 meters / second. The resulting energy mean free path is therefore on the order of 280 nanometers.
This allows the underlying electrical contacts to the semiconductor to be on the order of thicker than the catalyst collector, thus enhancing manufacturability. Au, Ag and
A thin, 1-5 nanometer (nm) layer of Cu conductor is routinely created on the semiconductor, allowing the thin layer to form an ohmic or near-ohmic contact with the semiconductor. This thin layer, eg, thin electrode 402, contains the Fermi level of the catalyst and
It ensures that the Fermi levels of P-type semiconductor emitters are the same or substantially the same. In this embodiment, a thin metal such as Au, Ag or Cu, 1-2
The 0 nanometer (nm) layer may be used as the electrode 402 or a substrate for catalyst assembly. In addition, the present invention provides a selection of contact metals used to form the electrodes, Au, Ag.
It should be understood that other metals, alloys or semi-metals may also be selected to form at least a substantially ohmic contact with the semiconductor, or not limited to Cu.

【0098】 ホットエレクトロンエミッタが、例えば、図3の304に、また、図4の41
6に示すように、密にドープされた半導体を含んでいる実施形態では、薄い電極
402に使用されている材料は、電極402と密にドープされた半導体416と
の間の接合が、少なくとも略オーミック接合を形成するよう、選択してよい。望
ましくは、形成された接合は、オーミック接合である。オーミック接合または略
オーミック接合を形成するためには、半導体のドーピングを十分高く選択して、
この接合によって形成される如何なるショットキー障壁の寸法または厚さも、電
流が、電子トンネリングに支配されるほど、十分小さくなるようにする。したが
って、P型半導体は、金属との接触領域の近傍で、密に、あるいは、縮退的にド
ープしてよい。このような密なドーピングは、ドーパントの濃度が、1立方セン
チメータ当たり略1e18を超える時、生ずる。図3は、エミッタ電気接続部314
および触媒クラスタ302両方の近傍での、この密にドープされた領域304を
示す。図4は、薄い電極下層402と接触している密にドープされた領域416
を示す。
A hot electron emitter is provided, for example, at 304 in FIG. 3 and at 41 in FIG.
As shown in FIG. 6, in embodiments that include a heavily-doped semiconductor, the material used for the thin electrode 402 is such that the junction between the electrode 402 and the heavily-doped semiconductor 416 is at least approximately. It may be chosen to form an ohmic junction. Desirably, the formed bond is an ohmic bond. In order to form an ohmic or near-ohmic junction, the doping of the semiconductor should be chosen high enough to
The size or thickness of any Schottky barrier formed by this junction should be small enough that the current is dominated by electron tunneling. Therefore, the P-type semiconductor may be densely or degenerately doped near the region of contact with the metal. Such dense doping occurs when the concentration of dopant exceeds approximately 1e18 per cubic centimeter. FIG. 3 shows the emitter electrical connection 314.
This heavily doped region 304 is shown in the vicinity of both and the catalyst cluster 302. FIG. 4 illustrates a heavily doped region 416 in contact with the thin electrode underlayer 402.
Indicates.

【0099】 一例を挙げれば、InSbあるいはInAsにおける2e19/ccドナーの好適なドーピン
グが、このような密なドーピングである、と考えられる。半導体の2e20/ccまで
の縮退ドーピングおよびAu、Ag、またはCuなどの適当な金属の、薄い金属接点と
しての接着は、半導体に略オーミック電気接続部を作り出し得る。略如何なる金
属も、このような略オーミック電気接続部を形成し得る。なぜなら、密な、ある
いは、縮退的なドーピング下の接合部寸法は、1ナノメータまたはそれ以下のオ
ーダーであり、この寸法においては、接合部両端間のトンネリングが、支配的で
あるからである。この種の接合部は、一般に、3ナノメータまたはそれ以下のオ
ーダーという特徴的なPN接合寸法およびエミッタおよびコレクタ領域における
1ミクロン以上の電子拡散長を有している。この寸法は、オージェ再結合によっ
て制限される場合もある。したがって、本発明のエミッタおよび触媒コレクタ要
素は、0.1ミクロンの厚さおよびより大きな寸法が、事実上、ルーチン的に達
成される以上、容易に作成可能である。
As an example, it is considered that the preferable doping of the 2e19 / cc donor in InSb or InAs is such a dense doping. Degenerate doping of semiconductors up to 2e20 / cc and adhesion of suitable metals such as Au, Ag, or Cu as thin metal contacts can create near-ohmic electrical connections in the semiconductor. Almost any metal can form such a substantially ohmic electrical connection. This is because the junction size under dense or degenerate doping is on the order of 1 nanometer or less, where tunneling between the ends of the junction dominates. This type of junction typically has a characteristic PN junction dimension on the order of 3 nanometers or less and an electron diffusion length of 1 micron or more in the emitter and collector regions. This dimension may be limited by Auger recombination. Thus, the emitter and catalyst collector elements of the present invention are readily manufacturable, with 0.1 micron thickness and larger dimensions being virtually routinely achieved.

【0100】 薄い電極は、P型半導体の表面に接着される。触媒クラスタまたは層は、薄い
電極上に、望ましくは、PN接合部の近傍に置かれる。「近傍」は、「エミッタ
半導体における少数キャリヤの拡散寸法以内である距離」と定義される。この寸
法は、一般に、0.1ミクロンまたはそれ以上のオーダーである。2e20/ccにド
ープされたP型InSbにおける電子の計算された拡散長は、7ミクロンのオーダー
であり、InAsでは、5.5ミクロンのオーダーである。しかしながら、観察され
たオージェの1ピコ秒の寿命時間は、拡散長が、1ミクロンのオーダーであるこ
とを示唆している。この技術に長けた人なら理解できるであろうように、この寸
法は、十分、この技術の現在の製造水準以内のものである。したがって、触媒金
属302および404または薄い金属接点下層402は、触媒コレクタおよびエ
ミッタの正の電気接続部の両方として、使用可能である。これはまた、製造のコ
ストと複雑さを低減する。
The thin electrode is bonded to the surface of the P-type semiconductor. The catalyst cluster or layer is placed on the thin electrode, preferably near the PN junction. "Nearby" is defined as "a distance that is within the minority carrier diffusion dimension in the emitter semiconductor". This dimension is typically on the order of 0.1 micron or greater. The calculated diffusion length of electrons in P-type InSb doped to 2e20 / cc is of the order of 7 microns and InAs is of the order of 5.5 microns. However, the observed Auger lifetime of 1 picosecond suggests that the diffusion length is on the order of 1 micron. As will be appreciated by those skilled in the art, this dimension is well within the current manufacturing level of the technology. Thus, the catalytic metals 302 and 404 or the thin metallic contact underlayer 402 can be used as both positive electrical connections for the catalytic collector and emitter. This also reduces manufacturing cost and complexity.

【0101】 図5は、図4に示したものと同様であり、かつ、触媒構造404を囲む、あるい
は、触媒構造404に隣接した反応促進剤‐減速剤材料502を有する固体表面
触媒反応装置デバイスの横断面図500を示す。図2を参照して説明したように
、触媒クラスタは、さらに、それらの近傍に置かれた酸化物あるいは他の材料な
どの化学表面反応アクチベータ、促進剤または減速剤を含んでいてよい。図示の
ように、触媒コレクタは、触媒構造404、任意の薄い電極下層402、および
酸化物などの触媒促進剤または減速剤502を含んでいる。例えば、触媒それ自
体の酸化物、あるいは、セリウム、チタンまたはアルミニウムの酸化物は、触媒
島または層間に形成してよい。ホットエレクトロンが、触媒404および薄い電
極下層402を通って移動しなければならない距離は、望ましくは、合計エネル
ギー平均自由経路の数倍以下である。
FIG. 5 is a solid surface catalytic reactor device similar to that shown in FIG. 4 and having a reaction promoter-moderator material 502 surrounding or adjacent to the catalyst structure 404. A cross-sectional view 500 is shown. As described with reference to FIG. 2, the catalyst clusters may further include chemical surface reaction activators, promoters or moderators, such as oxides or other materials placed in their vicinity. As shown, the catalyst collector includes a catalyst structure 404, an optional thin electrode underlayer 402, and a catalyst promoter or moderator 502 such as an oxide. For example, oxides of the catalyst itself or oxides of cerium, titanium or aluminum may be formed between catalyst islands or layers. The distance that hot electrons must travel through the catalyst 404 and the thin electrode underlayer 402 is desirably no more than a few times the total energy mean free path.

