KR101862183B1 - 광학 주파수 정류기를 위한 방법 및 장치 - Google Patents
광학 주파수 정류기를 위한 방법 및 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101862183B1 KR101862183B1 KR1020137012040A KR20137012040A KR101862183B1 KR 101862183 B1 KR101862183 B1 KR 101862183B1 KR 1020137012040 A KR1020137012040 A KR 1020137012040A KR 20137012040 A KR20137012040 A KR 20137012040A KR 101862183 B1 KR101862183 B1 KR 101862183B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- antenna
- coating
- electrode
- edge
- nanowire
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title description 20
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 53
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 47
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 83
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 abstract description 25
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 17
- 230000004044 response Effects 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 238000003491 array Methods 0.000 description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 6
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 4
- 238000004574 scanning tunneling microscopy Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 3
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004141 dimensional analysis Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 210000003976 gap junction Anatomy 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910021404 metallic carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000002416 scanning tunnelling spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
- H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
- H01Q1/248—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set provided with an AC/DC converting device, e.g. rectennas
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
- H01L31/108—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier being of the Schottky type
- H01L31/1085—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier being of the Schottky type the devices being of the Metal-Semiconductor-Metal [MSM] Schottky barrier type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
Abstract
본 발명은 입사 방사를 수신하여 DC 전류로 변환하기 위한 방법 및 장치이다. 방법은 뾰족한 에지를 갖는 터미널 팁을 갖는 안테나의 선택으로 시작한다. 안테나는 기판 및 제1 코팅으로 층을 이룬다. 제1 전극 및 금속/mCNT 안테나가 제1 코팅 상에 층을 이루고, 플라스몬 층이 그 다음에 부가된다. 한 측면에서 플라스몬 층 및 제1 코팅의 터미널 단부들에 의해 경계 지어지고 다른 측면에서 제2 전극 및 제2 코팅의 터미널 단부들에 의해 경계 지어지는 갭이 형성된다. 제2 전극은 기판 위에 층을 이루는 제2 코팅 위에 층을 이룬다. 안테나의 길이를 따라 AC 전류들의 세트가 유도된다. 그 다음에, 방법은 유도된 AC 전류들이 전계 방출을 위한 전압들을 생성하기에 충분히 큰지 여부를 계산한다. 전압들이 충분히 크면, 순방향 바이어스 및 역방향 바이어스가 개시된다. 이들 터널링 장벽들에서의 비대칭으로 인해, 외부 회로에 포지티브 네트 DC 전류가 전달된다.
Description
관련 출원들에 대한 교차 참조
이 출원은 2010년 1월 4일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 번호 제61/335,201호로부터 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에서 참조로 완전히 인용된다.
대표도
도 1a
발명의 분야
본 발명은 적외선으로부터 가시광선까지 더욱 효과적으로 방사를 채취(harvest)하기 위하여 광학 주파수 정류를 수행하기 위한 기법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 안테나 팁(antenna tip), 또는 패치 안테나들(patch antennas)과 같은 다른 모양으로 된 에지들의 기하학적 비대칭(geometric asymmetry)에 기초한 광학 주파수 정류의 기법에 관한 것이다.
마이크로파 영역에서, 전력 전송 및 검출을 위한 렉테나(rectenna)들의 이용들은 긴 역사를 갖고 있다. 애플리케이션들은 장거리 전력 비임(long distance power beaming); 신호 검출; 및 무선 제어 시스템들을 포함하였다. 마이크로파 전력의 효율적인 수신 및 정류를 위한 첫번째 수신 장치는 1960년대 초에 개발되었다.
점접촉 장치들(point-contact devices)(즉, 위스커(whisker) 다이오드들)은, 종래의 MIM 다이오드들보다 더 빠른 크기인, 펨토초(femto-seconds) 정도에서 응답 시간을 보여주는, 가시 스펙트럼의 녹색 부분까지 절대 주파수들의 측정에 이용되었다. 위스커 안테나들을 위한 나노와이어 기하학적 구조 이외에, 패치 안테나들(예를 들어, 마이크로스트립 안테나)의 이용은, 실제적인 장치에서 더욱 강건한 안정성을 제공하는, 확장된 입체 및 개방 기하학적 구조들(extended solid and open geometries)(예를 들어, 정사각형들, 직사각형들, 링들 또는 다른 것들)을 가질 수 있다.
또한, 패치 안테나는 개선된 안테나 특성들 및 출력을 가져올 수 있다(K.R. Carver and J.W. Mink, IEEE Trans. Antennas and Prop, AP-29, 1, 2 (1981) 참조). 또한, 금의 이러한 안테나 어레이들은 아이다호 국립 연구소(Idaho National Laboratory)에서 플렉시블 기판들 상에 제조되었다. 평면 구조는 더 간단한 제조를 요구해야 한다. 나노미터 갭 접합들(nanometer gap junctions)의 어레이들을 생산하는 것의 기술적인 어려움은 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD)을 이용하여 Gupta 및 Willis에 의해 최근에 극복되었다. Cu-진공-Cu 터널 접합들의 평면 어레이들(planar arrays of Cu-vacuum-Cu tunnel junctions)은 ~1nm의 터널 접합들을 산출하기 위해 ALD가 뒤따르는, 종래의 리소그래피 기법들을 이용하여 실리콘 웨이퍼들 상에 생산되었다.
Ag, Au 및 Cu 팁들을 이용하여 광학적으로 조사된 MVM 터널 접합들의 최근의 3-D 양자 기계적 컴퓨터 시뮬레이션들은, 가시 스펙트럼의 활동적인 녹색 부분에 대응하는, ~3eV에서 이들 물질들 내의 표면 플라스몬 공명(surface plasmonic resonances)으로 인해 개선된 정류 및 전류 출력을 예측한다. 텅스텐, 몰리브덴 또는 알루미늄과 같은 기저 안테나 구조 상의 이들 금속들의 얇은 층의 퇴적은 동일한 결과들을 산출해야 한다.
종래의 평면 MIM 다이오드와 달리, 제안된 장치에서의 정류 프로세스는 오로지 (및/또는 주로) 뾰족한 나노와이어/mCNT 팁의 기하학적 비대칭 때문일 수 있다. 마이크로스트립 또는 다른 형태의 패치 안테나에 생긴 면도기형 에지(razor like edge)가 또한 정류 프로세스를 위해 필요한 본질적인 기하학적 비대칭을 제공할 수 있다.
스펙트럼의 광학 주파수 부분에서 에너지의 효율적인 채취에 있어 주요한 과제들 중 하나는, 태양 에너지 스펙트럼의 가장 큰 부분을 포함하는, 스펙트럼 ~1015Hz의 가시 부분을 통해 적외선(IR)으로부터 정류할 광대역 장치의 개발이다. 현재 실리콘 기반 에너지 변환 장치들(광전지)은 전자기 스펙트럼의 더 낮은 에너지 부분으로 수집(collection)을 제한하는 협대역 장치들이다.
광학 주파수 정류를 위한 이러한 기법은 광전지(광자 에너지의 전기 에너지로의 변환), 태양 에너지를 전기로 변환하는 태양 전지(Paul H. Cutler에게 2010년 9월 21자로 발부된, APPARATUS AND SYSTEM FOR A SINGLE ELEMENT SOLAR CELL에 대한, 미국 특허 번호 제7,799,988호(이하 Cutler라고 함) 참조; 그 전체 내용은 이로써 참고로 인용됨), 열 또는 화학 에너지, 나노-포토닉스(nano-photonics), 근접장 광학(near field optics), 의학 및 화학 센서들을 포함하는 IR 감지 및 촬영을 포함하지만 그것으로 한정되지 않는 애플리케이션들을 갖는다(Optical antennas for nano-photonic applications, J. Alda, J. Rico-Garcia, J. Lopez-Alonso, and G. Boreman, Nanotechnology, vol. 16, pp. S230-4, 2005; 및 Optical Antennas, Palash Bharadwaj, Brad Deutsch, and Lukas Novotny, Adv. Opt. Photon. 1, 438 - 483 참조). 부가적인 애플리케이션은 정보의 광학 주파수 전송 및 수신과 에너지 변환이다. 이것은 전송된 정보의 밀도가 더 높은 주파수들에서 더 크기 때문에 중요하고, 사실상, 밀도는 주파수의 제곱으로 된다. 대기를 통한 전송에 대하여, 주파수가 증가함에 따라 손실들은 감소한다.
따라서, 채취를 위한 기본적으로 중요하고 중대한 양태들 중 하나는, 전자기 스펙트럼의 가시 부분으로 광학 정류를 실현하는 능력이다. 현재의 정류 장치들에 의하면, 가장 빠른 주파수 응답은 IR로 한정된다. 우리는 광학 정류를 위한 새로운 패러다임을 개발하였고, 전자기 스펙트럼의 가시 부분에서 오랫동안 구해온 실용적인 정류 장치를 위한 실현 가능성을 이론적으로 및 실험적으로 증명하였다.
종래 기술은 위에서 제기한 다수의 문제의 해결을 시도하였다. 예를 들어, Alvin M. Marks에게 1984년 4월 24일자로 발부된 DEVICE FOR CONVERSION OF LIGHT POWER TO ELECTRIC POWER에 대한 미국 특허 번호 제4,445,050호(이하 Marks-1이라고 함)는 광력의 전력으로의 직접 변환을 위한 장치를 제안하였다. Marks-1은 광선 광자들(light photons)을 흡수하기 위한 복수의 다이폴 안테나를 활용한다는 점에서, 본 발명은 Marks-1의 발명과 상이하다. 광선 광자들의 교류 전계(alternating electric field)는 다이폴 안테나 내의 전자들이 전력을 공진하고 흡수하도록 하는 데 활용된다. DC 전력은 복수의 안테나 및 연관된 정류 회로들로부터 도통하는 버스 바들(conducting busbars)에 축적된다.
부가적으로, Marks에게 1988년 1월 19일자로 발부된 FEMTO DIODE AND APPLICATIONS에 대한 미국 특허 번호 제4,720,642호(이하 Marks-2라고 함)는 일단에서 MIM 다이오드에 부착된 서브-마이크론 크기의 다이폴 안테나로 이루어지는 펨토초 정류 장치를 개시한다. Marks-2 장치는 기하학적 구조가 아니고 재료 선택들에 의존하는 종래의 평면 MIM 다이오드이다. Marks-2의 MIM 정류 장치에서, 장치의 응답 시간은 재료들의 선택에 의해 한정될 것이고 IR을 넘어서 확장하지 않는다는 것에 주목하는 것이 중요하다.
또한, Marks에 1986년 3월 4일자로 발부된, ORDERED DIPOLAR LIGHT-ELECTRIC POWER CONVERTER에 대한, 미국 특허 번호 제4,574,161호(이하 Marks-3이라고 함)는 광 흡수하는 전기적으로 도통하는 입자들이 그 안에 내장된 시트를 포함하는 광력 대 전력 변환기(light to electric power converter)를 교시한다. 입자들은 금속성일 수 있거나, 또는 켤레 탄소 체인(conjugate carbon chain)과 같은 전도성 분자일 수 있다. Marks-3의 전극들은 제자리에(in-situ) 형성되고 금속으로 되고 미리 결정된 패턴을 형성하는 염(salt)을 포함한다.
종래 기술에 의해 이해되지 않는 것은, 현재의 실리콘 기반 에너지 변환 장치들(광전지)은 스펙트럼의 더 낮은 에너지 부분으로 수집 및 변환을 제한하는 협대역 장치들이라는 것이다. 일반적으로, 종래의 렉테나들은 2개의 별개의 요소들인, 다이폴 안테나 플러스 MIM 또는 쇼트키 다이오드와 같은 별개의 정류 장치로 이루어진다. 따라서, 채취를 위한 기본적으로 중요하고 중대한 양태들 중 하나는, 태양 스펙트럼의 가시 부분으로의 광학 정류를 실현하는 능력이다. 현재의 정류 장치들에 의하면, 가장 빠른 주파수 응답은 IR로 한정된다.
부가적으로, 종래 기술의 다른 단점은, (기생 용량 효과들에 의해 제한되는) 종래의 평면 MIM 다이오드들의 제한된 주파수 응답의 문제이다.
Cutler는 입사 방사를 수신하여 DC 전류로 변환하는 데 요구되는 효율성을 많이(in great part) 해결할 수 있었다. 본 발명은 안테나 팁, 또는 패치 안테나들과 같은 다른 모양으로 된 에지들의 기하학적 비대칭에 기초하여 광전지 및 다른 애플리케이션들을 위한 광학 정류의 향상된 기법을 위한 필요성을 해결함으로써 Cutler의 성공에서 확장한다. 또한, 종래의 평면 MIM 다이오드들의 제한된 주파수 응답의 문제를 극복하기 위하여, 점접촉 나노와이어들/mCNT들, 및 패치 안테나들과 같은 다른 뾰족한 에지의 장치들과 그것들의 본질적인 빠른 응답 시간의 이용에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 양태는 적외선(IR) 내지 가시 스펙트럼을 포함하는 범위로부터의 방사를 DC 전류로 변환하기 위한 효율적이고 새로운 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 양태는 나노와이어들로부터 만들어진 단일 요소 렉테나(즉, 마이크로파 영역에서 우선 이용되는 결합 안테나 및 정류 다이오드), 또는 다른 적절한 모양으로 된 안테나 또는 금속성 탄소 나노튜브들(metallic carbon nanotubes; mCNTs)을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 양태는 수신 안테나와 점접촉 또는 뾰족한 에지의 정류 장치 둘다로서 동시에 작용하는 렉테나를 제공하는 것이다.
본 발명은 입사 방사를 수신하여 DC 전류로 변환하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 안테나 팁, 또는 패치 안테나들에서와 같은 다른 모양으로 된 에지들의 기하학적 비대칭에 기초한 광학 주파수 정류의 기법에 관한 것이다. 방법은 터미널 팁(terminal tip)을 갖는 안테나의 선택으로 시작한다. 팁은 뾰족한 에지를 갖고, 안테나는 입사 방사를 수신할 수 있다. 렉테나는 하나의 에지가 기하학적으로 비대칭인 터널 접합의 부분인 팁 또는 뾰족한 에지의 구조에 의해 종단되는 수신 안테나(예를 들어, 패치 안테나 또는 나노와이어 또는 mCNT)로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 입사 방사를 수신하여 DC 전류로 변환하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 방법은 터미널 팁을 갖는 안테나에 대한 적절한 실시예를 선택하는 것으로 시작하는 복수의 단계들을 포함한다. 팁은 뾰족한 에지를 갖고, 안테나는 입사 방사를 수신할 수 있다. 안테나는 적절한 실시예를 생성하기 위해 층을 이룰 수 있다(이룬다).
층을 이루는 것(layering)은, 기판을 선택하고, 제1 코팅이 그의 길이를 따라 기판의 근위의 에지로부터 어느 정도(partway) 확장되도록 기판 상에 제1 코팅을 제1 계층화하는 것(first layering)을 포함한다. 제1 전극이 제1 코팅의 길이를 따라 제1 코팅의 근위의 에지로부터 어느 정도 확장되도록 제1 코팅 상에 층을 이룬다. 그 다음에, 금속성 안테나가 제1 전극의 말단 에지로부터 제1 코팅의 말단 에지를 따라 그 위로 넘어서 확장되도록 제1 코팅 상에 층을 이룬다. 안테나를 위한 금속은 텅스텐, 몰리브덴, 니켈, 금, 알루미늄, 구리, 및 은을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
그 다음에, 금, 구리, 은 또는 원하는 특성들을 갖는 다른 적절한 재료의 플라스몬 층이 제1 전극의 말단 에지로부터 금속성 안테나의 말단 에지를 따라 그 위로 넘어서 확장되고 금속성 안테나를 덮기 위해 말단에서 아래로 확장되도록 금속성 안테나의 꼭대기 상에 부가된다. 한쪽에 플라스몬 층 및 제1 코팅의 터미널 단부들(terminal ends), 및 다른쪽에 제2 전극 및 제2 코팅의 터미널 단부들에 의해 경계 지어지는(bounded) 갭이 형성된다. 제2 전극은 제2 코팅 위에 층을 이루고, 제2 코팅은 차례로 기판 위에 층을 이룬다.
안테나의 길이를 따라 AC 전류들의 세트가 유도된다. 그 다음에, 방법은 갭 양단의 결과로서 생긴 유도된 AC 전압들이 전계 방출을 위해 충분히 큰지 여부를 계산해야 한다. 전압들이 충분히 크면, 안테나 팁에서의 기하학적 비대칭에 기초하여 순방향 바이어스 및 역방향 바이어스가 개시된다. 그 다음에, 외부 회로로 포지티브 네트 DC 전류(positive net DC current)가 향해진다.
본 발명의 상기, 및 다른 양태들, 특징들 및 이점들은 첨부 도면들과 함께 다음의 설명을 읽으면 명백해질 것이고, 첨부 도면들에서 동일한 참조 번호들은 동일한 요소들을 지정한다.
도 1a는 여기서는 점접촉 나노와이어/mCNT 접합(또는 도 1b에 더욱 명백하게 가시화된 뾰족한 에지의 패치 안테나)이 도시되는, 터널 접합의 비대칭을 입사 방사에 제공하도록 구성된 렉테나의 투시도이다.
도 1b는 여기서는 뾰족한 에지의 패치 안테나 접합이 도시되는, 터널 접합의 비대칭을 입사 방사에 제공하도록 구성된 렉테나의 투시도이다.
도 2a는 EM 방사가 안테나에 입사하는 본 발명의 방법의 흐름도이다.
도 2b는 도 2a의 흐름도의 계속이다.
도 2c는 순방향 바이어스 하에서 본 발명의 예시적인 실시예의 터널링 접합의 표현을 도시한다.
도 2d는 역방향 바이어스 하에서 본 발명의 예시적인 실시예의 터널링 접합의 표현을 도시한다.