【0102】 図6は、同時にエミッタに対する電気接続部であり、触媒コレクタの下層であ
り、かつ、ショットキーダイオードの金属要素を形成している単一の金属要素6
05を含む固体表面触媒反応装置デバイスの横断面図600を示す。
FIG. 6 shows a single metal element 6 which at the same time is the electrical connection to the emitter, the lower layer of the catalyst collector and which forms the metal element of the Schottky diode.
5 shows a cross-sectional view 600 of a solid surface catalytic reactor device including 05.

【0103】 図6に示したのは、ショットキーダイオードを使用した固体表面触媒反応装置
デバイスである。ショットキーダイオードが、単一の金属要素605、より密に
ドープされた半導体604(ホットキャリヤがホットエレクトロンである場合に
適した説明を行うためN型として示した)、より少なくドープされた半導体領域
601、およびより厚い負の電気接続部606の間に形成されている。バスバー
602が、電流を流す正の薄い電極605の電気接続部となっている。動作の際
、ダイオードは、順方向バイアスでパルスされ、すなわち、電極606は、正の
電極605に対して負にパルスされ、電力を消費する。これは、触媒集合607
上の表面反応をトリガーし、生成物を形成させる。過剰な反応エネルギーで、ホ
ットエレクトロンのバーストが生じ、これが、薄い触媒構造607および要素6
05を通って移動し、ショットキー障壁の電位を越え、ダイオード領域601お
よび604に入り、ダイオードを順方向にバイアスして、電力を作り出す場合も
ある。
Shown in FIG. 6 is a solid surface catalytic reactor device using Schottky diodes. A Schottky diode has a single metal element 605, a more heavily doped semiconductor 604 (shown as N-type for a suitable description when the hot carriers are hot electrons), a less doped semiconductor region. Formed between 601 and the thicker negative electrical connection 606. The bus bar 602 serves as an electrical connection portion of the positive thin electrode 605 that allows current to flow. In operation, the diode is pulsed with forward bias, ie electrode 606 is pulsed negative with respect to positive electrode 605 and dissipates power. This is the catalyst assembly 607.
Trigger the upper surface reaction to form the product. The excess reaction energy causes a burst of hot electrons, which results in a thin catalyst structure 607 and element 6
It may travel through 05, cross the Schottky barrier potential, enter diode regions 601 and 604, and forward bias the diode to produce power.

【0104】 説明のため、本実施形態の可逆性を示す。同じデバイスの反応刺激特性は、そ
の基本機能であってよい。また、電気発生特性は、その基本機能であってよい。
For the sake of explanation, the reversibility of this embodiment is shown. The reactive stimulus properties of the same device may be its basic function. Also, the electricity generation characteristic may be its basic function.

【0105】 図7は、ホットキャリヤが、ホットエレクトロンである場合に適した固体表面
触媒反応装置デバイスの要素の電子エネルギー準位図700を示す。これら要素
は、吸着質702、触媒704、正の電極または電気接続部718、電極接合部
、コレクタ‐エミッタ領域706における高度にドープされた半導体、Pドープ
された半導体領域708、PN接合領域710、Nドープされた半導体領域71
2および密にNドープされた半導体領域714を含んでいる。
FIG. 7 shows an electron energy level diagram 700 of the elements of a solid surface catalytic reactor device suitable when the hot carrier is hot electrons. These elements include adsorbate 702, catalyst 704, positive electrode or electrical connection 718, electrode junction, highly doped semiconductor in collector-emitter region 706, P-doped semiconductor region 708, PN junction region 710, N-doped semiconductor region 71
2 and a heavily N-doped semiconductor region 714.

【0106】 刺激モードでは、順方向バイアス716が、電子が多数キャリヤであるN+領
域714から、それらを半導体のPN接合710に駆動し、それらが少数キャリ
ヤであるP型領域708に駆動し、触媒704に駆動し、次いで、触媒表面に駆
動し、そこで、吸着質706と相互作用する。ホットエレクトロンは、吸着質に
、反応を刺激する状態を励起する。
In the stimulated mode, a forward bias 716 drives electrons from the N + region 714 where the majority carriers are to the semiconductor PN junction 710, to the P type region 708 where they are the minority carriers, and 704, and then to the catalyst surface, where it interacts with adsorbate 706. Hot electrons excite the adsorbate into states that stimulate the reaction.

【0107】 ジェネレーションモードでは、吸着質の励起状態におけるエネルギー減衰経路
は、触媒表面にホットエレクトロンを作り出し;該ホットエレクトロンは、次い
で、触媒を通ってP型半導体領域に移動し、次いで、PN接合710に続行し、
そこで、それらは、半導体内の内部電界により、N+領域714に掃引されて、
順方向バイアスを生じ、これが、電力の源になる。
In generation mode, the energy decay path in the excited state of the adsorbate creates hot electrons at the catalyst surface; the hot electrons then migrate through the catalyst to the P-type semiconductor region and then the PN junction 710. Continue to
So they are swept into the N + region 714 by the internal electric field in the semiconductor,
A forward bias is created, which is the source of power.

【0108】 この実施形態および他の全ての実施形態では、スティミュレータ、ジェネレー
タおよび反応装置の有効性は、反応体を気相で供給することによって、大いに増
大し得る。この場合、触媒表面上の吸着質は、ホットキャリヤと相互作用する。
触媒が、液体で覆われる場合は、多層の吸着質が、ホットエレクトロンを吸着し
、その有効性を減衰させる。したがって、本発明の新規性のポイントには、反応
の刺激または電気の発生目的のための順方向にバイアスされたデバイスの利用も
含まれる。
In this and all other embodiments, the effectiveness of the stimulator, generator and reactor can be greatly increased by feeding the reactants in the gas phase. In this case, the adsorbates on the catalyst surface interact with the hot carriers.
When the catalyst is covered with a liquid, multiple layers of adsorbates adsorb hot electrons and diminish their effectiveness. Therefore, the point of novelty of the present invention also includes the use of forward biased devices for the purpose of stimulating a response or generating electricity.

【0109】 本発明は、その好適な実施形態について、詳細に示し、かつ、説明したが、形
態および細部における上記および他の内容の変更は、本発明の主旨および範囲を
逸脱することなしに、本発明の中で為し得ることは、この技術に長けた人々なら
、理解できよう。例えば、この技術に長けた人々は、本発明の特徴は、上記で示
し、あるいは、説明した他の特徴の対応する使用なしに、有利に使用できる場合
もあることが、理解できよう。同様に、本発明の範囲および等価物内で、いくつ
かの特徴を組み合わせて、所望の結果を得ることが可能である。
While this invention has been shown and described, in detail, with respect to its preferred embodiments, changes in the foregoing and other details in form and detail are without departing from the spirit and scope of this invention. What can be done in the present invention will be understood by those skilled in the art. For example, those skilled in the art will appreciate that the features of the present invention may be used to advantage without the corresponding use of other features shown or described above. Similarly, it is possible to combine several features within the scope and equivalents of the invention to achieve a desired result.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 一実施形態における本発明の固体表面触媒反応装置デバイスの一般的、図式的
な横断面を示す。
1 shows a general, schematic cross-section of a solid surface catalytic reactor device of the present invention in one embodiment.

【図2】 本発明の一実施形態における触媒コレクタの横断面を示す。[Fig. 2]   3 shows a cross section of a catalyst collector in one embodiment of the present invention.

【図3】 触媒コレクタを形成する触媒クラスタを有する反応スティミュレータデバイス
の横断面を示す。
FIG. 3 shows a cross section of a reaction stimulator device with catalyst clusters forming a catalyst collector.

【図4】 触媒コレクタの一部としての触媒クラスタの基板を形成し、また、ホットキャ
リヤエミッタの電気的接続部も形成する薄い電極を有する固体表面触媒反応装置
デバイスの横断面を示す。
FIG. 4 shows a cross-section of a solid surface catalytic reactor device with thin electrodes forming the substrate for the catalyst clusters as part of the catalyst collector and also forming the electrical connections for the hot carrier emitters.

【図5】 触媒金属を囲む、あるいは、触媒金属に隣接した反応促進剤‐減速剤材料を有
する固体表面触媒反応装置の横断面を示す。
FIG. 5 shows a cross-section of a solid surface catalytic reactor having a reaction promoter-moderator material surrounding or adjacent to the catalyst metal.

【図6】 同時にエミッタに対する電気的接続部であり、触媒コレクタの下層であり、ま
た、ショットキーダイオードの金属要素を形成している単一金属要素を有する固
体表面触媒反応装置の横断面を示す。
FIG. 6 shows a cross-section of a solid surface catalytic reactor with a single metal element which at the same time is the electrical connection to the emitter, the lower layer of the catalyst collector and which also forms the metal element of the Schottky diode. .

【図7】 N+のN型ベースから吸着質までの領域を説明する固体表面触媒反応装置の電
子エネルギー準位図を示す。
FIG. 7 shows an electron energy level diagram for a solid surface catalytic reactor illustrating the region from N + N-type base to adsorbate.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【図1】 [Figure 1]

【図2】 [Fig. 2]

【図3】 [Figure 3]

【図4】 [Figure 4]

【図5】 [Figure 5]

【図6】 [Figure 6]

【図7】 [Figure 7]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 60/186,567 (32)優先日 平成12年3月2日(2000.3.2) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 09/631,463 (32)優先日 平成12年8月3日(2000.8.3) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN,YU, ZA,ZW (72)発明者 ギドワニ,ジャワハー,エム アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94133、サンフランシスコ、リーベンワー ス 2335 Fターム(参考) 4G075 AA30 AA65 BD14 CA39 EB31─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (31) Priority claim number 60 / 186,567 (32) Priority date March 2, 2000 (2000.3.2) (33) Priority claiming countries United States (US) (31) Priority claim number 09 / 631,463 (32) Priority date August 3, 2000 (August 2000) (33) Priority claiming countries United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, C A, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM , DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, K E, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS , LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, R U, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM , TR, TT, TZ, UA, UG, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Gudwani, Javaha, M             California, United States             94133, San Francisco, Leavenwar             S 2335 F term (reference) 4G075 AA30 AA65 BD14 CA39 EB31