도 2e는 전계 라인들을 포함하는, 본 발명의 예시적인 실시예의 점접촉 접합을 도시한다.
도 3은 패치 안테나를 이용하는, 도 1의 렉테나의 전극 및 콜렉터 전극 어셈블리의 블록도이다.
도 4는 패치 안테나를 이용하는, 도 1의 렉테나의 전극-대-전극 흐름의 블록도이다.
도 5는 안테나 팁의 측면도이고, 패치 안테나를 이용하는 본 발명의 계층화된 기판들을 예시한다.
도 6은 입사 파장이 점접촉 접합을 만날 때의 입사 파장의 충격의 도면이고, 여기서는 도면을 단순화하기 위하여 오직 하나의 나노와이어/mCNT가 도시되어 있다.
도 7은 정류 기법의 이용을 통한 안테나의 팁에서의 광 에너지의 변환의 수정된 회로도이다.
도 8은 본 발명을 활용한 안테나에서 캡처되는 입사 방사의 수정된 관계도이고, 복수의 나노와이어/mCNT 및 외부 부하가 도시되어 있다.
도 9는 팁에서 발생된 정류된 전류와 안테나 팁 샘플 거리 사이의 관계를 예시하는 점 분산 그래프이다.
도 10은 정류 비율에 대한 팁 반경의 영향의 그래프이다.
도 1b는 여기서는 뾰족한 에지의 패치 안테나 접합이 도시되는, 터널 접합의 비대칭을 입사 방사에 제공하도록 구성된 렉테나의 투시도이다.
도 2a는 EM 방사가 안테나에 입사하는 본 발명의 방법의 흐름도이다.
도 2b는 도 2a의 흐름도의 계속이다.
도 2c는 순방향 바이어스 하에서 본 발명의 예시적인 실시예의 터널링 접합의 표현을 도시한다.
도 2d는 역방향 바이어스 하에서 본 발명의 예시적인 실시예의 터널링 접합의 표현을 도시한다.
도 2e는 전계 라인들을 포함하는, 본 발명의 예시적인 실시예의 점접촉 접합을 도시한다.
도 3은 패치 안테나를 이용하는, 도 1의 렉테나의 전극 및 콜렉터 전극 어셈블리의 블록도이다.
도 4는 패치 안테나를 이용하는, 도 1의 렉테나의 전극-대-전극 흐름의 블록도이다.
도 5는 안테나 팁의 측면도이고, 패치 안테나를 이용하는 본 발명의 계층화된 기판들을 예시한다.
도 6은 입사 파장이 점접촉 접합을 만날 때의 입사 파장의 충격의 도면이고, 여기서는 도면을 단순화하기 위하여 오직 하나의 나노와이어/mCNT가 도시되어 있다.
도 7은 정류 기법의 이용을 통한 안테나의 팁에서의 광 에너지의 변환의 수정된 회로도이다.
도 8은 본 발명을 활용한 안테나에서 캡처되는 입사 방사의 수정된 관계도이고, 복수의 나노와이어/mCNT 및 외부 부하가 도시되어 있다.
도 9는 팁에서 발생된 정류된 전류와 안테나 팁 샘플 거리 사이의 관계를 예시하는 점 분산 그래프이다.
도 10은 정류 비율에 대한 팁 반경의 영향의 그래프이다.
이제 첨부 도면들에 예시되어 있는 본 발명의 몇몇 실시예들에 대해 상세하게 참조가 이루어질 것이다. 가능한 모든 경우에, 동일한 또는 유사한 부분들 또는 단계들을 가리키기 위해 동일한 또는 유사한 참조 번호들이 도면들 및 설명에서 이용된다. 도면들은 단순화된 형태로 되어 있고 정확한 스케일로 되어 있지 않다. 오직 편의 및 명백함의 목적으로, 도면들과 관련하여 꼭대기, 바닥부, 위, 아래, 위에, ~보다 위에, 및 ~보다 아래에 등의 지향성 용어들이 이용될 수 있다. 이들 및 유사한 지향성 용어들은 임의의 방식으로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 단어들 "접속하다(connect)", "결합하다(couple)", 및 그것들의 활용 형태들(inflectional morphemes)을 갖는 유사한 용어들은 반드시 직접 및 즉시 접속들을 나타내지는 않고, 중개 요소들 또는 장치들을 통한 접속들도 포함한다.
먼저 도 1a 및 1b를 보면, 본 발명을 지원할 수 있는 안테나들이 도시되어 있다. 본 발명에서는, 단일 요소가 전자기 스펙트럼의 가시 부분의 부분들로의 응답 시간을 갖는 것이 증명된 정류 장치와, 수신 안테나 둘다로서 작용한다. 도 1a에서, 이 점접촉형 장치(point contact-like device)는 평면 기판들 상의 나노와이어들/mCNT들로 이루어진다(도 6 및 8 참조). 본 발명은 이들 점접촉형 장치들의 파장 의존 사이징된 수직 어레이들(wavelength dependent sized vertical arrays)을 활용한다. 제안된 점접촉 장치에서, 나노와이어, 또는 mCNT는 콜렉팅 전극과 MVM, 또는 MIM, 접합 장벽을 형성한다. 장벽을 통한 전하 수송이 터널링을 통해 일어난다. 도 1b에서, 렉테나는 정류 터널링 접합을 갖는 뾰족한 에지의 패치 안테나이다.
도 1a 및 1b와 관련하여, 렉테나 장치(140)는 복수의 나노와이어/mCNT(190)를 갖는다. 정류된 DC 전류를 활용 및/또는 저장하기 위해 외부 부하(196)가 렉테나(140)에 접속된다.
입사 방사(180)로부터의 광자들이 나노와이어/mCNT(190)에 도달할 때, 그것은 광자들을 흡수한다. 점접촉 나노와이어/mCNT(190)의 길이가 입사 방사(180)보다 수(several) 파장 더 큰(약 1-10 파장 정도 더 큰) 적외선 및 광학적 영역들에서, 나노와이어/mCNT(190)는 나노와이어/mCNT가 입사 방사의 파장의 1/4과 같은 적절한 길이와 같을 때에 효율적인 안테나로서 작용할 것이다.
다이오드 안테나 길이, 전기 전도성, 광학적 반사도 및 부하 임피던스의 적절한 선택은 고주파수 다이오드의 수신 특성들을 향상하고, 전력 흡수, 및 그에 따른 전류 방출의 세기, 또는 대응하여, 렉테나(140)에서의 출력 전력을 최적화하기 위해 이용될 수 있다.
나노와이어/mCNT(190)에 의해 흡수된 에너지는 전자 전하 캐리어들을 나노와이어/mCNT(190)의 뾰족한 에지로 이동시키고, 이 전하는 나노와이어/mCNT(190)에 AC 전압을 설정한다. 점접촉 접합(188)의 기하학적 비대칭은 터널링 접합을 통과하는 AC 전류의 정류를 야기한다. 일단 전류가 정류되었다면, 콜렉터 전극(198)의 투명한 전도성 층은 정류된 DC 전류를 수집한다. 콜렉터 전극(198)으로부터, DC 전류는 이용가능한 에너지를 이용 및/또는 저장하기 위해 외부 부하(196)에 결합된다. 이러한 식으로, 금속성 나노와이어/mCNT(190)는 방사를 흡수하기 위해 수신 안테나로서 작용함으로써, 나노와이어/mCNT(190)에 교류 전압을 발생하고, 이것은 그 다음에 DC 전압을 생성하기 위해 점접촉 접합(188)에서 정류된다.
도 2a는 EM 방사가 안테나에 입사하는 본 발명의 방법의 흐름도이다.
방법 흐름은 가시 방사의 정류가 개시되는 단계(200)에서 시작한다. 단계(200)로부터, 방법은 입사 방사가 렉테나로 향하는 단계(202)로 흐른다. 렉테나는 안테나에 의해 수집된 방사를 위한 기하학적으로 비대칭인 금속 진공/금속 접합(갭 거리 s를 가짐)의 부분인 팁 또는 뾰족한 에지의 구조에 의해 종단되는 하나의 에지를 갖는 수신 안테나(예를 들어, 그의 3개의 주요 치수들에 의해 특징화되는 패치 안테나)로 이루어진다.
패치 안테나, 위스커 안테나, 또는 뾰족한 에지 코팅(예를 들어, 다이아몬드, BN, GaN, AlN, AlGaN 및 Cs)을 갖는 렉테나와 같은 적절한 실시예의 선택은 단계(204)에서 행해진다. 코팅은 개선된 전자 방출을 허용하는 순방향 터널링 장벽의 크기를 줄인다. 위스커 안테나에 의해 이용되는 나노와이어 기하학적 구조 이외에, 다른 실시예들은 IR 및 더 높은 주파수들로 동작하고 확장된 입체 및 개방 기하학적 구조들(예를 들어, 정사각형, 직사각형, 임의의 n개의 측면이 있는 구조 또는 다른 것들)을 가질 수 있는 패치 안테나들을 이용한다. 이들 렉테나 장치들은 더욱 강건한 안정성을 제공한다.