Claims (150)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ソリッドステートの表面触媒作用法励起移乗反応装置包括:
触媒作用のコレクタ; そして、励起帯構造が放出核励起が発生する関連している
触媒作用のコレクタに起こっている吸着物質の反応で1つ以上のエネルギ解析が
励起に変換されて、励起放出核に輸送される触媒作用のコレクタと共に関連して
いる励起帯構造と結合されて、1つ以上の形式のエネルギ解析に変換されるpn接
合ダイオードを含む励起放出核。
1. A solid-state surface-catalyzed excitation transfer reaction apparatus including:
Catalytic collector; and one or more energy analysis is converted into excitation in the reaction of the adsorbed material occurring in the catalytic collector where the excitation band structure is related to the emission nucleus excitation occurs Excited-emission nuclei containing a pn-junction diode combined with an associated excitation-band structure together with a catalyzing collector transported to the pn junction diode.
【請求項2】 吸着物質の反応が触媒作用のコレクタの表面に起こる請求項
1で要求される装置。
2. The reaction of the adsorbent material occurs on the surface of the catalytic collector.
Equipment required in 1.
【請求項3】 吸着物質の反応が触媒作用のコレクタの表面と共に起こる請
求項1で要求される装置。
3. The apparatus as claimed in claim 1, wherein the reaction of the adsorbent material occurs with the surface of the catalytic collector.
【請求項4】 1つ以上のエネルギ解析が1つを含んでいるか、または以上が
反応物質分子振動を興奮させた請求項項1で要求される装置。
4. The apparatus as claimed in claim 1, wherein one or more energy analyzes include one or more excite the reactant molecular vibrations.
【請求項5】 1つ以上のエネルギ解析が1回以上の分子表面振動を含む請求
項1で要求される装置。
5. The apparatus as claimed in claim 1, wherein the one or more energy analyzes include one or more molecular surface vibrations.
【請求項6】 1つ以上のエネルギ解析が1つ以上の原子表面の振動を含む請
求項1で要求される装置。
6. The apparatus as claimed in claim 1, wherein the one or more energy analyzes include vibrations of one or more atomic surfaces.
【請求項7】 1つ以上のエネルギ解析が1回以上の吸着反応を含む請求項1
で要求される装置。
7. The one or more energy analyzes include one or more adsorption reactions.
Equipment required in.
【請求項8】 オンか、より多くのエネルギ解析が1回以上の化学反応を含
む請求項1で要求される装置。
8. The apparatus as claimed in claim 1, wherein on or more energy analysis involves more than one chemical reaction.
【請求項9】 1つ以上のエネルギ解析が1つ以上の励起電子状態を含む請求
項1で要求される装置。
9. The apparatus as claimed in claim 1, wherein the one or more energy analyzes include one or more excited electronic states.
【請求項10】 励起が1台以上のホットキャリヤを含む請求項1で要求され
る装置。
10. The apparatus as claimed in claim 1, wherein the excitation comprises one or more hot carriers.
【請求項11】 励起が1つ以上の電磁場を含む請求項1で要求される装置。11. The device as claimed in claim 1, wherein the excitation comprises one or more electromagnetic fields. 【請求項12】 放出核励起が1個以上の少数キャリアを含む請求項1で要求
される装置。
12. The device as claimed in claim 1, wherein the emission nuclear excitation comprises one or more minority carriers.
【請求項13】 放出核励起が1台以上のホットキャリヤを含む請求項1で要
求される装置。
13. The device as claimed in claim 1, wherein the emission nuclear excitation comprises one or more hot carriers.
【請求項14】 放出核励起がキャリア拡散によって輸送されるエネルギ解
析を含む請求項1で要求される装置。
14. The device as claimed in claim 1, wherein the emission nuclear excitation comprises energy analysis transported by carrier diffusion.
【請求項15】 放出核励起が電界を結合するのを含む請求項1で要求され
る装置。
15. The device as claimed in claim 1, wherein the emission nuclear excitation comprises coupling an electric field.
【請求項16】 放出核励起が1個以上の励振器を含む請求項1で要求される
装置
16. Apparatus as claimed in claim 1, wherein the emission nuclear excitation comprises one or more exciters.
【請求項17】 放出核励起が1つ以上のプラズモンを含む請求項1で要求さ
れる装置。
17. The device as claimed in claim 1, wherein the emitted nuclear excitation comprises one or more plasmons.
【請求項18】 放出核に接触して触媒作用のコレクタがいる請求項1で要
求されるソリッドステートの表面触媒作用法励起移乗反応装置。
18. A solid state surface catalyzed transfer transfer reactor as claimed in claim 1 in which there is a catalytic collector in contact with the emissive core.
【請求項19】 pn接合ダイオードが偏った状態で前進している請求項1で
要求される装置。
19. The apparatus as claimed in claim 1, wherein the pn junction diode is biased forward.
【請求項20】 pn接合がフォワード偏るようになるとき放出核励起が作成
される請求項1で要求される装置。
20. The device as claimed in claim 1, wherein the emission nuclear excitation is created when the pn junction becomes forward biased.
【請求項21】 装置は中で20を要求するaが、主張した。(電位はpn接合ダ
イオードの中でpn接合ダイオード原因の向こう側にそれで順方向バイアスを適用
した)。
21. The device claimed 20 in a claimed. (The potential was then forward biased across the pn junction diode cause in the pn junction diode).
【請求項22】 pn接合ダイオードの中の光子の分光吸収がpn接合ダイオー
ドの中で順方向バイアスを引き起こす請求項20で要求される装置。
22. The device as claimed in claim 20, wherein the spectral absorption of photons in the pn junction diode causes a forward bias in the pn junction diode.
【請求項23】 1台以上のホットキャリヤが1つ以上の熱い電子を含む請求
項10で要求される装置。
23. The device as claimed in claim 10, wherein the one or more hot carriers contain one or more hot electrons.
【請求項24】 pn接合ダイオードがp型エミッター領域とn-型ベースを含
んでいる請求項1で要求される装置。
24. The device as claimed in claim 1, wherein the pn junction diode comprises a p-type emitter region and an n-type base.
【請求項25】 pn接合ダイオードが非常にドーピングされたp+計数域を含
んでいる請求項1で要求される装置。
25. The device as claimed in claim 1, wherein the pn junction diode comprises a highly doped p + counting region.
【請求項26】 p型エミッター領域が非常にドーピングされる請求項29で
要求される装置。
26. The device as claimed in claim 29, wherein the p-type emitter region is highly doped.
【請求項27】 pn接合ダイオードが非常にドーピングされたn+計数域を含
んでいる請求項1で要求される装置。
27. The device as claimed in claim 1, wherein the pn junction diode comprises a highly doped n + counting region.
【請求項28】 n-型ベースが非常にドーピングされる請求項24で要求され
る装置。
28. The device as claimed in claim 24, wherein the n-type base is highly doped.
【請求項29】 請求1で要求される装置はIn、Ga、砒素、およびSbから選
び抜いた。そこでは、励起放出核がどんな1か組み合わせも含んでいる半導体物
質から作られる。
29. The device required in claim 1 is selected from In, Ga, arsenic, and Sb. There, the stimulated emission nuclei are made from semiconductor material containing any one or a combination.
【請求項30】 請求1で要求される装置はIn、Sb、Bi、およびTlから選び
抜いた。そこでは、励起放出核がどんな1か組み合わせも含んでいる半導体物質
から作られる。
30. The device required in claim 1 is selected from In, Sb, Bi, and Tl. There, the stimulated emission nuclei are made from semiconductor material containing any one or a combination.
【請求項31】 請求1で要求される装置は水銀、Cd、およびTeから選び抜
いた。そこでは、励起放出核がどんな1か組み合わせも含んでいる半導体物質か
ら作られる。
31. The device required in claim 1 was selected from mercury, Cd, and Te. There, the stimulated emission nuclei are made from semiconductor material containing any one or a combination.
【請求項32】 装置は中で31を要求するaが、主張した。(そこには、カド
ミウム(Cd)の濃縮が20%と30%の間ある)。
32. A device claimed a claim in 31. (There is a concentration of cadmium (Cd) between 20% and 30%).
【請求項33】 aが少数キャリアmの触媒作用のコレクタへの合流点ダイオ
ードがp-nのpn接合1拡散距離あたり3倍未満からpn接合ダイオードを遠ざける請
求1で要求される装置。
33. The device as claimed in claim 1, wherein the junction point diode a to the catalyzing collector of minority carrier m distances the pn junction diode from less than 3 times per pn junction diffusion length of pn.
【請求項34】 そこでは、触媒作用のコレクタがさらに触媒を含んでいる
。(総経路は吸着物質反応物質に露出される触媒表面と励起放出核の半導体の間
のエネルギッシュなキャリヤーによってそれで旅行した)。請求1で要求される装
置は経路に沿ったエネルギッシュなキャリヤーの総エネルギ解析平均自由行程の
3倍未満である。
34. The catalytic collector further comprises a catalyst. (The entire route traveled by energetic carriers between the catalyst surface exposed to the adsorbent reactant and the semiconductor of the excited emission nucleus). The device required in claim 1 is the total energy analysis of energetic carriers along the path of mean free path.
It is less than 3 times.
【請求項35】 弾道のキャリア輸送が触媒作用のコレクタと励起放出核で
エネルギッシュなキャリヤーを輸送するのに使用される請求項1で要求される装
置。
35. The device as claimed in claim 1, wherein ballistic carrier transport is used to transport energetic carriers in the catalytic collector and the excited emission nuclei.
【請求項36】 装置がさらに触媒作用のコレクタと励起放出核を接続する
オーム性の電気の接続を含んでいる請請求項1で要求される装置。
36. The device as claimed in claim 1, wherein the device further comprises an ohmic electrical connection connecting the catalytic collector and the excited emission nucleus.
【請求項37】 装置がさらに触媒作用のコレクタと放出核を接続するトン
ネリングSchottky接合を含んでいる請求項1で要求される装置。
37. The device as claimed in claim 1, wherein the device further comprises a tunneling Schottky junction connecting the catalytic collector and the emission core.
【請求項38】 触媒が1個以上の触媒クラスタを含む請求項34で要求され
る装置。
38. The apparatus as claimed in claim 34, wherein the catalyst comprises one or more catalyst clusters.
【請求項39】 触媒が1個以上の触媒クラスタを囲みながらさらに1個以上
の反応アクセラレータ減速装置を含む請求38で要求される装置。
39. The apparatus as claimed in claim 38, wherein the catalyst further comprises one or more reaction accelerator moderators surrounding the one or more catalyst clusters.
【請求項40】 1個以上の反応アクセラレータ減速装置が酸化物を含んで
いる請求項39で要求される装置。
40. The apparatus as claimed in claim 39, wherein the one or more reaction accelerator moderators comprises an oxide.
【請求項41】 請求40で要求される装置はチタニウム、セリウム、希土類
金属、スズ、鉛、およびアルミニウムから選び抜いた。そこでは、酸化物が1つ
を含んでいる。
41. The equipment required in claim 40 is selected from titanium, cerium, rare earth metals, tin, lead, and aluminum. There, the oxide contains one.
【請求項42】 酸化物が触媒の材料を含んでいる請求項40で要求される装
置。
42. The apparatus as claimed in claim 40, wherein the oxide comprises a catalytic material.
【請求項43】 触媒がさらに1個以上の触媒クラスタに隣接して1個以上の
反応アクセラレータ減速装置を含む請求項38で要求される装置。
43. The apparatus as claimed in claim 38, wherein the catalyst further comprises one or more reaction accelerator moderators adjacent to the one or more catalyst clusters.
【請求項44】 触媒がさらに1個以上の触媒クラスタに接触して1個以上の
反応アクセラレータ減速装置を含む請求項38で要求される装置。
44. The apparatus as claimed in claim 38, wherein the catalyst further comprises one or more reaction accelerator moderators in contact with the one or more catalyst clusters.
【請求項45】 触媒が少なくとも吸着物質反応物質の1つのエネルギ緩和
の主モードの振動崩壊頻度ほどデバイ振動数を持っていない請求項34で要求され
る装置。
45. The apparatus as claimed in claim 34, wherein the catalyst does not have a Debye frequency as high as the vibrational decay frequency of at least one energy relaxation main mode of the adsorbent reactant.
【請求項46】 触媒作用のコレクタがデバイ温度の500度未満のケルビン
温度を持っている材料を含んでいる請求項1で要求される装置。
46. The apparatus as claimed in claim 1, wherein the catalytic collector comprises a material having a Kelvin temperature of less than 500 degrees Debye temperature.
【請求項47】 装置は中で34を要求するaが、主張した。そこでは、触媒
がゴールドについてどんな1つからも選択される材料、銀、白金、Pd、銅、In、
鉄、ニッケル、An、およびミズーリ州を含む。
47. A device claimed a claiming 34 in. There, the catalyst is a material selected from any one of the gold, silver, platinum, Pd, copper, In,
Includes Iron, Nickel, An, and Missouri.
【請求項48】 触媒が金属クラスタに形成される請求項34で要求される装
置。
48. The apparatus as claimed in claim 34, wherein the catalyst is formed on the metal clusters.
【請求項49】 触媒が量子閉込め構造に形成される請求項34で要求される
装置。
49. The device as claimed in claim 34, wherein the catalyst is formed in a quantum confined structure.
【請求項50】 触媒作用のコレクタがさらに励起放出核と触媒作用のコレ
クタの中の触媒の間で形成された少なくとも1つの電極下地金属を含んでいる請
求項1で要求される装置。
50. The apparatus claimed in claim 1 wherein the catalytic collector further comprises at least one electrode backing metal formed between the stimulated emission nucleus and the catalyst in the catalytic collector.
【請求項51】 電極下地金属が触媒作用のコレクタの中の1種類以上の触
媒のための基板を形成する請求項50で要求される装置。
51. The apparatus as claimed in claim 50, wherein the electrode backing metal forms a substrate for one or more catalysts in the catalytic collector.
【請求項52】 電極下地金属が1個以上の反応アクセラレータ減速装置の
ために触媒作用のコレクタで基板を形成する請求項50で要求される装置。
52. The apparatus as claimed in claim 50, wherein the electrode backing metal forms a substrate with a catalytic collector for one or more reaction accelerator moderators.
【請求項53】 電極下地金属がそれを通る励起の3回未満の厚さエネルギ
解析平均自由行程を持っている請求項50で要求される装置。
53. The apparatus as claimed in claim 50, wherein the electrode base metal has a thickness energy analysis mean free path of less than 3 excitations through it.
【請求項54】 オーム性の合流点が電極下地金属と励起放出核の間で形成
される請求項50で要求される装置。
54. The device as claimed in claim 50, wherein an ohmic confluence is formed between the electrode backing metal and the stimulated emission nucleus.
【請求項55】 トンネリングSchottky接合が電極下地金属と励起放出核の
間で形成される請求項50で要求される装置。
55. The device as claimed in claim 50, wherein a tunneling Schottky junction is formed between the electrode base metal and the stimulated emission nucleus.
【請求項56】 ほとんどオーム性の合流点が電極下地金属と励起放出核の
間で形成される請求項50で要求される装置。
56. The device as claimed in claim 50, wherein an almost ohmic confluence is formed between the electrode backing metal and the stimulated emission nucleus.
【請求項57】 装置がさらに吸着物質反応の範囲への光学キャビティ結合
体を含んでいる請求1で要求される装置。
57. The device as claimed in claim 1, wherein the device further comprises an optical cavity coupling to the area of adsorbent reaction.
【請求項58】 光学キャビティが少なくとも励起放出核、触媒作用のコレ
クタ、および吸着物質の1つの励起帯構造の選択されたエネルギー準位変遷に調
整される請求項57で要求される装置。
58. The apparatus as claimed in claim 57, wherein the optical cavity is tuned to a selected energy level transition of at least one excited band structure of the excited emission nucleus, the catalytic collector and the adsorbent material.
【請求項59】 光学キャビティが誘電性のマイクロ空洞を含んでいる請求
項57で要求される装置。
59. The device as claimed in claim 57, wherein the optical cavity comprises a dielectric microcavity.
【請求項60】 要求されたi請求57としての装置。(光学キャビティはそれ
で放射の放出を刺激する)。
60. The apparatus as Requested iClaim 57. (The optical cavity then stimulates the emission of radiation).
【請求項61】 光学キャビティが励起放出核の励起帯構造のエネルギ解析
変遷を刺激する請求項57で要求される装置。
61. The apparatus as claimed in claim 57, wherein the optical cavity stimulates an energetic transition of the excitation band structure of the excited emission nucleus.
【請求項62】 エネルギ解析の1formaがパルス型エネルギ解析を含んでい
る請求項1で要求される装置。
62. The apparatus as claimed in claim 1, wherein one forma of energy analysis includes pulsed energy analysis.
【請求項63】 エネルギ解析の1つ以上のフォームがパルス型電気エネル
ギを含む請求62で要求される装置。
63. The apparatus as claimed in claim 62, wherein one or more forms of energy analysis comprises pulsed electrical energy.
【請求項64】 エネルギ解析の1つ以上のフォームが律動的に送られた光
のエネルギ解析を含む請求62で要求される装置。
64. The apparatus as claimed in claim 62, wherein one or more forms of energy analysis comprises energy analysis of pulsed light.
【請求項65】 吸着物質反応エネルギーをパワー、包括に変換する方法;
1つ以上の励起への吸着物質触媒の注入管の1個以上の励起帯の構造は励起放出核
の構造を括る; 注入管を励起放出核のダイオードに最適化する; そして、ダイオードの1つ以
上の励起をパワーに変換すること。
65. A method of converting the reaction energy of an adsorbent substance into power and entrapment;
The structure of one or more excitation bands of the injection tube of the adsorbent catalyst to one or more excitations surrounds the structure of the excitation-emission nucleus; the injection tube is optimized for the diode of the excitation-emission nucleus; and one of the diodes Convert the above excitation to power.
【請求項66】 請求項65の方法。そこでは、注入管が1つ以上の量子閉込
め表面構造で吸着物質触媒で触媒作用のコレクタを形成するのを含んでいる。
66. The method of claim 65. There, the injection tube involves forming a catalytic collector with an adsorbent catalyst with one or more quantum confinement surface structures.