또한, 패치 안테나들은 개선된 동작 안테나 특성들 및 출력을 가져온다. 금의 이러한 안테나 어레이들이 아이다호 국립 연구소(Idaho National Laboratory)에서 플렉시블 기판들 상에 제조되었다. 나노미터 갭 접합들의 어레이들을 생산하는 기술적인 어려움은 원자층 증착(ALD)을 이용함으로써 최근에 극복되었다. Cu-진공-Cu 터널 접합들의 평면 어레이들은 ~1nm의 터널 접합들을 산출하기 위해 ALD가 뒤따르는, 종래의 리소그래피 기법들을 이용하여 실리콘 웨이퍼들 상에 생산되었다(R. Gupta and B.G. Willis, Appl. Phys Lett. 90, 253102 (2007) 참조).
단계(204)로부터, 방법 흐름은 단계(208)에서 문의로 진행하기 전에 안테나가 확립되는 단계(206)로 진행한다.
단계(208)에서, 흐름은 방사 스펙트럼이 좁은지 여부에 관해 문의한다. 문의에 대한 응답이 "예"이면, 방법 흐름은 기하학적 파라미터들이 피크 파장을 결정하기 위해 공진과 매칭되는 단계(212)로 진행한다. 단계(212)로부터, 방법 흐름은 단계(214)로 진행한다. 그러나, 단계(208)에서 문의에 대한 응답이 "아니오"이면, 흐름은 단계(214)로 흐름이 진행하기 전에 기하학적 파라미터들이 에너지 흡수 및 에너지 밀도에 기초하는 단계(210)로 진행한다.
단계(214)에서, 갭은 입사 방사에 의해 제공되는 스펙트럼 내의 최고 주파수에 응답하기에 충분히 작다. 갭 거리는 전계 반전(field reversal) 이전에 전자들이 장벽을 통과하기에 터널링 시간이 충분하도록 설계된다. 나노와이어/mCNT 및 다른 뾰족한 에지의 기하학적 장치들은 본질적인 빠른 응답 시간(펨토초까지)을 갖는다. 렉테나 장치들은 이들 렉테나들의 파장 의존 사이징된 어레이들을 이용한다. 렉테나 장치에서, 나노와이어/mCNT 또는 다른 실시예들은 콜렉팅 전극과 점접촉 또는 뾰족한 에지의 MVM 또는 MIM 접합 장벽을 형성한다. 장벽을 통한 전하 수송은 터널링을 통한다. 기생 용량 효과들로 인한 종래의 평면 MIM 다이오드들의 제한된 주파수 응답의 문제는 이들 감소된 면적의 점접촉 나노와이어/mCNT, 또는 뾰족한 에지의 장치들의 이용에 의해 극복된다.
단계(214)로부터, 방법 흐름은 AC 전류들이 안테나의 길이를 따라 유도되는 단계(216)로 진행한다. 그 다음에 흐름은 도 2b에 도시된 바와 같이 단계(218)에서 방법 흐름에 재진입하기 위해 경로 A를 따라 진행한다.
도 2b를 보면, 경로 A가 단계(218)로 진행하는 도 2a의 흐름도의 계속이 도시되어 있다. 단계(218)에서, AC 전류들은 기하학적으로 비대칭인 터널링 접합의 꼭대기 또는 에지에서 진동하는(oscillating) 전하들을 생성하고, 이것은 단계(220)에서, 팁 또는 에지의 구성된 기하학적 구조로 인해 개선된 전계를 야기한다. 터널 접합에서의 진동하는 전하는 단계(222)에서 갭 양단의 AC 전압을 유도한다.
방법 흐름은 단계(222)로부터 단계(224)에서의 문의로 진행하고, 여기서 유도된 전계가 전계 방출을 위해 충분히 큰지를 질문한다. 문의에 대한 응답이 "아니오"이면, 실시예는 도 2a에 도시된 바와 같이 단계(204)에서 방법 흐름에 재진입하기 위해 경로 B를 따라 이동하기 전에 단계(226)에서 수정된다. 그러나, 단계(224)에서의 문의에 대한 응답이 "예"이면, 흐름은 기하학적 비대칭으로 인해, 정류가 야기되는 순방향 및 역방향 바이어스를 위한 전위 장벽들 사이의 차이가 존재하는 단계(228)로 진행한다.
단계(230)로부터, 방법 흐름은 바이어스가 순방향 또는 역방향인지에 따라 단계(232) 또는 단계(234)로 진행하기 전에 단계(230)에서 "바이어스 참조(bias reference)"를 한다. 단계(230)에서의 바이어스 참조는 도 2c, 2b 및 2d(아래 더 논의됨)를 봄으로써 알 수 있다.
단계(232)에서, 순방향 바이어스는 균일한 전계 경우에 비해 오목한 장벽을 야기하는 카운터 전극에 대해 팁 또는 에지 돌출부에서 전계 증강을 야기한다. 단계(234)에서, 역방향 바이어스는 균일한 전계 경우에 비해 볼록한 장벽을 야기하는 팁에서의 전계의 기하학적으로 요구되는 하락(fall-off)을 야기한다.
평면 기하학적 구조는 1의 정류 비율을 갖는다. 단계(232)에서, 순방향 바이어스는 오목한 전위 장벽을 야기하는 반면, 단계(234)에서, 전위 장벽은 볼록하고, 이것은 순방향 및 역방향 터널링 전류들에서의 비대칭 및 따라서 1보다 큰 정류 비율을 가져온다. 물론, 정류 프로세스는 온도 또는 재료 비대칭 및 다른 기하학적 요인들에 의해 개선될 수 있다.
단계들(232 및 234)로부터, 방법 흐름은 네트 DC 전류 및 전력이 외부 회로에 전달되도록 순방향 전류가 역방향 전류를 초과하는 단계(236)로 진행한다. 방법 흐름은 그 다음에 단계(238)에서 종료된다.
나노와이어/mCNT 점접촉 다이오드(140)에서의 정류는 상이한 재료들의 활용뿐만 아니라 다이오드 구조의 기하학적 비대칭으로부터 생긴다. 이러한 기하학적 비대칭은 도 2c 및 도 2d에 도시되고, 인가된 전기 바이어스에 대해, (심지어 동일한 금속들에 대해서도) 순방향 및 역방향의 전류들은 동일하지 않은데, 그것은 기하학적으로 유도된 비대칭 터널링 장벽들이 비대칭적 순방향 및 역방향 터널링 전류들을 초래하기 때문이다. 도 2c 및 2d에 도시된 바와 같이, 순방향 바이어스에 대해서, 오목한 전위 장벽(32)은 에지(34)와 베이스(30) 사이에 역방향 바이어스 볼록 전위 장벽(36)과 대칭이 아니다. 이 정류는 에지(34) 및 베이스(30)의 재료 비대칭을 제공함으로써, 그리고 에지 반경 및 에지-베이스(애노드) 간격과 같은 접합의 다른 물리적 파라미터들을 변경함으로써 더 개선될 수 있다. 이것은, 단지 접합에서의 진공 간격의 원자 스케일 제어(atomic scale control)를 갖는 점접촉 다이오드인, STM의 I-V 특성을 측정함으로써 실험적으로 확인된다.
도 2e는 나노와이어/mCNT(40)(뾰족한 에지(42)를 가짐)와 금속 전극(46) 사이에 놓인 얇은 절연/진공 층(48)을 갖는 점접촉 접합을 도시한다. 대시선들(dashed lines)(44)은 점접촉 접합에서의 전계를 나타낸다. 이 구조는 작은 감쇠를 갖는 나노와이어/mCNT(140)의 길이를 따르는 입사 방사-유도 표면 전류들의 전파를 허용한다. 표면 전하는 흡수된 태양 방사에 의해 유도되는 에지(42)에서 축적된다. 이 전하 분포는 에지(42)와 금속 전극 층(46)(즉, 애노드, 또는 투명한 전도성 층) 사이의 AC 바이어스 전압을 설정한다.
도 3을 보면, 안테나(56)의 전극 및 콜렉터 전극 어셈블리의 블록도가 도시되어 있다. 이 점접촉형 장치는 평면 기판들 상의 패치 안테나들 또는 수평 배향(horizontally oriented) 나노와이어/mCNT들로 이루어진다. 본 발명은 이들 점접촉형 장치들의 파장 의존 사이징된 패치 안테나 형태들 또는 수평 배향 나노와이어/mCNT들을 활용한다. 제안된 점접촉 장치에서, 패치 안테나 또는 나노와이어, 또는 mCNT는 콜렉팅 전극(60)과 MVM, 또는 MIM, 접합 장벽을 형성한다. 장벽을 통한 전하 수송은 62에서 예시된 접합 거리를 갖는 정류 터널 접합(58)에서의 터널링을 통해 일어난다.