【請求項67】 請求項65の方法。そこでは、注入管が1つ以上の光学キャ
ビティを少なくとも吸着物質触媒と励起放出核の1つの1つ以上の励起帯構造の頻
度まで調整するのを含んでいる。
67. The method of claim 65. Therein, the injection tube includes adjusting one or more optical cavities to at least the frequency of one or more excitation band structures of the adsorbent catalyst and one of the excited emission nuclei.
【請求項68】 ホットキャリヤの経路が触媒作用のコレクタと励起放出核
の間で交換した吸着物質反応物質にさらされている触媒作用のコレクタの表面と
励起放出核の間の計数域の厚さ、3未満エネルギ解析の厚みを持っている計数域
が解放するのを意味する請求項65の方法。そこでは、注入管が、吸着物質触媒で
触媒作用のコレクタを形成するのを含んでいて、最適化は抑制するのを含んでい
る。
68. The thickness of the counting zone between the surface of the catalytic collector and the excited emission nucleus where the hot carrier pathway is exposed to the adsorbent reactant exchanged between the catalytic collector and the excited emission nucleus. 66. The method of claim 65, which means that a count zone having an energy analysis thickness less than 3, releases. There, the injection tube includes forming a catalytic collector with the adsorbent catalyst, and the optimization includes suppressing.
【請求項69】 請求項65の方法であり、最適化が、どの点でで基板を選択
するのを含んでいるかがギャップエネルギ解析を括る。吸着物質触媒における選
択されたより励起。
69. The method of claim 65, wherein the optimization comprises selecting the substrate at which point the gap energy analysis is bound. Selected more excitation in adsorbent catalyst.
【請求項70】 請求項65の方法。(最適化が、ダイオードの順方向バイア
スを調整するのを含んでいるので、それでは、励起放出核の中の励起エネルギー
のバンドは吸着物質触媒の中の励起エネルギーのバンドに合う)。
70. The method of claim 65. (The optimization involves tuning the forward bias of the diode so that the band of excitation energy in the excited emission nucleus matches the band of excitation energy in the adsorbent catalyst).
【請求項71】 請求項65の方法。そこでは、注入管がデバイ振動数が吸着
物質触媒システムの1つ以上の励起構造の選択されたエネルギー準位より低い状
態で触媒を選択するのを含んでいる。
71. The method of claim 65. There, the injection tube includes selecting a catalyst with a Debye frequency lower than a selected energy level of one or more excited structures of the adsorbent catalyst system.
【請求項72】 反応エネルギーをパワー、包括に変換する方法: 1個以上の吸着物質反応物質をホットキャリヤに変換する; ホットキャリヤがダイオードに輸送されている間、ホットキャリヤを熱く保つ; ダイオードでホットキャリヤを順方向バイアスに変換すること。72. A method of converting reaction energy into power and inclusive: Convert one or more adsorbent reactants into hot carriers; Keep the hot carriers hot while they are transported to the diode; Converting hot carriers to forward bias with a diode. 【請求項73】 請求項72の方法。(方法はさらにそこのである:) ホットキャリヤを少数キャリアに変換する; ダイオードのpn接合計数域まで少数キャリアを運ぶ; そして、パワーを発生させ
るように順方向バイアスを発生させること。
73. The method of claim 72. (The method is there :) Converting hot carriers into minority carriers; Carrying minority carriers to the pn junction counting range of the diode; and generating a forward bias to generate power.
【請求項74】 請求項73の方法。そこでは、パワーが電気的を含む。74. The method of claim 73. There, power includes electrical. 【請求項75】 請求項72の方法。(方法はさらにそこのである:) ダイオードの中のホットキャリヤでポピュレーションインバージョンを形成する
; そして、光のエネルギ解析を抽出すること。
75. The method of claim 72. (The method is further there :) Forming population inversion with hot carriers in the diode
And extracting the energy analysis of light.
【請求項76】 請求項75の方法。そこでは、抽出がレーザー動作を抽出す
るのを含む。
76. The method of claim 75. There, the extraction includes extracting the laser action.
【請求項77】 請求項75の方法。そこでは、抽出が超輝いている放出を抽
出するのを含む。
77. The method of claim 75. There, the extraction involves extracting the super bright emission.
【請求項78】 請求項72の方法。(方法はさらにそこのである:) 吸着物質反応物質を持ちながら吸着物質触媒システムの1つ以上の励起帯構造の
エネルギ解析変遷の選択された飛程を合わせるように触媒作用のコレクタの材料
の州の1つ以上の電子密度を変更すること。
78. The method of claim 72. (The method is further there :) The state of the catalytic collector material to match the selected range of energy analysis transitions of one or more excitation zone structures of the adsorbent catalyst system while having the adsorbent reactant Changing one or more electron densities of.
【請求項79】 請求項78の方法。そこでは、変更が1つ以上の触媒単分子
層を形成するのを含んでいる。
79. The method of claim 78. There, the modification involves forming one or more catalytic monolayers.
【請求項80】 請求項76の方法。そこでは、変更が1かさらに命令された
電子反射的な構造を吸着物質反応物質に露出される表面に形成するのを含んでい
る。
80. The method of claim 76. There, modification involves forming one or more ordered electron-reflecting structures on the surface exposed to the adsorbent reactant.
【請求項81】 請求項78の方法。そこでは、変更が1かさらに命令された
穴の反射的な構造を吸着物質反応物質に露出される表面に形成するのを含んでい
る。
81. The method of claim 78. There, modification involves forming a reflex structure of one or more ordered holes in the surface exposed to the adsorbent reactant.
【請求項82】 請求項78の方法。そこでは、変更が薄膜電子干渉計の1つ
以上の熱い電子ファブリ-perotモードを形成するのを含んでいる。
82. The method of claim 78. There, modifications include forming one or more hot electron Fabry-perot modes of a thin film electron interferometer.
【請求項83】 請求項78の方法。そこでは、変更が1つ以上の触媒単分子
層を形成するのを含んでいる。
83. The method of claim 78. There, the modification involves forming one or more catalytic monolayers.
【請求項84】 請求項78の方法。そこでは、変更が1〜1に100の触媒単分
子層を形成するのを含んでいる。
84. The method of claim 78. There, the modification involves forming from 1 to 100 catalyst monolayers.
【請求項85】 請求項78の方法。そこでは、変更が1つ以上の整数触媒単
分子層を形成するのを含んでいる。
85. The method of claim 78. There, the modification involves forming one or more integer catalyst monolayers.
【請求項86】 請求項78が多くの電子経路反射を引き起こす方法。(そこ
では、変更が1つ以上の電子干渉計構造を形成するのを含んでいる)。
86. The method as recited in claim 78 causing a number of electron path reflections. (Where changes include forming one or more electronic interferometer structures).
【請求項87】 請求項72の方法。そこでは、方法が吸着物質反応物質に1
つ以上の消費してよい添加物を加えるのをさらに含む。
87. The method of claim 72. There, the method is 1
It further comprises adding one or more consumable additives.
【請求項88】 請求項87の方法。そこでは、消費してよい添加物が1つ以
上の触媒の材料を含む。
88. The method of claim 87. There, additives that may be consumed include one or more catalytic materials.
【請求項89】 請求87の方法。そこでは、消費してよい添加物が1つ以上
の反応アクセラレータ減速装置の材料を含む。
89. The method of claim 87. There, the additives that may be consumed include one or more reaction accelerator moderator materials.
【請求項90】 請求項72の方法。(1個以上の吸着物質反応物質には分圧が
あるので、それでは、それぞれの1個以上の吸着物質反応物質のための1つ未満の
単分子層が形成される)。
90. The method of claim 72. (Because there is a partial pressure on the one or more adsorbent reactants, it forms less than one monolayer for each one or more adsorbent reactants).
【請求項91】 請求項90の方法。(分圧はそれで10気圧未満である)。91. The method of claim 90. (The partial pressure is then less than 10 atmospheres). 【請求項92】 請求項72の方法。(少なくとも吸着物質反応物質の1つはそ
れでガスである)。
92. The method of claim 72. (At least one of the adsorbent reactants is then a gas).
【請求項93】 請求項72の方法。そこでは、1個以上の吸着物質反応物質
が1つ以上の減速装置の材料を含んでいる。
93. The method of claim 72. There, one or more adsorbent reactants include one or more moderator materials.
【請求項94】 請求項72の方法。そこでは、1個以上の吸着物質反応物質
が1つ以上のアクセラレータの材料を含んでいる。
94. The method of claim 72. There, one or more adsorbent reactants include one or more accelerator materials.
【請求項95】 請求項72の方法。そこでは、1個以上の吸着物質反応物質
が1つ以上の炭化水素チェーンを含んでいる。
95. The method of claim 72. There, one or more adsorbent reactants include one or more hydrocarbon chains.
【請求項96】 請求項72の方法さらにである: 1個以上の吸着物質反応物質の気化熱でダイオードを冷やすこと。96. The method of claim 72, further comprising: Cooling the diode with the heat of vaporization of one or more adsorbent reactants. 【請求項97】 請求項72の方法さらにである: 反応による触媒から1個以