일련의 안테나들(56)은 전극(50)에 의해 고정되고 52의 기판 Si 상에 54의 SiO2 상에 퇴적되고, 방사의 미리 결정된 파장(64)을 갖는다. 안테나(56) 폭(66)은 대략 50-300nm의 범위 내에 있고, 54에서 기판 상의 Si02는 대략 20-100nm의 폭을 갖는다.
도 4는 도 3의 안테나(56)의 전극-대-전극 흐름의 블록도이다. 전극(82)은 기판(80) 상에 층을 이루고, 플라스몬 층으로 코팅되는 금속성 안테나(84)와 결합한다. 장벽을 통한 전하 수송은 콜렉팅 전극(88)으로 향해진다.
도 3 및 4의 투시도의 변형에서, 도 5는 안테나 팁의 측면도이고, 본 발명의 계층화된 기판들을 예시한다. 전극(108)은 기판(100)의 Si02 코팅(106) 상에 층을 이루고 플라스몬 층(110)으로 코팅되는 금속성 안테나(114)에 맞닿아 있다. 접합 갭(112)은 플라스몬 층(110)과 콜렉터 전극(104) 사이에 놓인다. 장벽을 통한 전하 수송은 기판(100)의 Si02 코팅(102)의 꼭대기에 놓이는 콜렉팅 전극(104)으로 향해진다.
다음으로 도 6을 보면, 투명한 커버 층(128)을 통해 입사 방사(130)를 수신하는 고주파수 정류 장치(1)가 도시되어 있다. 투명한 커버 층(128)은 적어도 하나의 나노와이어/mCNT 기반의 고주파수 다이오드(140) 위에 놓인다. 나노와이어/mCNT 기반의 고주파수 다이오드(140)는 기판(120)과 층을 이뤄 접촉하고 있는 금속 전극 베이스(122) 상에 지지되는 나노와이어/mCNT 정류 안테나(132)(평면 MIM 또는 MVM 다이오드 장치 대신)를 포함한다.
나노와이어/mCNT는 정류 접촉(134)을 형성하기 위해 한 측면에 금속 전극(126)과 (약 1-10 나노미터 정도로) 매우 근접해 있다. 금속 전극 층(126)은 인듐 주석 산화물(indium-tin-oxide) 또는 임의의 적절한 투명한 전도체로 만들어질 수 있는 투명한 전도성 층을 포함한다. 얇은 절연층(124)이 금속 전극 층(126)과 나노와이어/mCNT(132) 사이에 놓이고, 진공 층을 포함하는, 임의의 적절한 전기 절연층으로 이루어질 수 있다. 접촉 영역(134)에서의 나노와이어/mCNT(132)의 끝은 나노와이어/mCNT(132)의 뾰족한 에지이고, 절연층(124)과 점접촉 접합(134)을 형성한다.
다른 예시적인 실시예에서, 뾰족한 에지는 바늘형 팁(needle-like tip)일 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 뾰족한 에지는 면도기형 에지(razor-like edge)일 수 있다. 그리고, 또 다른 예시적인 실시예에서, 뾰족한 에지는 원기둥의 상부 에지와 같은 원일 수 있다. 렉테나의 뾰족한 에지는 다이아몬드, BN, GaN, AIN, AlGaN 및 Cs와 같은 재료들로 코팅될 수 있다. 이들 코팅들은 개선된 전자 방출을 허용하는 순방향 터널링 장벽의 크기를 줄인다.
인접 나노와이어/mCNT(132) 간의 거리는 실제적인 목적들을 위해 약 300-2000 나노미터인 입사 파장의 폭의 약 2 또는 3배 정도일 수 있지만, 분리 거리는 실행 가능한 수집 효율성을 보장하기 위해 불과 약 수백 나노미터 정도여야 한다는 것이 생각된다.
다음으로 도 7을 보면, 정류 기법의 이용을 통한 안테나(154)의 팁에서 광 에너지의 변환의 수정된 회로도가 도시되어 있다. 팁과 기판(150) 사이의 접촉 영역(52)을 가능한 한 작게 만들고(약 50-200 nm2 정도), 에지에 대해, 텅스텐, 몰리브덴, 니켈, 금 또는 은(이것으로 한정되지 않음)과 같은 낮은 저항율 금속을 이용함으로써, 약 100-1000 THz 정도의 주파수들에 대응하는, 광학적 영역에서의 응답 시간으로 점접촉 다이오드 정류기가 획득된다. 나노와이어/mCNT 점접촉 다이오드(140)에서의 정류는 상이한 물질들의 활용뿐만 아니라 다이오드 구조의 기하학적 비대칭으로부터 생길 수 있다.
Nguyen 등은 금속성 위스커 다이오드에 대한 입사 방사의 정류를 연구하였다. Nguyen 등의 실험들은 IR 조사 팁으로부터 정류된 DC 전류를 획득하였기 때문에 매우 의미 있는 것이다. 아래 설명되는 이 실험은 원리의 제1 증거를 구성한다.
1989년의 이 실험(도 7 참조)은 IR 방사6로 조사될 때 STM MVM 접합 장벽을 통해 유효 터널링 또는 통과(transit) 시간을 결정하였다. 실험에서, 팁-콜렉터 간격의 함수로서, λlaser=1.06㎛에 대해, 약 1nA의 정류된 DC 전류가 측정되었다. 실험 결과들은 적절한 터널 갭 간격 d에 대한 IR 주파수들의 정류를 보여준다. 평균 터널링 속도가 페르미 속도(Fermi velocity)(vf)인 것으로 가정하면, vcutoff = vf/d이다. 이러한 분석은 1nm 갭이 UV6에 접근하는 방사를 정류할 수 있다는 것을 예측한다.
샘플-홀드 게이트(sample-hold gate)(160)가 팁-샘플 거리(tip-sample distance)를 제어하는 164 및 166으로 이루어진 피드백 회로와, STM 접합 사이에 배치된다. 터널링 전류는 또한 12-비트 아날로그-대-디지털 컨버터(analog-to-digital converter; ADC)(158)를 통해 컴퓨터에 의해 자동으로 기록되었다. 2단 프로세스에서 측정이 이루어졌다. 초기 또는 샘플 단계에서, 안테나(154)와 기판(150) 사이의 인가된 바이어스 및 피드백 회로 내의 기준 전류를 이용하여 팁-샘플 분리 s를 설정하였다. 162는 회로 접합이다.
도 7에서, 갭 거리는 터널링 시간이 전계 반전 전에 전자들이 장벽을 통과하기에 충분하도록 설계된다. 나노와이어/mCNT들(190), 및 다른 뾰족한 에지의 기하학적 구조 장치들은 본질적인 빠른 응답 시간(펨토초까지)을 갖는다. 166에서 AC 전류들은 안테나의 길이를 따라 유도되고, 게이트(156)를 통과한 후에 기하학적으로 비대칭인 터널링 접합의 꼭대기 또는 에지에서 진동하는 전하들을 생성한다. 터널 접합에서의 진동하는 전하는 갭 양단에 AC 전압을 유도한다. 기하학적 비대칭으로 인해, 정류를 일으키는 순방향 및 역방향 바이어스에 대한 전위 장벽들 사이의 차이가 존재한다.
다음으로 도 8을 보면, 복수의 나노와이어/mCNT(190)를 갖는 것으로서 본 발명의 렉테나 장치(140)가 도시되어 있다. 또한, 도 8은 정류된 DC 전류를 활용 및/또는 저장하기 위해 렉테나(140)에 접속된 외부 부하(196)를 더 도시한다. 복수의 나노와이어/mCNT는 복수의 패치 안테나에 의해 대체될 수 있다.
도 6 및 8에서, 입사 방사(130)로부터의 광자들이 나노와이어/mCNT(132)에 도달할 때, 그것은 광자들을 흡수한다. 점접촉 나노와이어/mCNT(132)의 길이가 입사 방사(130)보다 수 파장 더 큰(약 1-10 파장 정도 더 큰) 적외선 및 광학적 영역들에서, 나노와이어/mCNT(132)는 나노와이어/mCNT가 입사 방사의 파장의 1/4과 같은 적절한 길이와 같을 때에 효율적인 안테나로서 작용할 것이다.
다이오드 안테나 길이, 전기 전도성, 광학적 반사도 및 부하 임피던스의 적절한 선택은 고주파수 다이오드의 수신 특성들을 향상하고, 전력 흡수, 및 그에 따른 전류 방출의 세기, 또는 대응하여, 렉테나(140)에서의 출력 전력을 최적화하기 위해 이용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 나노와이어(190)의 길이는 입사 방사(180)의 파장의 1/4이다.
나노와이어/mCNT(190)에 의해 흡수된 에너지는 전자 전하 캐리어들을 나노와이어/mCNT(190)의 뾰족한 에지로 이동시키고, 이 전하는 나노와이어/mCNT(190)에 AC 전압을 설정한다. 아래에 설명되는 바와 같이, 점접촉 접합(134)의 기하학적 비대칭은 터널링 접합(134)을 통과하는 AC 전류의 정류를 야기한다. 일단 전류가 정류되었다면, 투명한 전도성 층(184)은 정류된 DC 전류를 수집한다. 이 투명한 전도성 층(184)(또는 애노드)으로부터, DC 전류는 이용가능한 에너지를 이용 및/또는 저장하기 위해 외부 부하(196)에 결합된다. 이러한 식으로, 금속성 나노와이어/mCNT는 방사를 흡수하기 위해 수신 안테나로서 작용함으로써, 나노와이어/mCNT에 교류 전압을 발생하고, 이것은 그 다음에 투명한 전도성 층(184)에 DC 전압을 생성하기 위해 점접촉 접합(188)에서 정류된다.
금속성 위스커 안테나 기반의 터널링 다이오드들은 매우 높은 주파수 응답을 갖는 것으로 드러났다(Hung Quang Nguyen, Experimental and Theoretical Studies of Tunneling Phenomena Using Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy, Ph.D. Thesis, available from Bell and Howell Information and Learning (1989)(이하 Nguyen이라고 함) 참조). 이러한 높은 주파수 응답은 표준 평면 MIM 다이오드들의 더 낮은 주파수 응답에 비해 우수한 것으로 생각된다. 따라서, 이들 타입들은 본 발명의 본 고주파수 광학 정류 장치에서 이용하기 위해 개조되었다.
표준 렉테나와 달리, 정류 프로세스는 오로지 또는 주로 뾰족한 CNT/나노와이어 에지의 기하학적 비대칭 때문일 수 있다. 정류 프로세스는 또한, 본원에서 참고로 인용되는, "A. Mayer, M. S. Chung, B. L. Weiss, N. M. Miskovsky, and Paul H. Cutler in Three-Dimensional Analysis of the Geometrical Rectifying Properties of Metal-Vacuum-Metal Junctions and Extension for Energy Conversion, Phys. Rev. B. 77, 085411 (Feb. 8, 2008)"(이하 Mayer et al.이라고 함)에 의해 논의되는 바와 같은, 재료 및 온도 비대칭들에 의해 개선될 수 있다.
나노와이어/mCNT 기반의 렉테나(140)의 효율성에 있어서의 인자는 기생 용량을 최소화함으로써 나노와이어/mCNT(190)로부터 유도된 전류를 생성하는 능력이다. 이것은 점접촉 접합(134)을 통해 실현될 수 있고, 이것은 터널링 접합(134)을 통과하는 AC 전류의 정류를 야기한다. 나노와이어/mCNT(190) 접촉 면적이 약 50-200 nm2 정도로 매우 작을 때, 광학적 주파수 영역에서의 주파수 응답은 평면 MIM 다이오드에 비해 두자릿수(two orders of magnitude) 향상되어, 장치는 입사 방사(180)로부터 흡수된 전자기파를 DC 전류로 변환할 수 있다.
"Krzysztof Kempa, Jakub Rybczynski, Zhongping Huang, Keith Gregorczyk, Andy Vidan, Brian Kimball, Joel Carlson, Glynda Benham, Yang Wang, Andrzej Herczynski, and Zhifeng Ren, Carbon Nanotubes as Optical Antennae, Adv. Mater. 19, 421-426 (2007)"에 의한 기사에서, 약 1-20 나노미터 정도의 반경들을 갖고 약 1-10 마이크로미터 정도의 길이를 갖는 다벽(multi-walled) CNT들은 광학적 안테나들의 특성들을 갖는 것으로 드러났다.
Mayer et al.에서, 유사하게 사이징된 나노와이어들은 광학적 영역에서 안테나 및 정류기 특성들을 나타내는 것이 예측되었다.
도 9는 팁에서 발생된 정류된 전류와 안테나 팁 샘플 거리 사이의 관계를 예시하는 점 분산 그래프이다. 이 그래프는 상이한 팁 애노드 분리들에 대한 정류의 실험 결과들을 보여주고, 제한 주파수 응답을 결정한다(Nguyen 참조).
도 10은 정류 비율에 대한 팁 반경의 영향의 그래프이다(Nguyen 참조). 2 nm의 분리에 대하여, (a) 기준으로서 포함된 ρ=∞, 즉, 평면-평면 접합(실선), (b) ρ=10 nm (점선), (c) ρ=2 nm (대시선), (d) ρ=1 nm (점-대시선), (e) ρ=0.5 nm (점-점 대시선)에 대해 계산들이 행해진다.
그 다음에 도 11을 보면, 입사 방사를 갖는 점접촉 나노와이어/CNT(m) 정류 장치의 개략도가 도시되어 있고, 도 12는 입사 방사를 갖는 점접촉 또는 뾰족한 에지의 패치 안테나(199) 정류 장치의 개략도이다.
도 11 및 12와 관련하여, 렉테나 장치(140)는 복수의 나노와이어/mCNT(190)를 갖는다. 정류된 DC 전류를 활용 및/또는 저장하기 위해 렉테나(140)에 외부 부하(196)가 접속된다.
입사 방사(180)로부터의 광자들이 나노와이어/mCNT(190)에 도달할 때, 그것은 광자들을 흡수한다. 점접촉 나노와이어/mCNT(190)의 길이가 입사 방사(180)보다 수 파장 더 큰(약 1-10 파장 정도 더 큰) 적외선 및 광학적 영역들에서, 나노와이어/mCNT(190)는 나노와이어/mCNT가 입사 방사의 파장의 1/4과 같은 적절한 길이와 같을 때에 효율적인 안테나로서 작용할 것이다.
다이오드 안테나 길이, 전기 전도성, 광학적 반사도 및 부하 임피던스의 적절한 선택은 고주파수 다이오드의 수신 특성들을 향상하고, 전력 흡수, 및 그에 따른 전류 방출의 세기, 또는 대응하여, 렉테나(140)에서의 출력 전력을 최적화하기 위해 이용될 수 있다.
나노와이어/mCNT(190)에 의해 흡수된 에너지는 전자 전하 캐리어들을 나노와이어/mCNT(190)의 뾰족한 에지로 이동시키고, 이 전하는 나노와이어/mCNT(190)에 AC 전압을 설정한다. 점접촉 접합(188)의 기하학적 비대칭은 터널링 접합을 통과하는 AC 전류의 정류를 야기한다. 일단 전류가 정류되었다면, 콜렉터 전극(198)의 투명한 전도성 층은 정류된 DC 전류를 수집한다. 콜렉터 전극(198)으로부터, DC 전류는 이용가능한 에너지를 이용 및/또는 저장하기 위해 외부 부하(196)에 결합된다. 이러한 식으로, 금속성 나노와이어/mCNT(190)는 방사를 흡수하기 위해 수신 안테나로서 작용함으로써, 나노와이어/mCNT(190)에 교류 전압을 발생하고, 이것은 그 다음에 DC 전압을 생성하기 위해 점접촉 접합(188)에서 정류된다.
청구항들에서, 수단 또는 단계-플러스-기능 조항들은 기재된 기능과, 구조적 등가물들뿐만 아니라 등가 구조들도 수행하는 것으로서 본원에 설명되거나 제안된 구조들을 커버하도록 의도된다. 따라서, 예를 들어, 목재 부분들을 고정시키는(fastening) 환경에서, 못은 목재 부분과 원기둥 표면 사이의 마찰에 의존하고, 나사의 나선형 표면은 목재 부분에 포지티브로 맞물리고, 볼트의 머리와 너트는 목재 부분의 반대 측면들을 포함한다는 점에서 못, 나사, 및 볼트는 구조적 등가물들이 아닐 수 있지만, 못, 나사, 및 볼트는 등가 구조들로서 이 기술분야의 통상의 기술자에 의해 쉽게 이해될 수 있다.
첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들 중 적어도 하나를 설명하였지만, 본 발명은 그것의 정확한 실시예들로 한정되지 않고, 첨부된 청구항들에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위 또는 사상에서 벗어나지 않고 이 기술분야의 통상의 기술자에 의해 그 안에서 다양한 변형, 수정, 및 적응을 가져올 수 있다는 것을 이해한다.
Claims (29)
- 입사 방사(incident radiation)를 수신하여 DC 전류로 변환하기 위한 방법으로서,
(a) 터미널 팁(terminal tip)을 갖는 안테나를 선택하는 단계 - 상기 팁은 뾰족한 에지를 갖고 기하학적 비대칭 터널 접합의 일부분이고, 상기 안테나는 상기 입사 방사를 수신할 수 있고, 플라스몬 층이 상기 안테나 상에 적층되어 있음 -;
(b) 상기 입사 방사의 방사 스펙트럼을 결정하는 단계;
(c) 상기 방사 스펙트럼이 좁은지 또는 넓은지 여부에 대응하는 상기 팁의 모양 및 재료에 대한 기하학적 파라미터 및 재료 파라미터의 세트를 확립하는 단계;
(d) 상기 방사 스펙트럼에서 최고 주파수에 응답할 정도로 작은 갭 거리를 결정하는 단계 - 상기 갭 거리를 결정하는 단계에서의 갭은 상기 플라스몬 층의 터미널 단부들(terminal ends)에 의해 경계 지어진 면과 콜렉터 전극에 의해 경계 지어진 면을 포함함 -;
(e) 상기 갭 거리가 상기 방사 스펙트럼에서 최고 주파수에 응답할 정도로 작은 경우 상기 입사 방사에 의한 광자들(photons)의 흡수를 통해 상기 안테나의 길이를 따라 AC 전류들의 세트를 유도하고, 이어서 상기 기하학적 비대칭 터널 접합에서 AC 전압들을 유도하는 단계;
(f) 상기 유도된 AC 전압들이 전계 방출을 위해 충분히 큰지 여부를 계산하는 단계;
(g) 상기 유도된 AC 전압들이 포지티브 네트 DC 전류(positive net DC current)를 생성할 정도로 큰 경우 상기 기하학적 비대칭 터널 접합에 순방향 바이어스 및 역방향 바이어스를 인가하는 단계;
(h) 상기 콜렉터 전극에 의해 상기 포지티브 네트 DC 전류를 수집하는 단계; 및
(i) 외부 회로에 상기 포지티브 네트 DC 전류를 공급하는 단계
를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 안테나는 패치 안테나(patch antenna)인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 안테나는 위스커 안테나(whisker antenna)인 방법.