上の吸着物質反応物質を片付けること。
97. The method of claim 72, further comprising: clearing one or more adsorbent reactants from the catalyst by reaction.
【請求項98】 リバーシブルのソリッドステートの表面触媒作用法励起移
乗反応装置包括: 触媒作用のコレクタ; そして、励起が構造を括る励起放出核は
触媒作用のコレクタと共に関連している励起帯構造と結合される; 放出核励起
が発生して、1つ以上の形式のエネルギ解析に変換されるところで、関連してい
る触媒作用のコレクタに起こっている吸着物質の反応で1つ以上のエネルギ解析
が、励起に変換されて、励起放出核に輸送される; そして、エネルギ解析がど
の点で励起放出核に適用されたかが放出核励起、輸送された放出核励起が励起、
触媒作用のコレクタで反応刺激を引き起こす励起に通電するところで触媒作用の
コレクタで吸着物質に輸送される放出核励起を作成する;
98. A reversible solid-state surface-catalyzed excitation-transfer reactor encapsulation: a catalytic collector; and an excited-emission nucleus, the excitation of which surrounds the structure, associated with an associated excitation-band structure with the catalytic collector. Where one or more energy analyzes occur in the reaction of the adsorbed material occurring in the associated catalytic collector, where the emitted nuclear excitation occurs and is converted into one or more forms of energy analysis. Converted to excitation and transported to excited emission nuclei; and at what point the energy analysis was applied to the excited emission nuclei, emission nuclei excitation, transported emissive nuclei excitation excited,
Create an emission nuclear excitation that is transported to the adsorbent at the catalytic collector where it energizes the excitation that causes the reaction stimulus at the catalytic collector;
【請求項99】 励起放出核に適用されたエネルギ解析がパルス型電力であ
る請求項98で要求される装置。
99. The apparatus as claimed in claim 98, wherein the energy analysis applied to the excited emission nuclei is pulsed power.
【請求項100】 反応刺激がホットキャリヤを発生させる請求項98で要求
される装置。
100. The apparatus as claimed in claim 98, wherein the reactive stimulus generates hot carriers.
【請求項101】 ホットキャリヤがさらに追加反応を刺激することとする
請求項100に記載の装置。
101. The apparatus of claim 100, wherein the hot carrier further stimulates an additional response.
【請求項102】 刺激的な反応、包括の方法; 励起放出核の中の食用のホットキャリヤ、触媒作用のコレクタに連絡した励起放
出核のダイオードへのパワーを適用するのによる励起放出核; ダイオードで触媒の材料を持っている触媒作用のコレクタに起こるホットキャリ
ヤを輸送する; それらが触媒作用のコレクタの表面、存在が反応物質に露出した表面に輸送され
ている間、熱く触媒の物質的なそのようなもののホットキャリヤが残っている厚
さの特性を操作すること。
102. Excitatory reaction, method of encapsulation; edible hot carriers in excited emission nuclei, excited emission nuclei by applying power to a diode of the excited emission nuclei in contact with a catalytic collector; diodes. Transports the hot carriers that occur in the catalytic collector having the catalytic material at; while they are transported to the surface of the catalytic collector, the surface whose presence is exposed to the reactants, the hot and catalytic material Manipulating the thickness properties of such hot carrier remaining.
【請求項103】 請求項102の方法。(電力パルスは、斜めにダイオー
ドを進めるためにそれで適用される)。
103. The method of claim 102. (The power pulse is then applied to advance the diode diagonally).
【請求項104】 請求項102の方法。そこでは、持続時間がホットキャ
リヤの最も長い送られた励起状態の生涯より短い状態で適用されたパワーが電力
パルスを含む。
104. The method of claim 102. There, the applied power with a duration shorter than the lifetime of the longest delivered excited state of the hot carrier comprises a power pulse.
【請求項105】 請求項102の方法。そこでは、持続時間がポラリトン
州の生涯より短い状態で適用されたパワーが電力パルスを含む。
105. The method of claim 102. There, the applied power includes a power pulse with a duration less than the lifetime of Polariton.
【請求項106】 請求項102の方法。そこでは、適用されたパワーが持
続時間に従った1ナノセカンドの電力パルスを含む。
106. The method of claim 102. There, the applied power comprises one nanosecond power pulse according to duration.
【請求項107】 請求項102の方法。そこでは、適用されたパワーが1/
2未満のデューティサイクルに従った電力パルスを含む。
107. The method of claim 102. Where the applied power is 1 /
Includes power pulses with a duty cycle less than 2.
【請求項108】 請求項102の方法。そこでは、どのガスの反応物質が
使い果たされた反応物質の表面を補給することができるか間、繰返し時間が匹敵
しているか、または平均時間より少ない状態で適用されたパワーが電力パルスを
含む。
108. The method of claim 102. There, the applied power with a repetition time comparable to or less than the average time during which which reactant of the gas can replenish the surface of the exhausted reactant causes a power pulse. Including.
【請求項109】 請求項102の方法。そこでは、繰返し率が50メガヘル
ツより高い状態で適用されたパワーが電力パルスを含む。
109. The method of claim 102. There, the applied power comprises power pulses with repetition rates higher than 50 MHz.
【請求項110】 請求項102の方法。(反応物質は部分的な圧力に、1つ
以下の単分子層が触媒の材料の表面のそれぞれの反応物質のために形成するその
ようなものをそれで持っている)。
110. The method of claim 102. (The reactants have such that at partial pressure no more than one monolayer forms for each reactant on the surface of the material of the catalyst).
【請求項111】 請求項102の方法。(少なくとも反応物質の1つはそれ
でガスである)。
111. The method of claim 102. (At least one of the reactants is a gas in it).
【請求項112】 請求項102の方法。(方法はさらにそこのである:) 反応物質を持ちながら、触媒作用のコレクタの1つ以上の電子密度を吸着物質触
媒システムの1つ以上の励起帯構造のエネルギ解析変遷の選択された飛程に変更
すること。
112. The method of claim 102. (The method is further there :) While having a reactant, one or more electron densities of the catalytic collector are adsorbed to the selected range of energy analysis transitions of one or more excitation band structures of the catalytic system. To change.
【請求項113】 請求項112の方法。そこでは、変更が1種類以上の触
媒のmonolayeraを形成するのを含んでいる。
113. The method of claim 112. There, modification involves forming a monolayera of one or more catalysts.
【請求項114】 請求項112の方法。そこでは、変更が1かさらに命令
された電子反射的な構造を反応物質に露出される表面に形成するのを含んでいる
114. The method of claim 112. There, the modification involves forming one or more ordered electron-reflecting structures on the surface exposed to the reactants.
【請求項115】 請求項112の方法。そこでは、変更が表面の反射的な
構造が反応物質に露出した1つ以上の命令された穴を形成するのを含んでいる。
115. The method of claim 112. There, modification involves the formation of one or more ordered holes in which the reflective structure of the surface is exposed to the reactants.
【請求項116】 請求項112の方法。そこでは、変更が薄膜電子干渉計
の1つ以上の熱い電子ファブリ-ペローモードを形成するのを含んでいる。
116. The method of claim 112. There, the modification involves forming one or more hot electron Fabry-Perot modes of the thin film electron interferometer.
【請求項117】 請求項112の方法。そこでは、変更が1つ以上の触媒
金属monolayeraを形成するのを含んでいる。
117. The method of claim 112. There, the modification involves forming one or more catalytic metal monolayers.
【請求項118】 請求項112の方法。そこでは、変更が1〜1に100の触
媒金属単原子層を形成するのを含んでいる。
118. The method of claim 112. There, the modification involves forming from 1 to 100 catalytic metal monolayers.
【請求項119】 請求項112の方法。そこでは、変更が1つ以上の整数
触媒金属単原子層を形成するのを含んでいる。
119. The method of claim 112. There, the modification involves forming one or more integer catalytic metal monoatomic layers.
【請求項120】 請求項112が多くの電子経路反射を引き起こす方法。
(そこでは、変更が1つ以上の電子干渉計構造を形成するのを含んでいる)。
120. The method of claim 112 causing many electron path reflections.
(Where changes include forming one or more electronic interferometer structures).
【請求項121】 請求項101の方法。そこでは、方法が反応物質に1つ
以上の消費してよい添加物を加えるのをさらに含む。
121. The method of claim 101. There, the method further comprises adding to the reactants one or more consumable additives.
【請求項122】 請求項121の方法。そこでは、消費してよい添加物が
1つ以上の触媒の材料を含む。
122. The method of claim 121. Where the additives that can be consumed are
Contains one or more catalytic materials.
【請求項123】 請求項121の方法。そこでは、消費してよい添加物が
1つ以上の反応促進剤の材料を含む。
123. The method of claim 121. Where the additives that can be consumed are
Includes one or more reaction promoter materials.
【請求項124】 請求項121の方法。そこでは、消費してよい添加物が
1つ以上の反応減速装置の材料を含む。
124. The method of claim 121. Where the additives that can be consumed are
Includes one or more reaction moderator materials.
【請求項125】 請求項102の方法。そこでは、反応物質が炭化水素チ
ェーンを含んでいる。
125. The method of claim 102. There, the reactants include hydrocarbon chains.
【請求項126】 請求項102の方法。(反応物質は触媒作用のコレクタ
の上の1個以上の化合物をそれに預ける)。
126. The method of claim 102. (The reactant deposits on it one or more compounds on the catalytic collector).
【請求項127】 請求項102の方法。そこでは、反応物質が触媒作用の
コレクタを形成する1個以上の化合物を含んでいる。
127. The method of claim 102. There, the reactants contain one or more compounds that form the catalytic collector.
【請求項128】 請求項102の方法。(反応はそれでホットキャリヤ原
因による表面爆発を刺激した)。
128. The method of claim 102. (The reaction thus stimulated a surface explosion due to hot carriers).
【請求項129】 請求項102の方法。(反応はそれでホットキャリヤ原
因によるautocatalyzed連鎖反応を刺激した)。
129. The method of claim 102. (The reaction thus stimulated an autocatalyzed chain reaction due to hot carrier causes).
【請求項130】 反応物質の気化熱でダイオードを冷やすのをさらに含む
請求項102の方法。
130. The method of claim 102, further comprising cooling the diode with heat of vaporization of the reactants.
【請求項131】 ソリッドステートの表面触媒作用法励起移乗反応装置包
括: 触媒作用のコレクタ; そして、励起帯構造が励起放出核に適用されたエネルギ解
析が1つ以上の放出核励起を作成する触媒作用のコレクタと共に関連している励
起帯構造と結合される励起放出核、放出核励起は刺激的な反応を触媒作用のコレ
クタの中の輸送された放出核励起が触媒作用のコレクタで励起に通電する反応物
質、励起に輸送した。
131. Solid state surface catalyzed excitation transfer reactor encapsulation: a catalytic collector; and a catalyst whose excitation band structure is applied to excited emission nuclei to produce one or more emission nuclei excitations Excited emission nuclei coupled with the associated excitation band structure together with the action collector, emission nuclei excitation is a stimulating reaction transported emissive nuclei excitation in the catalyzed collector conducts excitation in the catalyzed collector The reactants that are transported to the excitation.
【請求項132】 放出核励起が少数キャリアを含む請求項131で要求さ
れる装置。
132. The device as claimed in claim 131, wherein the emitted nuclear excitation comprises minority carriers.
【請求項133】 放出核励起がホットキャリヤを含む請求項131で要求
される装置。
133. The apparatus of claim 131, wherein the emitted nuclear excitation comprises hot carriers.
【請求項134】 ソリッドステートの表面触媒作用法励起移乗反応装置
包括: 触媒作用のコレクタ; そして、励起帯構造が放出核励起が発生する関連している
触媒作用のコレクタに起こっている吸着物質の反応で励起の1パルス以上が1か、
より多くの2番目の励起に変換されて、励起放出核に輸送される触媒作用のコレ
クタと共に関連している励起帯構造と結合されて、1つ以上の形式のエネルギ解
析に変換される励起放出核。
134. Solid state surface catalyzed excitation transfer reactor encapsulation: a catalytic collector; and an excited band structure of the adsorbed material occurring at the associated catalytic collector where the emission nuclear excitation occurs Is 1 or more pulse of excitation in the reaction 1,
Excited emission that is converted to more secondary excitation and combined with the associated excitation band structure along with the catalytic collector that is transported to the excited emission nucleus and converted to one or more forms of energy analysis Nuclear.
【請求項135】 請求項134の装置。そこでは、反応物質がガスの反
応物質を含んでいる。
135. The apparatus of claim 134. There, the reactants include gaseous reactants.
【請求項136】 請求項134の装置。そこでは、励起のパルスが興奮し
ている反応物質分子振動を含む。
136. The apparatus of claim 134. There, the pulse of excitation includes the excited reactant molecular vibrations.
【請求項137】 請求項134の装置。そこでは、吸着物質の反応が触媒
作用のコレクタの表面に起こる。
137. The apparatus of claim 134. There, the reaction of the adsorbed material takes place on the surface of the catalytic collector.
【請求項138】 請求項134の装置。(吸着物質の反応は触媒作用のコ
レクタの表面と共にそれで起こる)。
138. The apparatus of claim 134. (The reaction of the adsorbed material takes place therewith with the surface of the catalytic collector).
【請求項139】 請求項134の装置。そこでは、放出核励起がホットキ
ャリヤを含む。
139. The apparatus of claim 134. There, the emitted nuclear excitation comprises hot carriers.
【請求項140】 請求項134の装置。そこでは、放出核励起が少数キャ
リアを含む。
140. The apparatus of claim 134. There, the emitted nuclear excitation contains minority carriers.
【請求項141】 請求項140の装置。そこでは、1か、より多くの2番目
の励起がホットキャリヤを含む。
141. The apparatus of claim 140. There, one or more second excitations contain hot carriers.
【請求項142】 放出核励起が共鳴トンネルによって輸送されるエネルギ
解析を含む請求1で要求される装置。
142. The apparatus as claimed in claim 1, wherein the emitted nuclear excitation comprises an energy analysis carried by a resonant tunnel.
【請求項143】 全く同じである請求1で要求される装置、触媒の材料、
およびpn接合ダイオードの電極。そこでは、触媒作用のコレクタがさらに触媒を
含んでいる。
143. The apparatus, catalyst material, as claimed in claim 1, being exactly the same
And pn junction diode electrodes. There, the catalytic collector further comprises the catalyst.
【請求項144】 請求項70の方法であり、ホットキャリヤがどの点で放
出核の電子と励起バンドであるかはその伝導帯である。
144. The method according to claim 70, wherein the point at which the hot carrier is the electron and excitation band of the emission nucleus is its conduction band.
【請求項145】 請求項70の方法であり、ホットキャリヤがどの点で放
出核の穴と励起バンドであるかはその価電子帯である。
145. The method according to claim 70, wherein the point at which the hot carrier is the hole and the excitation band of the emission nucleus is its valence band.
【請求項146】 請求項72の方法。(方法はさらにそこのである:) 吸着物質反応物質を持ちながら吸着物質触媒システムの選択された励起帯構造を
合わせるように触媒作用のコレクタの材料の州の1つ以上の電子密度を変更する
こと。
146. The method of claim 72. (The method is further there :) Modifying the electron density of one or more of the states of the material of the catalytic collector to match the selected excitation band structure of the adsorbent catalyst system while having the adsorbent reactant .
【請求項147】 請求項78が多くの穴の反射を引き起こす方法。(そこ
では、変更が1つ以上の電子干渉計構造を形成するのを含んでいる)。
147. The method in which claim 78 causes the reflection of many holes. (Where changes include forming one or more electronic interferometer structures).
【請求項148】刺激的な反応、包括の方法: 励起放出核のダイオードへのパワーを適用して、励起放出核は触媒作用のコレク
タに連絡して適用する; 励起放出核の中の創造ホットキャリヤ; 共鳴トンネルを使用するのによる触媒作用のコレクタの励起帯構造へのホットキ
ャリヤの注入管励起エネルギー; 励起エネルギーの共鳴トンネルが少なくとも競争、エネルギー損の3%が評定する
励起放出核と触媒作用のコレクタの間のエネルギー移動速度を経験するように、
触媒作用のコレクタの注入管の材料の厚さの特性を抑制すること。
148. Excitatory reaction, method of encapsulation: Applying power to a diode of an excited emission nucleus, the excited emission nucleus is contacted and applied to a catalytic collector; Creation hot in the excited emission nucleus Carrier; injection of hot carriers into the collector's excitation band structure for catalysis by using resonance tunnels; tube excitation energy; resonance tunnel of excitation energy is at least competitive, excited emission nuclei and catalysis rated by 3% of energy loss To experience the speed of energy transfer between collectors of
Suppressing the thickness property of the material of the injection tube of the catalytic collector.
【請求項149】 請求項148の方法、どの点で、触媒作用のコレクタの
a伝導する注入管の材料のために200より少ないナノメートル(nm)に厚さを抑制す
る厚さの特性が含む抑制。
149. The method of claim 148, at which point in the catalytic collector.
a suppression of thickness properties to less than 200 nanometers (nm) due to the material of the injection tube conducting.
【請求項150】 請求項148の方法、どの点で、触媒作用のコレクタの
a非導電性注入管の材料のために10万より少ないナノメートル(nm)に厚さを抑制
する厚さの特性が含む抑制。
150. The method of claim 148, at which point in the catalytic collector.
a Suppression that the thickness property suppresses the thickness to less than 100,000 nanometers (nm) due to the material of the non-conductive injection tube.
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