- 입사 방사를 수신하여 DC 전류로 변환하기 위한 장치로서,
(a) 기판;
(b) 상기 기판 상에 층을 이루고 상기 기판의 길이를 따라 상기 기판의 근위의 에지(proximal edge)로부터 부분적으로(partway) 확장되는 제1 코팅;
(c) 상기 제1 코팅 상에 층을 이루고 상기 코팅의 길이를 따라 상기 코팅의 근위의 에지로부터 부분적으로 확장되는 제1 전극;
(d) 상기 제1 코팅 상에 층을 이루고 상기 전극의 말단 에지로부터 상기 제1 코팅을 따라 확장되며 상기 제1 코팅의 말단 에지를 넘어서는 금속성 안테나;
(e) 상기 금속성 안테나 상에 층을 이루고 상기 전극의 말단 에지로부터 상기 금속성 안테나를 따라 확장되며 상기 금속성 안테나의 말단 에지를 넘어서고, 상기 금속성 안테나를 덮도록(cap) 상기 금속성 안테나의 상기 말단 에지에서 아래로 확장되는 플라스몬 층(plasmon layer); 및
(f) 상기 플라스몬 층 및 상기 코팅의 터미널 단부들(terminal ends)에 의해 형성되는 갭
을 포함하고,
상기 갭은 상기 플라스몬 층 및 상기 제1 코팅의 상기 터미널 단부들로부터 제2 전극 및 제2 코팅을 오프셋하고(offsetting), 상기 제2 전극은 상기 제2 코팅 위에 층을 이루고, 상기 제2 코팅은 상기 기판 위에 층을 이루는 장치. - 제4항에 있어서, 상기 기판은 실리콘인 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 코팅은 실리콘 산화물인 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제2 코팅은 실리콘 산화물인 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 금속성 안테나는 적어도 하나의 점접촉 다이오드(point-contact diode)를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 점접촉 다이오드는,
(a) 전도체;
(b) 수신 안테나 기능 및 정류 기능을 제공하는 나노와이어
를 더 포함하고, 상기 나노와이어는,
(i) 뾰족한 에지 - 상기 나노와이어는 끝이 점점 가늘어져 상기 뾰족한 에지에서 가장 좁음 -;
(ii) 투명한 전도체와 상기 나노와이어 사이에 놓이는 얇은 절연층; 및
(iii) 상기 뾰족한 에지가 상기 얇은 절연층에 접촉하는 점접촉 접합(point-contact junction)
을 더 포함하는 장치. - 제8항에 있어서, 상기 뾰족한 에지는 점인 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 뾰족한 에지는 선인 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 뾰족한 에지는 원인 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 점접촉 접합은 50 nm2 내지 200 nm2 만큼 작은 접촉 면적을 더 포함하는 장치.
- 삭제
- 제8항에 있어서, 상기 나노와이어는 낮은 방사 반사율을 갖는 금속으로 만들어지는 장치.
- 삭제
- 제8항에 있어서, 상기 나노와이어는 낮은 저항율을 갖는 금속으로 만들어지는 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 금속성 안테나의 금속은,
(a) 텅스텐;
(b) 몰리브덴;
(c) 니켈;
(d) 금;
(e) 은; 및
(f) 구리
를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 장치. - 제8항에 있어서, 상기 나노와이어의 길이는 상기 입사 방사의 파장의 1/4인 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 나노와이어의 길이는 상기 입사 방사의 파장의 1 내지 10배인 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 나노와이어는 상기 입사 방사의 파장의 거리만큼 인접 나노와이어들로부터 분리되는 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 나노와이어는 상기 입사 방사의 파장의 2배에 있는 거리만큼 인접 나노와이어들로부터 분리되는 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 나노와이어는 상기 입사 방사의 파장의 3배에 있는 거리만큼 인접 나노와이어들로부터 분리되는 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 얇은 절연층은 진공인 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 DC 전류를 수신하고 저장하기 위한 외부 부하를 더 포함하는 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 점접촉 다이오드는 복수의 점접촉 다이오드를 포함하고, 상기 복수의 점접촉 다이오드 각각은 수신 안테나 기능 및 정류 기능을 제공하는 나노와이어를 갖고, 상기 나노와이어들 각각은 뾰족한 에지를 포함하고, 상기 나노와이어들 각각은 끝이 점점 가늘어져 상기 뾰족한 에지에서 가장 좁은 장치.
- 입사 방사를 수신하여 DC 전류로 변환하기 위한 방법으로서,
(a) 터미널 팁을 갖는 안테나를 선택하는 단계 - 상기 팁은 뾰족한 에지를 갖고, 상기 안테나는 상기 입사 방사를 수신할 수 있음 -;
(b) 상기 안테나를 계층화하는 단계;
(c) 기판을 선택하는 단계;
(b) 제1 코팅이 상기 기판의 길이를 따라 상기 기판의 근위의 에지로부터 부분적으로 확장되도록 상기 기판 상에 상기 제1 코팅을 제1 계층화하는 단계;
(c) 상기 제1 코팅의 길이를 따라 상기 제1 코팅의 근위의 에지로부터 부분적으로 확장되도록 상기 제1 코팅 상에 제1 전극을 제2 계층화하는 단계;
(d) 상기 제1 전극의 말단 에지로부터 상기 제1 코팅을 따라 확장되며 상기 제1 코팅의 말단 에지를 넘어서도록 상기 제1 코팅 상에 금속성 안테나를 제3 계층화하는 단계;
(e) 상기 제1 전극의 말단 에지로부터 상기 금속성 안테나를 따라 확장되며 상기 금속성 안테나의 말단 에지를 넘어서고 상기 금속성 안테나를 덮기 위해 상기 금속성 안테나의 상기 말단 에지에서 아래로 확장되도록 상기 금속성 안테나 상에 플라스몬 층을 제4 계층화하는 단계; 및
(f) 상기 플라스몬 층 및 상기 제1 코팅의 터미널 단부들에 의해 경계 지어져서 형성되는 갭을 형성하는 단계 - 상기 갭은 상기 플라스몬 층 및 상기 제1 코팅의 터미널 단부들로부터 제2 전극 및 제2 코팅을 오프셋하고, 상기 제2 전극은 상기 제2 코팅 위에 층을 이루고, 상기 제2 코팅은 상기 기판 위에 층을 이룸 -;
(g) 상기 안테나의 길이를 따라 AC 전류들의 세트를 유도하는 단계;
(h) 상기 유도된 AC 전류들이 전계 방출을 위해 충분히 큰 전압들을 생성하는지 여부를 계산하는 단계;
(i) 상기 팁에서의 기하학적 비대칭에 기초하여 순방향 바이어스 및 역방향 바이어스를 개시하는 단계; 및
(j) 외부 회로에 포지티브 네트 DC 전류를 공급하는 단계
를 포함하는 방법. - 제26항에 있어서, 상기 안테나는 패치 안테나인 방법.
- 제26항에 있어서, 상기 안테나는 위스커 안테나인 방법.
- 제26항에 있어서, 상기 금속성 안테나의 금속은,
(a) 텅스텐;
(b) 몰리브덴;
(c) 니켈;
(d) 금;
(e) 은; 및
(f) 구리
를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/973,262 | 2010-12-20 | ||
| US12/973,262 US8299655B2 (en) | 2010-01-04 | 2010-12-20 | Method and apparatus for an optical frequency rectifier |
| PCT/US2011/061843 WO2012087482A1 (en) | 2010-12-20 | 2011-11-22 | A method and apparatus for an optical frequency rectifier |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140018188A KR20140018188A (ko) | 2014-02-12 |
| KR101862183B1 true KR101862183B1 (ko) | 2018-05-29 |
Family
ID=44224412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020137012040A KR101862183B1 (ko) | 2010-12-20 | 2011-11-22 | 광학 주파수 정류기를 위한 방법 및 장치 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8299655B2 (ko) |
| EP (1) | EP2656440A4 (ko) |
| JP (2) | JP5872583B2 (ko) |
| KR (1) | KR101862183B1 (ko) |
| CN (2) | CN103229358B (ko) |
| IL (1) | IL226140A0 (ko) |
| WO (1) | WO2012087482A1 (ko) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9472699B2 (en) | 2007-11-13 | 2016-10-18 | Battelle Energy Alliance, Llc | Energy harvesting devices, systems, and related methods |
| WO2010010562A2 (en) * | 2008-07-25 | 2010-01-28 | Ramot At Tel Aviv University Ltd. | Rectifying antenna device |
| US9147790B2 (en) * | 2010-01-04 | 2015-09-29 | Scitech Associates Holdings, Inc. | Method and apparatus for an optical frequency rectifier |
| US8847824B2 (en) * | 2012-03-21 | 2014-09-30 | Battelle Energy Alliance, Llc | Apparatuses and method for converting electromagnetic radiation to direct current |
| US10541363B2 (en) | 2012-10-19 | 2020-01-21 | Georgia Tech Research Corporation | Multilayer coatings formed on aligned arrays of carbon nanotubes |
| KR101929547B1 (ko) * | 2014-05-20 | 2019-03-14 | 재단법인대구경북과학기술원 | 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치 |
| KR101531604B1 (ko) * | 2014-07-18 | 2015-06-26 | 재단법인대구경북과학기술원 | 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치 |
| CN111599880A (zh) * | 2014-12-24 | 2020-08-28 | 诺瓦瑟雷克斯有限公司 | 太阳能天线阵列及其制造 |
| US10622503B2 (en) | 2016-04-20 | 2020-04-14 | Novasolix, Inc. | Solar antenna array fabrication |
| US11824264B2 (en) | 2016-04-20 | 2023-11-21 | Novasolix, Inc. | Solar antenna array fabrication |
| US10580920B2 (en) | 2016-04-20 | 2020-03-03 | Novasolix, Inc. | Solar antenna array fabrication |
| US11114633B2 (en) * | 2016-04-20 | 2021-09-07 | Novasolix, Inc. | Solar antenna array fabrication |
| US10297752B2 (en) | 2016-08-08 | 2019-05-21 | Nanohmics, Inc. | Rectifier for electromagnetic radiation |
| IT201600124680A1 (it) * | 2016-12-09 | 2018-06-09 | Fondazione St Italiano Tecnologia | Cella di nanorectenna plasmonica a molte punte. |
| GB201700960D0 (en) | 2017-01-20 | 2017-03-08 | King's College London | Plasmonic metamaterial structure |
| US10978598B2 (en) | 2017-05-12 | 2021-04-13 | University Of Connecticut | Electro-optic nanoscale probes |
| US11626484B2 (en) * | 2017-09-20 | 2023-04-11 | Wisconsin Alumni Research Foundation | High efficiency room temperature infrared sensor |
| EP3493283A1 (en) * | 2017-12-04 | 2019-06-05 | Université d'Aix Marseille | Plasmonic rectenna device and method of manufacturing |
| JP7207831B2 (ja) * | 2017-12-04 | 2023-01-18 | グリーン アライズ リミテッド | 電磁波を連続電流に変換するための変換器 |
| CN110365422B (zh) * | 2018-04-04 | 2021-01-29 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种信号处理装置及其制备方法 |
| CN109598323B (zh) * | 2018-11-12 | 2019-11-08 | 晓函安全(北京)科技有限公司 | 一种芯片 |
| CN110993719B (zh) * | 2019-11-25 | 2021-11-02 | 国家纳米科学中心 | 一种光频响应电子隧穿结构、其制备方法和用途 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6298179B1 (en) | 1997-12-05 | 2001-10-02 | Seiko Instruments Inc. | Optical pumping field emission type light-to-current converter |
| US20090308443A1 (en) * | 2008-06-13 | 2009-12-17 | Cutler Paul H | Apparatus and system for a single element solar cell |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04296060A (ja) * | 1991-03-26 | 1992-10-20 | Hitachi Ltd | 太陽電池 |
| US20040238907A1 (en) * | 2003-06-02 | 2004-12-02 | Pinkerton Joseph F. | Nanoelectromechanical transistors and switch systems |
| US20080053952A1 (en) * | 2003-12-26 | 2008-03-06 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Rectifying Device, Electronic Circuit Using the Same, and Method of Manufacturing Rectifying Device |
| JP2005276498A (ja) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Fuji Xerox Co Ltd | 電子線発生素子とその製造方法 |
| US7345296B2 (en) * | 2004-09-16 | 2008-03-18 | Atomate Corporation | Nanotube transistor and rectifying devices |
| JP2009506546A (ja) * | 2005-08-24 | 2009-02-12 | ザ トラスティーズ オブ ボストン カレッジ | ナノスケール共金属構造を用いた太陽エネルギー変換のための装置および方法 |
| US8284477B2 (en) * | 2006-10-10 | 2012-10-09 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Lumped plasmonic “diode” and lumped plasmonic “rectifier” for optical field rectification and lumped optical second harmonic generation |
| US20080093529A1 (en) * | 2006-10-18 | 2008-04-24 | Miles Mark W | Methods, materials, and devices for the conversion of radiation into electrical energy |
| US20110100440A1 (en) * | 2007-08-14 | 2011-05-05 | William Marsh Rice University | Optical Rectification Device and Method of Making Same |
| US8115683B1 (en) * | 2008-05-06 | 2012-02-14 | University Of South Florida | Rectenna solar energy harvester |
| WO2010010562A2 (en) * | 2008-07-25 | 2010-01-28 | Ramot At Tel Aviv University Ltd. | Rectifying antenna device |
| ES2810301T1 (es) * | 2008-11-14 | 2021-03-08 | Advanced Silicon Group Tech Llc | Dispositivos nanoestructurados |
-
2010
- 2010-12-20 US US12/973,262 patent/US8299655B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-11-22 CN CN201180054072.9A patent/CN103229358B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2011-11-22 KR KR1020137012040A patent/KR101862183B1/ko active IP Right Grant
- 2011-11-22 WO PCT/US2011/061843 patent/WO2012087482A1/en active Application Filing
- 2011-11-22 EP EP20110850522 patent/EP2656440A4/en not_active Withdrawn
- 2011-11-22 CN CN201510627007.0A patent/CN105355705A/zh active Pending
- 2011-11-22 JP JP2013544505A patent/JP5872583B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2013
- 2013-05-02 IL IL226140A patent/IL226140A0/en unknown
-
2015
- 2015-11-24 JP JP2015228612A patent/JP6058775B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6298179B1 (en) | 1997-12-05 | 2001-10-02 | Seiko Instruments Inc. | Optical pumping field emission type light-to-current converter |
| US20090308443A1 (en) * | 2008-06-13 | 2009-12-17 | Cutler Paul H | Apparatus and system for a single element solar cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2656440A1 (en) | 2013-10-30 |
| CN103229358A (zh) | 2013-07-31 |
| EP2656440A4 (en) | 2014-11-05 |
| JP6058775B2 (ja) | 2017-01-11 |
| US20110163920A1 (en) | 2011-07-07 |
| CN103229358B (zh) | 2015-09-16 |
| JP5872583B2 (ja) | 2016-03-01 |
| IL226140A0 (en) | 2013-06-27 |
| KR20140018188A (ko) | 2014-02-12 |
| WO2012087482A1 (en) | 2012-06-28 |
| CN105355705A (zh) | 2016-02-24 |
| JP2016034041A (ja) | 2016-03-10 |
| JP2014510389A (ja) | 2014-04-24 |
| US8299655B2 (en) | 2012-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101862183B1 (ko) | 광학 주파수 정류기를 위한 방법 및 장치 | |
| US9147790B2 (en) | Method and apparatus for an optical frequency rectifier | |
| US7799988B2 (en) | Apparatus and system for a single element solar cell | |
| US9348078B2 (en) | Optical antennas with enhanced fields and electron emission | |
| US7943847B2 (en) | Apparatus and methods for solar energy conversion using nanoscale cometal structures | |
| US8115683B1 (en) | Rectenna solar energy harvester | |
| US8338772B2 (en) | Devices, systems, and methods for harvesting energy and methods for forming such devices | |
| US8847824B2 (en) | Apparatuses and method for converting electromagnetic radiation to direct current | |
| US20070240757A1 (en) | Solar cells using arrays of optical rectennas | |
| Zhu et al. | Overview of optical rectennas for solar energy harvesting | |
| KR102632664B1 (ko) | 플라즈모닉 렉테나 디바이스 및 제조 방법 | |
| Hamied et al. | Design and analysis of hexagonal dipole nano-rectenna based on MIIM diode for solar energy harvesting | |
| US7091918B1 (en) | Rectifying antenna and method of manufacture | |
| Hamied et al. | Design and analysis of a nano-rectenna based on multi-insulator tunnel barrier for solar energy harvesting | |
| Periasamy et al. | Metal-insulator-metal point-contact diodes as a rectifier for rectenna | |
| Sava | Plasmons: A Minireview |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |