KR102373619B1 - Process and manufacture of low-dimensional materials that support both self-thermal neutronization and self-localization - Google Patents

Process and manufacture of low-dimensional materials that support both self-thermal neutronization and self-localization Download PDF

Info

Publication number
KR102373619B1
KR102373619B1 KR1020197018946A KR20197018946A KR102373619B1 KR 102373619 B1 KR102373619 B1 KR 102373619B1 KR 1020197018946 A KR1020197018946 A KR 1020197018946A KR 20197018946 A KR20197018946 A KR 20197018946A KR 102373619 B1 KR102373619 B1 KR 102373619B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
delete delete
boron
oxysilaborane
conductor
picocrystalline
Prior art date
Application number
KR1020197018946A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190126765A (en
Inventor
패트릭 커란
Original Assignee
세미누클리어 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세미누클리어 인코포레이티드 filed Critical 세미누클리어 인코포레이티드
Publication of KR20190126765A publication Critical patent/KR20190126765A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102373619B1 publication Critical patent/KR102373619B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • H10N99/05Quantum devices, e.g. quantum interference devices, metal single electron transistors
    • H01L49/006
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/26Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, elements provided for in two or more of the groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22, H01L29/24, e.g. alloys
    • H01L29/267Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, elements provided for in two or more of the groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22, H01L29/24, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861Diodes
    • H01L35/22
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/85Thermoelectric active materials
    • H10N10/851Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/855Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising compounds containing boron, carbon, oxygen or nitrogen
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

다양한 물품 및 디바이스는, 자발성이 공유 엔트로피 평형으로 인한 새로운 열역학 사이클인 것으로 여겨지는 것을 사용하여 제조될 수 있다. 새로운 열역학 사이클은 양자 열중성자화와 양자 국소화 사이의 양자 상 전이를 이용한다. 바람직한 디바이스들은 집적 회로 내에서 사용하기 위한 포노볼테익 전지, 정류기 및 도체를 포함한다.A variety of articles and devices can be fabricated using what is believed to be a novel thermodynamic cycle in which spontaneity is due to shared entropy equilibrium. The new thermodynamic cycle exploits a quantum phase transition between quantum thermal neutronization and quantum localization. Preferred devices include phonovoltaic cells, rectifiers and conductors for use in integrated circuits.

Description

자체-열중성자화 및 자체-국소화를 모두 지원하는 저차원 재료들의 공정 및 제조Process and manufacture of low-dimensional materials that support both self-thermal neutronization and self-localization

본 출원은 2016년 11월 29일자로 출원되었고, 발명의 명칭이 "Composition and Method for Making Picocrystal-line Artificial Borane Atoms"인 국제 특허출원 제PCT/US16/63933호; 2017년 3월 15일 출원되었고, 발명의 명칭이 "Composition, Manufacture, and Method for Converting Ambient Heat into Electrical Energy"인 미국 가특허출원 제62/471,815호; 및 2017년 11월 29일자로 출원되었고, 발명의 명칭이 "Process and Manufacture of Low-Dimensional Materials Supporting Both Self-Thermalization and Self-Localization"인 미국 가특허출원 제62/591,848호를 우선권으로 주장하고, 이들의 개시사항은 본원에 인용에 의해 포함된다.This application was filed on November 29, 2016, and the title of the invention is "Composition and Method for Making Picocrystal-line Artificial Borane Atoms", International Patent Application No. PCT/US16/63933; U.S. Provisional Patent Application No. 62/471,815, filed March 15, 2017, entitled "Composition, Manufacture, and Method for Converting Ambient Heat into Electrical Energy;" and U.S. Provisional Patent Application No. 62/591,848, filed on November 29, 2017, entitled "Process and Manufacture of Low-Dimensional Materials Supporting Both Self-Thermalization and Self-Localization", claiming priority; The disclosures of these are incorporated herein by reference.

본 발명은 저차원 재료들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 양자 자체-열중성자화(quantum self-thermalization) 및 양자 자체-국소화(quantum self-localization)를 지원하는 저차원 재료뿐만 아니라, 자체-조립(self-assemble)하는 4가 인공 원자들에서 탄소와 같은 인공 핵의 양자 얽힘에서 제어된 변동에 의한 상기 양자 상들 사이의 양자 상 전이에 관한 것이다.The present invention relates to low-dimensional materials, and more particularly, to low-dimensional materials that support quantum self-thermalization and quantum self-localization, as well as self- It relates to quantum phase transitions between quantum phases by controlled fluctuations in quantum entanglement of artificial nuclei such as carbon in self-assembled tetravalent artificial atoms.

증기 기관은 18세기에 시작된 산업 혁명을 담당했다. 증기 기관내에서 열의 할당가능한 한계를 구축하기 위해, 사디 카르노(Sadi Carnot)는 1824년에 서로 다른 온도의 2개의 열 저장소 사이에서 작동하는 가역 열 기계식 열 기관을 설명할 수 있는 열역학적 사이클을 고안했다. 상기 열역학 사이클은 카르노 사이클(Carnot cycle)로 알려져 있다. 카르노 사이클을 거치는 임의의 시스템은 카르노 열 기관으로 지칭된다. 열역학의 법칙은 수많은 연구로부터 카르노 사이클로 진화했다. 그의 이름을 따온 열역학 사이클의 발전에서, 카르노는 열의 칼로리 이론을 사용했다. 열의 기계 이론에 대한 카르노 사이클의 초기 공식 연구는 루돌프 클라우지우스(Rudolf Clausius)에 의해 그의 논문 "On the Moving Force of Heat, and the Laws Regarding the Nature of Heat Itself Which are Deducible Therefrom"(Phil.Mag. Ser.4, pp. 102-119(1851))에서 성취되었다.The steam engine was responsible for the industrial revolution that began in the 18th century. To establish an allocatable limit of heat within a steam engine, Sadi Carnot devised a thermodynamic cycle in 1824 that could describe a reversible thermomechanical heat engine operating between two heat reservoirs of different temperatures. . The thermodynamic cycle is known as the Carnot cycle. Any system that undergoes the Carnot cycle is referred to as a Carnot heat engine. The laws of thermodynamics evolved from numerous studies into the Carnot cycle. In the development of the thermodynamic cycle that bears his name, Carnot used the calorie theory of heat. An early formal study of the Carnot cycle on the mechanical theory of heat was carried out by Rudolf Clausius in his paper "On the Moving Force of Heat, and the Laws Regarding the Nature of Heat Itself Which are Deducible Therefrom" (Phil.Mag. Ser.4, pp. 102-119 (1851)).

이 논문은 이후 클라우지우스(1851)로 지칭된다. 클라우지우스(1851)에 의해 대표되는 카르노 사이클은 약간 다른 상징적인 표현을 갖는 도 1에 도시되었다. 도 1의 카르노 사이클은 동작 물질 내에서 4가지 극소의 변동을 포함한다:(1) 등온 팽창(A→B);(2) 단열 팽창(B→C);(3) 등온 압축(C→D); 및(4) 단열 압축(D→A). 등온 팽창(A→B) 동안, 고온(T) 열 저장소에서 잠열의 추출(

Figure 112019066792969-pct00001
QA →B)에 의해 일정 온도(T)에서 동작 물질은 팽창된다. 단열 팽창(B→C) 동안, 동작 물질은 외부 열교환 없이 T에서 T-dT로 단열방식으로 냉각된다.This thesis is hereafter referred to as Clausius (1851). The Carnot cycle, represented by Clausius (1851), is shown in Figure 1 with a slightly different symbolic representation. The Carnot cycle of Figure 1 contains four minimal variations within the working material: (1) isothermal expansion (A→B); (2) adiabatic expansion (B→C); (3) isothermal compression (C→D) ); and (4) adiabatic compression (D→A). During isothermal expansion (A→B), extraction of latent heat from a high temperature (T) heat reservoir (
Figure 112019066792969-pct00001
Q A →B ) causes the moving material to expand at a constant temperature (T). During adiabatic expansion (B→C), the working material is cooled adiabatically from T to T-dT without external heat exchange.

등온 압축(C→D) 동안, 동작 물질은 저온(T-dT) 열 저장소로 잠열의 방출(-

Figure 112019066792969-pct00002
QC→D)에 의해 일정한 온도(T-dT)에서 압축된다. 단열 압축(D→A) 동안 동작 물질은 임의의 외부 열교환 없이 T-dT에서 T로 단열방식으로 가열된다. 도 1의 카르노 사이클에 따라 작동하는 카르노 열 기관(Carnot heat engine)은, 고온(T) 열 저장소로부터 추출된 더 큰 잠열(
Figure 112019066792969-pct00003
QA →B)과 그 이후에 저온(T-dT)으로 배출되는 더 낮은 잠열(-
Figure 112019066792969-pct00004
QC→D) 사이의 차이가 기계적인 동작으로 변환되는 열역학적 모터를 구성한다. 주기적인 열역학 공정에서, 엔트로피의 변화(ΔS)는 일반적으로 다음과 같이 주어진다:During isothermal compression (C→D), the working material releases latent heat (-
Figure 112019066792969-pct00002
It is compressed at a constant temperature (T-dT) by Q C→D ). During adiabatic compression (D→A) the working material is heated adiabatically from T-dT to T without any external heat exchange. The Carnot heat engine operating according to the Carnot cycle of FIG. 1 has a greater latent heat (
Figure 112019066792969-pct00003
Q A →B ) and thereafter lower latent heat (-
Figure 112019066792969-pct00004
Q C→D ) constitute a thermodynamic motor that is converted into mechanical motion. In a periodic thermodynamic process, the change in entropy (ΔS) is usually given by:

Figure 112019066792969-pct00005
Figure 112019066792969-pct00005

카르노 사이클은 가역적이어서, 카르노 열 기관은 모터 또는 냉장고로서 작동할 수 있다. 이러한 조건하에서, 식(1)의 등식이 유지되고, 이에 의해 엔트로피는 카르노 사이클에서 보전된다. 도 1의 카르노 사이클은 또한, 세로축을 따르는 집중 열역학 변수가 온도(T)이고, 가로축을 따른 포괄적 열역학적 변수가 엔트로피(S)인, 도 2에 도시된 방식으로 표현될 수 있다. 카르노 사이클에서 엔트로피의 보존은 요구에 따라 작업을 수행하는 능력이 불가역 과정으로 인해 자발성을 요구한다는 점에서 신뢰할 수 없다. 모터로 동작하는 카르노 열 기관의 경우, 요구되는 자발성은 고온 열 저장소의 생성과 관련된다. 산업 혁명 동안 연소는 카르노 사이클에서 주어진 것으로 취해졌다.The Carnot cycle is reversible, so that the Carnot heat engine can operate as a motor or a refrigerator. Under these conditions, the equation (1) holds, whereby entropy is conserved in the Carnot cycle. The Carnot cycle of FIG. 1 can also be expressed in the manner shown in FIG. 2 , wherein the concentrated thermodynamic variable along the ordinate axis is temperature (T) and the global thermodynamic variable along the abscissa axis is entropy (S). Conservation of entropy in the Carnot cycle is unreliable in that the ability to perform tasks on demand requires spontaneity due to irreversible processes. For the motorized Carnot heat engine, the required spontaneity is related to the creation of a high-temperature heat reservoir. During the Industrial Revolution, combustion was taken as given in the Carnot cycle.

연소는 주변과의 열기계적 평형에서 화학 반응이며, 이 반응은 깁스(Gibbs) 자유 에너지의 감소(ΔG < 0) 방향으로 진행하고, 차례로 다음 반응에 따라 엔탈피의 감소(ΔH < 0) 및/또는 엔트로피의 증가(ΔS > 0) 방향으로 진행한다.Combustion is a chemical reaction at thermomechanical equilibrium with its surroundings, which proceeds in the direction of a decrease in Gibbs free energy (ΔG < 0), which in turn decreases its enthalpy (ΔH < 0) and/or according to the following reactions: It proceeds in the direction of increasing entropy (ΔS > 0).

Figure 112019066792969-pct00006
Figure 112019066792969-pct00006

이상적으로 주변과의 열 기계적 평형인 화학 반응에 있어서, 열역학의 제 2 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있다:For a chemical reaction that is ideally in thermomechanical equilibrium with its surroundings, the second law of thermodynamics can be expressed as:

Figure 112019066792969-pct00007
Figure 112019066792969-pct00007

열역학의 제 2 법칙은 자체적으로 진행되는 임의의 에너지 변환에서 엔트로피의 증가를 나타낸다. 대부분의 연료의 자발성은 엔탈피의 감소에 기인하고, 이에 의해 식(3)은 보다 구체적으로 다음과 같다:The second law of thermodynamics describes an increase in entropy in any energy transformation that proceeds on its own. Most of the fuel's spontaneity is due to a decrease in enthalpy, whereby equation (3) is more specifically expressed as:

Figure 112019066792969-pct00008
Figure 112019066792969-pct00008

더 큰 결합 에너지를 갖는 분자 결합 궤도들의 형성의 결과로서, 깁스 자유 에너지의 감소(ΔG < 0)로 인해, 동작 물질 및 그 주위의 총 엔트로피(-ΔG/T)는 증가한다. 이것은 동작 물질의 주변으로의 엔탈피 방출(ΔH < 0)을 나타내어, 연소의 순 에너지 변환의 자발성이 동작 물질에서 엔트로피 증가(ΔS > 0)가 아닌 주변에서의 엔트로피 증가(-ΔH/T > 0)에 속함을 나타낸다. 세계의 연료-기반 경제는 고-엔탈피 연료에 대한 의존성에 기인하여 생태계의 엔트로피를 증가시키고, 자연 연료를 고갈시키며, 유해 폐기물을 생태계으로 배출한다.As a result of the formation of molecular bonding orbitals with higher binding energies, the total entropy (−ΔG/T) of the working material and its surroundings increases due to a decrease in Gibbs free energy (ΔG < 0). This indicates the enthalpy release (ΔH < 0) of the working material to the surroundings, such that the spontaneity of the net energy conversion of combustion is not an entropy increase in the working material (ΔS > 0) but an increase in entropy around it (-ΔH/T > 0) indicates belonging to The world's fuel-based economy, due to its dependence on high-enthalpy fuels, increases the entropy of ecosystems, depletes natural fuels, and releases hazardous wastes into the ecosystem.

고-엔탈피 연료에 대한 의존도를 제거하기 위하여, 카르노 사이클을 자발성이 고유의 엔트로피 평형에 기인하는 새로운 열역학 사이클로 대체하는 것이 필요하다. 이러한 가능성은 랜드마크 논문 "A Method of Geometrical Representation of the Thermodynamic Properties of Substances by Means of Surfaces"( Transactions of the Connecticut Academy, II. pp. 382-404, 1873년 12월)에서 조시아 윌라드 깁스(Josiah Willard Gibbs)에 의해 이론상으로 예상되었다. 아래의 깁스(1873)에 대한 모든 인용은 이 논문에 속하도록 취해졌다. 도 3에서, 일부 임의의 비평형 상태(A)는 소산된 에너지(MN)의 표면을 따라 두 가지 방법 중 하나로 평형화될 수 있다. 하나의 평형은 깁스(Gibbs, 1873)에 의해 정교하게 기술되었다: "그 부피를 증가시키거나 엔트로피를 감소시키지 않고 감소될 수 있는 양을 알아내는 문제는 따라서 이것으로 축소될 수 있다. 이 양은 [E] 축에 평행하게 측정된 소산 에너지의 표면으로부터 초기 상태를 나타내는 점(A)의 거리에 의해 기하학적으로 표시될 것이다."In order to eliminate dependence on high-enthalpy fuels, it is necessary to replace the Carnot cycle with a new thermodynamic cycle whose spontaneity is due to an inherent entropy equilibrium. This possibility was discussed in the landmark paper "A Method of Geometrical Representation of the Thermodynamic Properties of Substances by Means of Surfaces" (Transactions of the Connecticut Academy, II. pp. 382-404, December 1873) by Josiah Willard Gibbs. Willard Gibbs) in theory. All citations to Gibbs (1873) below are taken to belong to this paper. In Figure 3, some arbitrary non-equilibrium state (A) can be equilibrated in one of two ways along the surface of the dissipated energy (MN). An equilibrium was elaborately described by Gibbs (1873): "The problem of finding a quantity that can be decreased without increasing its volume or decreasing its entropy can therefore be reduced to this. This quantity is [ E] will be represented geometrically by the distance of the point (A) representing the initial state from the surface of the dissipated energy measured parallel to the axis."

이 과정은 세월에 걸쳐 종래 기술에서 유실된, 깁스(1873)에 의해 도입된 또 다른 유형의 평형에 의해 보완될 수 있다. 깁스(1873)는 다음과 같이 언급했다: "다른 문제를 생각해 보자. 본체의 특정 초기 상태는 전과 같이 주어진다. 외부 기관에서 또는 외부 기관에 의한 작업이 허용되지 않는다. 통과한 모든 열의 대수 합이 0이 되는 조건에서만 열이 그들 사이를 통과할 수 있다. 이 조건으로부터, 초기 상태에서 이 과정이 끝날 때 남겨질 어떠한 본체라도 예외가 될 수 있다. 게다가 본체의 부피를 증가시키는 것은 허용되지 않는다."This process can be supplemented by another type of equilibrium introduced by Gibbs (1873), which has been lost in the prior art over the years. Gibbs (1873) stated: "Consider another problem. The specific initial state of the body is given as before. No work is allowed in or by an external body. The algebraic sum of all the columns passed through is zero. Heat can pass between them only under the conditions that

이를 고려하여, 깁스(1873)는 다음과 같이 제안했다: "이들 조건하에서 외부 시스템의 엔트로피를 줄이는 것이 가능한 최대량을 찾는 것이 필요하다. 이것은 명백히 본체의 에너지를 변화시키지 않거나 그 체적을 증가시키지 않고 본체의 엔트로피가 증가될 수 있는 양, 즉 [S]의 축에 평행하게 측정된 소산 에너지의 표면으로부터 초기 상태를 나타내는 점의 거리에 의해 기하학적으로 표현되는 양일 것이다. 이것은 [깁스 자유 엔트로피]라 할 수 있다."Taking this into account, Gibbs (1873) proposed: "It is necessary to find the maximum possible amount to reduce the entropy of an external system under these conditions . This obviously does not change the energy of the body or increase its volume, but it It will be the amount by which the entropy of [S] can be increased, i.e., the amount geometrically expressed by the distance of the point representing the initial state from the surface of the dissipated energy measured parallel to the axis of [S]. there is."

위의 엔트로피 평형은 카르노 사이클에 의해 결코 달성될 수 없다. 엔트로피내의 본질적인 증가를 지원하는 열역학 사이클은 열 복사를 포함해야 한다. 열 복사의 연구는 구스타브 키르히호프(Gustav Kirchhoff)에 의한 논문 "On the Relation Between the Emissive and the Absorptive Powers of Bodies for Heat and Light,"(D. B. Brace가 번역 및 편집한 "The Laws of Radiation and Absorption"(1901, American Book Company, pp. 73-97))에서 시작되었다. 이 논문은 이후 키르히호프(1860)로서 인용된다.The entropy equilibrium above can never be achieved by the Carnot cycle. A thermodynamic cycle that supports an intrinsic increase in entropy must include thermal radiation. The study of thermal radiation was conducted in the paper "On the Relation Between the Emissive and the Absorptive Powers of Bodies for Heat and Light," by Gustav Kirchhoff ("The Laws of Radiation and Absorption" translated and edited by DB Brace) (1901, American Book Company, pp. 73 - 97)). This article is hereafter referred to as Kirchhoff (1860).

키르히호프(1860)는 그의 복사 법칙을 다음과 같이 언급했다: "방출 및 흡수력의 비율은 동일한 온도에서 모든 본체에 대해 동일하다." 키르히호프의 복사 법칙은 스펙트럼 복사휘도 K(v,T)에 대해 다음과 같이 표현될 수 있다.Kirchhoff (1860) stated his law of radiation as follows: "The ratio of the emitted and absorbed powers are the same for all bodies at the same temperature." Kirchhoff's radiation law can be expressed as follows for spectral radiance K(v,T).

Figure 112019066792969-pct00009
Figure 112019066792969-pct00009

키르히호프의 보편적인 함수 K(v,T)는 물질 자체보다 더 기본적이기 때문에, 독일 물리학자들은 물질의 물리적 기초를 이해하기 위해 수십년에 걸쳐 과도한 노력으로 흑체 복사를 집중적으로 연구했다.Since Kirchhoff's universal function K(v,T) is more fundamental than matter itself, German physicists have spent decades and intensively studied blackbody radiation with undue effort to understand the physical basis of matter.

종래 기술에서 매우 잘 알려진 바와 같이, 흑체 복사에 대한 연구는 결국 양자 역학의 발견으로 이어진다. 이것은 키르히호프의 보편적인 함수 K(v,T)의 물리적 기초가 아직 알려지지 않았기 때문에, 열 복사의 양자 열역학은 불완전한 상태로 남아있다고 말할 수 있다. 이러한 이유로 카르노 사이클은 연료에 대한 의존성을 제거할 수 있는 보다 바람직한 양자 열역학 사이클로 아직 대체되지 못했다. 1901년의 논문 "On the Law of Distribution of Energy in the Normal Spectrum,"(Annalen der Physik, Vol. 4, 1901, p. 553)에 개시된 플랑크의 이름을 가진 흑체 복사 법칙에 대한 플랑크의 유도를 합리적으로 검토함으로써 양자 열역학의 종래 기술을 조사하는 것이 목적이다. 플랑크(1901)는 각각 다음과 같은 진동 에너지 U를 갖는 N개의 "동일한 공진기"가 존재한다고 가정했다.As is very well known in the prior art, the study of blackbody radiation eventually led to the discovery of quantum mechanics. It can be said that the quantum thermodynamics of thermal radiation remain incomplete, since the physical basis of Kirchhoff's universal function K(v,T) is still unknown. For this reason, the Carnot cycle has not yet been replaced by a more desirable quantum thermodynamic cycle that can eliminate dependence on fuel. Planck's derivation to the law of blackbody radiation with Planck's name as disclosed in his 1901 treatise "On the Law of Distribution of Energy in the Normal Spectrum," (Annalen der Physik, Vol. 4, 1901, p. 553) was rationally The purpose of this study is to investigate the prior art of quantum thermodynamics by examining it as Planck (1901) hypothesized that there are N "identical resonators", each having an oscillation energy U equal to

Figure 112019066792969-pct00010
Figure 112019066792969-pct00010

나중에 확립될 것이지만, 하이브리드화된 플랑크 공진기를 포함하는 사실상 매우 다른 유형의 공진기가 존재한다. 플랑크(1901)에 따르면, 전체 엔트로피(SN)은 단일 공진기의 평균 엔트로피(S)에 대응한다.As will be established later, there are in fact very different types of resonators, including hybridized Planck resonators. According to Planck (1901), the total entropy (S N ) corresponds to the average entropy (S) of a single resonator.

Figure 112019066792969-pct00011
Figure 112019066792969-pct00011

S는 개별적인 플랑크 공진기의 평균 엔트로피인 것을 강조하는 것을 보증한다. 이에 의해 플랑크(1901)는 그의 논문에서 플랑크 공진기에 대한 확률론적 해석을 촉구했다: "우리는 이제, N개의 공진기들이 함께 에너지(EN)를 갖도록, 임의의 추가 상수 내에서 확률(W)의 로그에 비례하는 시스템의 엔트로피(SN)를 로 설정한다."We ensure to emphasize that S is the average entropy of individual Planck resonators. Thereby, Planck (1901) urged a probabilistic interpretation of the Planck resonator in his thesis: "We now see that N resonators together have an energy (E N ) of the probability (W) within an arbitrary additional constant. Set the entropy (SN) of the system proportional to the logarithm to

SN = klogW + 상수 (8)S N = klogW + constant (8)

플랑크(1901)에 따르면: "N개의 공진기가 함께 진동 에너지(UN)를 보존하도록 확률(W)을 찾는 것이 문제이다. 더욱이, UN을 연속적이고 무한하게 나눌 수 있는 양으로 해석하는 것이 아니라 유한 수의 정수로 구성된 이산 양으로 해석할 필요가 있다. 그러한 각 부분을 에너지 요소(ε)라고 부르자. 따라서 우리는 다음을 설정해야한다:"According to Planck (1901): "The problem is to find the probability (W) such that N resonators together conserve the vibrational energy (U N ). Moreover, it is not to interpret the UN as a continuous and infinitely divisible quantity, but rather a finite We need to interpret it as a discrete quantity consisting of integers of numbers. Let's call each such part an energy component (ε). So we have to set:"

Figure 112019066792969-pct00012
Figure 112019066792969-pct00012

플랑크(1901)는 각각의 플랑크 공진기의 엔트로피(S)를 다음과 같이 유도했다:Planck (1901) derived the entropy (S) of each Planck resonator as follows:

Figure 112019066792969-pct00013
Figure 112019066792969-pct00013

평균 공진기 엔트로피(S)에 빈(Wien)의 스펙트럼 변위 법칙을 적용하면, P 개의 이산 에너지 요소들의 이산 에너지(ε)가 플랑크 상수(h)에 의해 공진기 주파수(ν)에 대응하는 것을 구축할 수 있다.Applying Wien's law of spectral displacement to the average resonator entropy (S), we can construct that the discrete energy (ε) of the P discrete energy elements corresponds to the resonator frequency (ν) by the Planck constant (h). there is.

Figure 112019066792969-pct00014
Figure 112019066792969-pct00014

식(11)을 식(10)에 대입하면 통계적 기초로 개별 플랑크 공진기의 엔트로피(S)를 설명하는 식을 초래한다.Substituting equation (11) into equation (10) results in an equation describing the entropy (S) of an individual Planck resonator on a statistical basis.

Figure 112019066792969-pct00015
Figure 112019066792969-pct00015

플랑크(1901)는 다음의 온도 관계에 의해 평균 공진기 진동 에너지(U) 및 평균 공진기 엔트로피(S)를 관련시켰다.Planck (1901) related the average resonator vibrational energy (U) and the average resonator entropy (S) by the following temperature relationship.

Figure 112019066792969-pct00016
Figure 112019066792969-pct00016

플랑크 공진기의 평균 진동 에너지(U)는 따라서 다음과 같다:The average vibrational energy (U) of a Planck resonator is thus:

Figure 112019066792969-pct00017
Figure 112019066792969-pct00017

플랑크(1901)는 각 스펙트럼 주파수 간격(ν 내지 ν+dν) 내의 복사 에너지 밀도 u(ν,T)dν가 다음의 관계를 충족시키도록 구축했다.Planck (1901) constructed so that the radiant energy density u(ν,T)dν within each spectral frequency interval (ν to ν+dν) satisfies the following relationship.

Figure 112019066792969-pct00018
Figure 112019066792969-pct00018

식(14)를 식(15)에 대입하면, 논의될 복사 에너지 밀도 u(ν,T)dν의 관점에서 플랑크의 흑체 복사 법칙을 산출한다.Substituting equation (14) into equation (15) yields Planck's law of blackbody radiation in terms of the radiant energy density u(ν,T)dν to be discussed.

Figure 112019066792969-pct00019
Figure 112019066792969-pct00019

플랑크가 공진기 엔트로피(S) 및 공진기 에너지(U)를 통계적으로 얻었지만, 플랑크의 스펙트럼 에너지 밀도 u(ν,T)만이 실험적으로 측정될 수 있다. 키르히호프(1860)에 의해 소개된 흑체 복사는 열적 평형에서 벽들을 가진 일부 차단 인클로저에 의해 형성된 중동의 공동 내부의 공동 복사에 의해 실험적으로 평가되었다. 상기 공동 내에서의 열 복사는 복사 평형을 달성하도록 허용되어, 공동 벽들에 의해 방출 및 흡수되는 복사의 비율들이 모든 주파수에 걸쳐 동일하게 된다. 공동 복사는 작은 홀에 의해 실험적으로 샘플링된다. 임의의 복사체 온도(T)에서, 넓은 범위의 주파수 스펙트럼(ν)에 걸쳐 고유한 복사조도 및 관련 스펙트럼 복사조도가 우선한다.Although Planck obtained the resonator entropy (S) and the resonator energy (U) statistically, only Planck's spectral energy density u(ν,T) can be experimentally measured. The blackbody radiation introduced by Kirchhoff (1860) was experimentally evaluated by the cavity radiation inside a cavity in the Middle East formed by some blocking enclosure with walls at thermal equilibrium. Thermal radiation within the cavity is allowed to achieve radiative equilibrium so that the proportions of radiation emitted and absorbed by the cavity walls are the same across all frequencies. The cavity radiation is experimentally sampled by a small hole. At any radiant temperature T, the inherent irradiance and associated spectral irradiance prevail over a wide range of frequency spectrum v.

공동 복사의 스펙트럼 복사조도를 측정함으로써, 넓은 온도 범위에 걸쳐, 식(16)의 플랑크 흑체 복사 법칙이 예기치 않게 검증되었다. 그러나 흑체 공동 복사와 관련된 실험은 플랑크 공진기의 구성에 대한 물리적 통찰력을 제공할 수 없다. 플랑크의 통계적 유도 또한 물리적 통찰력을 제공하지 못한다.By measuring the spectral irradiance of the cavity radiation, over a wide temperature range, the Planck blackbody radiation law in equation (16) was unexpectedly verified. However, experiments involving blackbody cavity radiation cannot provide physical insight into the configuration of Planck resonators. Planck's statistical derivation also fails to provide physical insight.

흑체 복사는 식(16)을 만족하는 특수한 형태의 열 복사를 구성하고, 이에 의해 복사조도가 키르히호프의 보편적 함수 K(ν,T)와 관련되어, 주어진 복사체 온도에서 고유한 복사 스펙트럼을 초래한다. 흑체 스펙트럼의 적외선 부분은 hv << kT에 대해 식(17)에 따라, 플랑크의 흑체 복사 법칙에서 유도된 레일리-진스(Rayleigh-Jeans)의 흑체 복사 법칙에 따른다. 레일리-진스의 흑체 복사 법칙은 기존 행태의 맥스웰 방정식에 따라 파동형 전자기 복사를 통제한다.Blackbody radiation constitutes a special form of thermal radiation that satisfies equation (16), whereby the irradiance is related to Kirchhoff's universal function K(ν,T), resulting in an intrinsic radiation spectrum at a given radiant temperature . The infrared portion of the blackbody spectrum obeys the Rayleigh-Jeans law of blackbody radiation, derived from Planck's law of blackbody radiation, according to equation (17) for hv << kT. Rayleigh-Jins' law of blackbody radiation governs wave-like electromagnetic radiation according to Maxwell's equations of existing behavior.

Figure 112019066792969-pct00020
Figure 112019066792969-pct00020

레일리-진스 흑체 복사 법칙은 흑체 복사 스펙트럼의 고주파 부분에서 복사 에너지 밀도 u(ν,T)가 무한대가 될 수 있는 자외선 파탄을 초래한다. 이 파탄은 흑체 스펙트럼의 자외선 부분에서 빈(Wien)의 흑체 복사 법칙의 지배에 의해 회피된다. 빈의 흑체 복사 법칙은 hv << kT에 대해 식(16)에서 플랑크의 흑체 복사 법칙으로부터 다음과 같이 유도될 수 있다.The Rayleigh-Jeans blackbody radiation law results in an ultraviolet breakdown where the radiation energy density u(ν,T) can be infinite in the high-frequency part of the blackbody radiation spectrum. This breakdown is avoided by the rule of Wien's law of blackbody radiation in the ultraviolet portion of the blackbody spectrum. Wien's law of blackbody radiation can be derived from Planck's law of blackbody radiation in equation (16) for hv << kT as

Figure 112019066792969-pct00021
Figure 112019066792969-pct00021

노벨 물리학상을 받은 논문에서, 아인슈타인은 빈의 흑체 복사 법칙에 따르는 복사가 맥스웰 방정식으로부터 유도될 수 없는 입자와 같은 전자기파를 구성한다는 것을 증명했다. 빈의 흑체 복사와 맥스웰의 전자기 복사를 조화시킬 수 없다는 것은 광의 조화될 수 없는 파장-입자 이중성을 초래하였고, 이는 차례로 양자 이론을 비결정적으로 만드는 복사선의 위기를 야기했다.In a paper that won the Nobel Prize in Physics, Einstein demonstrated that radiation according to Wien's law of blackbody radiation constitutes electromagnetic waves like particles that cannot be derived from Maxwell's equations. The inability to reconcile Wien's blackbody radiation and Maxwell's electromagnetic radiation resulted in the irreconcilable wavelength-particle duality of light, which in turn created a radiation crisis that renders quantum theory inconclusive.

이러한 결함을 해결하기 위해, "플랑크의 복사 이론과 비열 이론"이라는 제목의 1907년 논문에서 아인슈타인의 고체 열용량의 개발을 고려하는 것이 첫 번째 목적이다. 아인슈타인은 각 진동 원자의 평균 에너지(U)는 식 (14)를 따르는 플랑크 공진기의 진동 원자라고 간주했다. 결과적으로, 몰 에너지(molar energy)는 다음 관계에 의해 주어진다:To address these deficiencies, the first purpose is to consider Einstein's development of solid heat capacity in a 1907 paper entitled "Planck's Radiation Theory and Specific Heat Theory". Einstein regarded the average energy (U) of each vibrating atom as the vibrating atom of a Planck resonator according to equation (14). Consequently, the molar energy is given by the relation:

Figure 112019066792969-pct00022
Figure 112019066792969-pct00022

위의 몰 에너지가 hv << kT에 대해 3RT로 감소됨을 용이하게 확인할 수 있다. 아인슈타인의 몰 열용량은 이 관계에서 유도된다.It can be easily seen that the above molar energy is reduced to 3RT for hv << kT. Einstein's molar heat capacity is derived from this relationship.

Figure 112019066792969-pct00023
Figure 112019066792969-pct00023

플랑크 공진기의 물리적 구성을 확립하는데 종래 기술의 무능력은 응축된 물질에 대한 물리적 통찰을 방해한다. 양자 역학과 고전 역학을 구별하는 독특한 성질은 한정된 많은 본체 그룹의 입자들이 독립적으로 기술될 수 없는 양자 얽힘이다. 양자 얽힘은 양자 열역학을 고전 열역학과 구별한다. 이 기술 분야에서 필요한 것은 양자 얽힘이 화학적으로 제어될 수 있는 플랑크 공진기를 구성하는 인공 핵을 갖는 인공 원자에 의해 형성된 고체이다. 본 기술 분야에서 더욱 필요한 것은 원자 공학으로 인한 얽힘 엔트로피의 제어된 변화에 의해 카르노 사이클을 대체할 수 있는 양자 열역학 사이클이다. 연료 연소로 인한 기후 변화는 카르노 사이클의 열 기관 대체에 의해서만 해결될 수 있다.The inability of the prior art to establish the physical makeup of a Planck resonator hampers physical insight into the condensed material. A unique property that distinguishes quantum mechanics from classical mechanics is quantum entanglement, in which particles from many finite body groups cannot be described independently. Quantum entanglement distinguishes quantum thermodynamics from classical thermodynamics. What is needed in the art is a solid formed by artificial atoms with artificial nuclei that constitute a Planck resonator whose quantum entanglement can be controlled chemically. A further need in the art is a quantum thermodynamic cycle that can replace the Carnot cycle by a controlled change in entanglement entropy due to atomic engineering. Climate change due to fuel combustion can only be addressed by replacing the heat engine of the Carnot cycle.

자발성이 고유 엔트로피 평형에 기인하는 새로운 열역학 사이클인 것으로 여겨지는 것을 이용하기 위해 다양한 물품 및 디바이스가 제조될 수 있다. 새로운 열역학 사이클은 양자 열중성자화 및 양자 국소화 사이의 양자 상 전이를 이용한다.A variety of articles and devices can be made to exploit what is believed to be a novel thermodynamic cycle where spontaneity is due to intrinsic entropy equilibrium. The new thermodynamic cycle exploits a quantum phase transition between quantum thermal neutronization and quantum localization.

제 1 양상에서, 인가된 전기 부하에 응답하여 전하의 흐름을 생성하는 포노볼테익(phonovoltaic) 전지가 제조될 수 있다. 포노볼테익 전지는 한 쌍의 도체, 바람직하게는 금속 전극들을 포함하고, 이들 사이에 서로 다른 제벡(Seebeck) 계수를 갖는 두 개의 인접한 구역을 갖는 고체 반도체 재료를 갖는다. 전하의 흐름은 인가된 전기 부하에 대한 반응으로 포노볼테익 전지의 엔트로피에서 보상되지 않은 증가로 인해 주변의 엔트로피의 감소를 야기하는 것으로 여겨진다. 바람직하게는, 열 평형 상태하의 포노볼테익 전지는 주변으로부터의 잠재 열을 추출하고, 임의의 외부 기관, 임의의 이동 부품, 임의의 고갈성 동작 물질, 또는 임의의 충돌 복사를 사용하지 않고, 직접 기전력으로 변환시킨다. 기전력은 일정한 온도에서, 이동 플랑크 공진기처럼 거동하는 인공 핵의 양자 국소화와 양자 열중성자화 사이의 상 전이의 양자 전이 엔트로피의 보상되지 않은 증가로 인해 상보적인 제벡 효과에 의해 생성된다. 제 1 구역은 바람직하게는 붕소 및 수소인 화학 원소를 포함하고, 제 2 구역은 붕소, 수소 및 산소인 화학 원소를 포함하는 것이 바람직하다.In a first aspect, a phonovoltaic cell can be fabricated that generates a flow of charge in response to an applied electrical load. A phonovoltaic cell has a solid semiconductor material comprising a pair of conductors, preferably metal electrodes, with two adjacent zones between them having different Seebeck coefficients. The flow of charge is believed to cause a decrease in surrounding entropy due to an uncompensated increase in the entropy of the phonovoltaic cell in response to an applied electrical load. Preferably, the phonovoltaic cell under thermal equilibrium extracts latent heat from its surroundings and directly converted into electromotive force. The electromotive force is generated by the complementary Seebeck effect due to the uncompensated increase in the quantum transition entropy of the phase transition between the quantum thermal neutronization and the quantum localization of an artificial nucleus that behaves like a moving Planck resonator at constant temperature. It is preferred that the first zone contains the chemical elements which are preferably boron and hydrogen, and the second zone contains the chemical elements which are boron, hydrogen and oxygen.

포노볼테익 셀의 바람직한 양태에서, 제 1 구역은 20면체 붕소 및 수소를 포함하는 붕소층이고, 어느 다른 원자보다 높은 붕소의 상대적 원자 농도를 갖고, 제 2 구역은 20면체 붕소, 산소 및 수소를 포함하는 붕소층이고, 어느 다른 원자보다 높은 붕소의 상대적 원자 농도를 갖는다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 구역 모두 규소를 함유한다. 각 구역은 4nm 이하의 두께를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 특히 바람직한 양태에서, 제 1 구역은 바람직하게는(B12Hw)xSiy(여기에서, 3≤w≤5, 2≤x≤4 및 3≤y≤5)의 구조식을 갖는 실라보란이며, 제 2 구역은(B12Hw)xSiyOz(여기에서, 3≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5 및 0<z≤3)의 구조식을 갖는 옥시실라보란이다. 다수의 p-아이소타입 정류기는 바람직하게는 원 위치에 적층되어 포노볼테익 파일(pile)을 형성하고, 제 1 포노볼테익 전지의 제 2 도체가 다음의 인접한 포노볼테익 전지를 위한 제 1 도체를 형성하는 포노볼테익 파일을 포함한다.In a preferred embodiment of the phonovoltaic cell, the first zone is a boron layer comprising icosahedral boron and hydrogen, has a relative atomic concentration of boron higher than any other atom, and the second zone contains icosahedral boron, oxygen and hydrogen. It is a layer of boron containing boron, and has a higher relative atomic concentration of boron than any other atom. Preferably, both the first and second zones contain silicon. More preferably, each zone has a thickness of 4 nm or less. In a particularly preferred embodiment, the first zone is preferably a silaborane having the structural formula (B 12 H w ) x Si y (where 3≤w≤5, 2≤x≤4 and 3≤y≤5) , the second region is (B 12 H w ) x Si y O z (where 3≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5 and 0<z≤3) it is borane A plurality of p-isotype rectifiers are preferably stacked in situ to form a phonovoltaic pile, the second conductor of a first phonovoltaic cell being the first conductor for the next adjacent phonovoltaic cell Includes phonovoltaic files that form

제 2 양상에서, p-아이소타입 정류기는 전기 전도도가 애노드 및 캐소드 접촉 전극들 사이에 인가된 기전력의 극성에 대해 비대칭이 되도록 생성된다. 정류기는 2개의 인접한 구역을 갖는 고체 반도체 재료로부터 제조되며, 각각의 구역은 별도의 도체에 의해 접촉된다. 2개의 인접 구역은 상이한 이동-전하 농도를 가지므로, 전기 전도도는 상기 인접 구역들의 접촉 전극들 사이에 인가된 기전력의 극성에 대해 비대칭이 된다. 비대칭 전기 컨덕턴스는, 하나의 전극이 다른 전극에 대해 양으로 바이어스될 때와 비교하여, 하나의 전극이 다른 전극에 대해 음으로 바이어스될 때 상당히 큰 전류 흐름이 될 것으로 간주된다.In a second aspect, the p-isotype rectifier is created such that the electrical conductivity is asymmetric with respect to the polarity of the electromotive force applied between the anode and cathode contact electrodes. The rectifier is made from a solid semiconductor material having two adjacent zones, each zone being contacted by a separate conductor. Since the two adjacent zones have different moving-charge concentrations, the electrical conductivity becomes asymmetric with respect to the polarity of the electromotive force applied between the contact electrodes of the adjacent zones. Asymmetric electrical conductance is considered to be a significantly greater current flow when one electrode is negatively biased with respect to the other as compared to when one electrode is positively biased with respect to the other.

p-아이소타입 정류기의 바람직한 양태에서, 제 1(애노드) 구역은 20면체 붕소 및 수소를 포함하는 붕소층이고, 어느 다른 원자보다 더 높은 붕소의 상대적 원자 농도를 갖고, 제 2(캐소드) 구역은 20면체 붕소, 산소 및 수소를 포함하고 붕소층이고, 어느 다른 원자보다 더 높은 붕소의 상대적 원자 농도를 갖는다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 구역 모두 규소를 함유한다. 또한, 각 구역은 4nm 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 양태에서, 제 1 구역은 실라 보란이며, 바람직하게는 (B12Hw)xSiy(여기에서, 3≤w≤5, 2≤x≤4 및 3≤y≤5)의 구조식을 갖고, 제 2 구역은 (B12Hw)xSiyOz(여기에서, 3≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5 및 0<z≤3)의 구조식을 갖는 옥시실라보란이다. In a preferred embodiment of the p-isotype rectifier, the first (anode) region is a boron layer comprising icosahedral boron and hydrogen, has a higher relative atomic concentration of boron than any other atom, and the second (cathode) region comprises: It is a layer of boron containing icosahedral boron, oxygen and hydrogen, and has a higher relative atomic concentration of boron than any other atom. Preferably, both the first and second zones contain silicon. Further, each zone preferably has a thickness of 4 nm or less. In a particularly preferred embodiment, the first zone is sila borane, preferably having the structural formula (B 12 H w ) x Si y (where 3≤w≤5, 2≤x≤4 and 3≤y≤5) and the second region is an oxy having the structural formula (B 12 H w ) x Si y O z (where 3≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5 and 0<z≤3) It is silaborane.

제 3 양상에서, 집적 회로에 사용되는 도체는 도체의 유효 저항이 동일한 치수를 갖는 구리 도체의 유효 저항보다 낮은 곳에서 형성될 수 있다. 도체는 전하의 실제 변위 없이 전계가 없을 때 전기 에너지를 대체하는 것으로 여겨진다. 이는 도체의 전기 전도성 특성을 수정하기 위해 미량의 금속, 특히 주화 금속을 사용하여 전기적 특성이 수정된 고체 반도체 재료를 사용함으로써 달성된다. 현재 이것은 외부 기관의 도움없이 공간을 통해 전자기 파워 밀도를 대체할 수 있는 고체 반도체 재료 내에서 본질적으로 주기적인 구동력을 생성하는 마이크로파 지터베베궁 아로노프-봄(microwave zitterbewegung Aharanov-Bohm) 효과를 초래한다고 여겨진다. 이러한 고유한 구동력의 결과로서, 현재 유효 전류 밀도가 특정 최대값을 초과하지 않는 한, 도체의 바람직한 양태는 실온 초전도체로서 이상적으로 작용할 수 있다고 여겨진다. 이 최대 전류 밀도는 현재 그라핀의 것에 필적할만한 것으로 여겨진다.In a third aspect, a conductor used in an integrated circuit may be formed where the effective resistance of the conductor is lower than the effective resistance of a copper conductor having the same dimension. Conductors are considered to displace electrical energy in the absence of an electric field without an actual displacement of an electric charge. This is achieved by using solid semiconductor materials whose electrical properties are modified using trace metals, particularly coinage metals, to modify the electrically conductive properties of the conductor. Currently, this results in the microwave zitterbewegung Aharanov-Bohm effect, which creates an essentially periodic driving force within a solid semiconductor material that can displace electromagnetic power density through space without the aid of an external organ. It is considered As a result of this intrinsic driving force, it is believed that the preferred embodiment of the conductor can ideally function as a room temperature superconductor, so long as the current effective current density does not exceed a certain maximum. This maximum current density is currently believed to be comparable to that of graphene.

바람직한 양태에서, 도체는 두 개의 회로 소자, 예를 들면, 저항, 커패시터, 다이오드, 전원 공급 장치, 인덕터, 트랜스포머, 와이어 또는 도체를 집적 회로 내에서 연결할 수 있다. 특히 바람직한 양태에서, 도체는 50nm 미만의 크기를 포함하는 백 엔드 오브 라인(BEOL) 상호연결부에서 사용될 수 있다. 이러한 도체는 20면체 붕소, 수소 및 선택적으로 산소를 포함하고, 어느 다른 원자보다 더 높은 붕소의 상대적 원자 농도를 갖는다. 또한, 이러한 도체는 금, 구리 및 은과 같은 주화 금속을 미량으로 포함한다. 미량은 자연 붕소 원자의 핵 전기 4중극 모멘트를 부분적으로 또는 완전히 상쇄함으로써 발생하는 것으로 여겨지는 도체의 전기 전도성을 변화시키는 것에 충분하지만, 도체의 화학양론적 비율에 영향을 미치기에는 충분하지 않는 양이다. 바람직하게는 주화 금속은 금이고, 바람직하게는 약 1018cm-3의 원자 농도로 도체에 포함된다. 바람직하게, 도체는 또한 규소를 함유한다. 특히 바람직한 양태에서, 도체는 바람직하게는 (B12Hw)xSiy(여기에서, 3≤w≤5, 2≤x≤4 및 3≤y≤5)의 구조식을 갖는 실라보란, 또는 더 낮은 정도의 선호도로(B12Hw)xSiyOz(여기에서, 3≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5 및 0<z≤3)의 구조식을 갖는 옥시실라보란이다.In a preferred embodiment, the conductor can connect two circuit elements, for example, a resistor, a capacitor, a diode, a power supply, an inductor, a transformer, a wire or a conductor in an integrated circuit. In a particularly preferred embodiment, the conductors may be used in back end of line (BEOL) interconnects comprising sizes less than 50 nm. These conductors contain icosahedral boron, hydrogen and optionally oxygen, and have a higher relative atomic concentration of boron than any other atom. These conductors also contain trace amounts of coining metals such as gold, copper and silver. Trace amounts are sufficient to change the electrical conductivity of a conductor that is believed to arise from partially or completely canceling the nuclear electric quadrupole moment of the natural boron atom, but not sufficient to affect the stoichiometric ratio of the conductor . Preferably the coinage metal is gold, preferably included in the conductor in an atomic concentration of about 10 18 cm -3 . Preferably, the conductor also contains silicon. In a particularly preferred embodiment, the conductor is preferably a silaborane having the structural formula (B 12 H w ) x Si y (where 3≤w≤5, 2≤x≤4 and 3≤y≤5), or more With a low degree of preference (B 12 H w ) x Si y O z (where 3≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5 and 0<z≤3) oxysila it is borane

본 발명의 바람직한 양태가 첨부된 도면에 도시되었다.
도 1은 카르노 사이클을 도시한 도면.
도 2는 카르노 사이클의 다른 도시의 도면.
도 3은 비평형 상태의 깁스 평형을 도시한 도면.
도 4는 롱게-히긴스(Longuet-Higgins)와 로버츠(Roberts)에 의해 채용된 방식으로 입방체에 새겨진 정 20면체를 도시하는 도면.
도 5는 3-중심 결합이 24개의 비국소화된 접선방향 원자 궤도 Ψi(p{111})로 기술된 붕소 20면체의 제안된 거의-대칭인 핵 구성을 도시하는 도면.
도 6은 도 5에 도시된 규칙적인 붕소 20면체의 클러스터화된 핵의 제안된 에너지 준위를 도시하는 에너지 선도.
도 7은 도 5에 도시된 규칙적인 붕소 20면체의 클러스터화된 원자가 전자의 제안된 에너지 준위를 도시하는 에너지 선도.
도 8은 디바이(Debye) 힘에 의해 결합된 4개의 수소로 도시된 대칭 핵 구성을 갖는 규칙적인 붕소 20면체를 도시한 도면.
도 9는 단결정성 규소 단위 전지를 도시한 도면.
도 10은 다이아몬드형의 피코결정성 단위 전지를 도시한 도면.
도 11은 디락(Dirac)의 상대론적 파동 방정식에 따르는 처음 8개의 원자가 전자의 점유 에너지 준위를 나타내는 에너지 준위도.
도 12는 디락의 상대론적 파동 방정식에 따르는 처음 12개의 원자가 전자의 점유 에너지 준위를 도시하는 에너지 준위도.
도 13은 디락의 상대론적 파동 방정식에 따르는 24개의 전자의 점유 에너지 준위를 나타내는 에너지 준위도.
도 14는 디락의 상대론적 파동 방정식에 따르는 처음 32개의 원자가 전자의 점유 에너지 준위를 나타내는 에너지 준위도.
도 15는 디락의 상대론적 파동 방정식에 따르는 36개의 원자가 전자의 점유 에너지 준위를 나타내는 에너지 준위도.
도 16은 한 쌍의 전자가 |+3sp1 / 2〉에너지 준위로부터 떨어지도록, |-3sp1 /2〉 에너지 준위의 |-3s1 /2〉 및 |-3p1 /2〉 에너지 준위로의 제안된 제 1 해방을 도시하는 에너지 준위도.
도 17은 한 쌍의 전자가 |+3pd3 / 2〉에너지 준위로부터 떨어지도록, |-3pd3 /2〉 에너지 준위의 |-3p3 /2〉 및 |-3d3 /2〉 에너지 준위로의 제안된 제 2 해방을 도시하는 에너지 준위도.
도 18a 및 18b는 결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si의 불균등화로 인하여 음이온화되고 양이온화된 피코결정성 인공 보란 원자 B12 2 - H4 및 B12 2+H4(101)의 원자가 전자에 의한 점유 에너지 준위를 반영한 것으로 여겨지는 에너지 도면.
도 19는 자연 산소 원자가 포함된 다이아몬드 형의 피코결정성 단위 전지를 도시한 도면.
도 20은 한 쌍의 전자를 산소 원자가 제공하도록, |-2sp1 /2〉 에너지 준위의 |-2s1/2〉 및 |-2p1/2〉 에너지 준위로의 제안된 해방을 도시하는 에너지 준위도.
도 21은 금속 전극에 의해 개재된 다수 쌍의 인접한 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 구역 및 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 구역을 포함하는 포노볼테익 전지(400)를 도시하는 도면.
도 22는 카르노 사이클의 다른 예시 도면.
도 23은 제안된 양자 열역학 사이클을 도시하는 도면.
도 24a 내지 24d는 한 쌍의 결합된 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 및 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 구역(401 및 402)의 제 1 및 제 2 가장 가까운 이웃 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 인공 핵의 제안된 점유 전자 에너지 준위를 도시하는 에너지 선도;
도 25a 내지 25d는 제안된 자발적 이동 전하 확산을 도시하는 도면.
도 26a 내지 26d는 제안된 이동 전하 확산을 추가로 도시하는 도면.
도 27a 내지 27d는 제안된 이동 전하 확산을 더 묘사하는 도면.
도 28a 내지 28d는 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 구역에서 20면체 내의 결합 하위궤도로부터 20면체 내의 반결합 하위 궤도로의 원자가 전자의 제안된 스펙트럼 유도를 도시한 도면.
도 29a 내지 29d는 자연 붕소 원자의 핵 전기 4중극 모멘트에 기인한 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 구역에서 원자가 전자의 제안된 자체-열중성자화를 도시한 도면.
도 30은 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 구역에서 제안된 불균등화를 도시한 도면.
도 31은 제안된 양자 열역학 사이클을 도시한 도면.
도 32는 지구의 에너지 수지를 도시한 도면.
도 33은 흑체의 스펙트럼 복사휘도를 도시한 도면.
도 34는 단결정성 규소상에 증착된 피코결정성 보란 고체의 고분해능 투과 현미경(HRTEM)에 의해 얻어진 현미경 사진.
도 35는 단결정성 규소 기판의 HRTEM 고속 푸리에 변환(FFT) 이미지.
도 36은 피코결정성 보란 고체의 FFT 이미지.
도 37은 단결정성 기판의 HRTEM 회절 강도의 면간 격자 d-간격에 관한 그래프.
도 38은 피코결정성 보란 고체의 HRTEM 회절 강도의 면간 격자 d-간격에 관한 그래프.
도 39는 자체-조립 피코결정성 보란 고체의 통상적인 ω-2θ X-선 회절(XRD) 패턴을 도시한 도면.
도 40은 도 39에서 동일한 자체-조립 피코결정성 보란 고체의 그레이징 입사의 X-선 회절(GIXRD) 스캔을 도시한 도면.
도 41은 도 39에서 스캔된 동일한 자체-조립된 피코결정성 보란 고체의 제 2 그레이징 입사 X-선 회절 스캔을 도시한 도면.
도 42는 단결정성 기판의 도너-도핑된 구역 상에 증착된 실라보라이드(silaboride) 막을 도시한 도면.
도 43은 실시예 1의 피코결정성 실라보라이드 고체의 GIXRD 스캔의 그래프.
도 44는 실시예 2에 따라 도너-도핑된 규소 구역 위에 증착된 옥시실라보란 막을 도시하는 도면.
도 45는 실시예 2의 얇은 옥시실라보란 고체의 통상적인 ω-2θ X-선 회절(XRD) 패턴을 도시한 도면.
도 46은 실시예 2의 옥시실라보란 고체의 GIXRD 스캔의 그래프.
도 47은 실시예 3에 따른 n-형 규소 기판상에 증착된 실라보란 막을 도시하는 도면.
도 48은 실시예 3에서 증착된 실라보란 막의 X-선 광전자 분광법(XPS)의 깊이 프로파일을 도시한 도면.
도 49는 실시예 3에서 증착된 실라보란 막의 오제 전자 분광법(Auger electron spectroscopy : AES)의 깊이 프로파일을 도시한 도면.
도 50은 실시예 4에 따른 p-형 규소 기판상에 증착된 실라보란 막을 도시하는 도면.
도 51은 실시예 4에서 증착된 실라보란 막의 X-선 광전자 분광법(XPS)의 깊이 프로파일을 도시한 도면.
도 52는, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 4에서 증착된 실라보란 막의 전류-전압 특성의 선형 그래프.
도 53은, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 4에서 증착된 실라보란 막의 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 54는 실시예 5에 따라 p-형 규소 기판상에 증착된 옥시실라보란 막을 도시한 도면.
도 55는 실시예 5에서 증착된 옥시실라보란 막의 X-선 광전자 분광법(XPS)의 깊이 프로파일을 도시한 도면.
도 56은, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 5에서 증착된 옥시실라보란 막의 전류-전압 특성의 선형 그래프.
도 57은, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 5에서 증착된 3-옥시실라보란 막의 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 58은 실시예 6에 따라 증착된 옥시실라보란 막의 다른 양태의 X-선 광전자 분광법(XPS)의 깊이 프로파일을 도시한 도면.
도 59는, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 6에서 특징 지워진 옥시실라보란 막의 전류-전압 특성의 선형 그래프.
도 60은, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 6에서 특징 지워진 옥시실라보란 막의 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 61은 실시예 7에 따라 증착된 옥시실라보란 막의 또 다른 양태의 X-선 광전자 분광법(XPS)의 깊이 프로파일을 도시한 도면.
도 62는, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 7에서 특징 지워진 옥시실라보란 막의 전류-전압 특성의 선형 그래프.
도 63은, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 7에서 특징 지워진 옥시실라보란 막의 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 64는 실시예 8에서 증착된 옥시실라보란 막의 또 다른 양태의 X-선 광전자 분광법(XPS)의 깊이 프로파일을 도시한 도면.
도 65는, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 8에서 특징 지워진 옥시실라보란 막의 전류-전압 특성의 선형 그래프.
도 66은, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 8에서 특징 지워진 옥시실라보란 막의 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 67은 실시예 9에서 증착된 옥시실라보란 막의 또 다른 양태의 X-선 광전자 분광법(XPS)의 깊이 프로파일을 도시한 도면.
도 68은, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 9에서 특징 지워진 옥시실라보란 막의 전류-전압 특성의 선형 그래프.
도 69는, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 9에서 특징 지워진 옥시실라보란 막의 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 70은, 수은 프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 10의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 전류-전압 특성의 선형 그래프.
도 71은, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 10의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 전류-전압 특성의 선형 그래프.
도 72는, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 10의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 상이한 전류-전압 범위의 선형 그래프.
도 73은, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 10의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 순방향-바이어스 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 74는, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 10의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 역-바이어스 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 75는, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 11의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 전류-전압 특성의 선형 그래프.
도 76은, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 11의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 상이한 전류-전압 범위의 선형 그래프.
도 77은, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 11의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 순방향-바이어스 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 78은, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 11의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 역-바이어스 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 79는, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 12의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 제 1 전류-전압 범위의 선형 그래프.
도 80은, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 12의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 제 2 전류-전압 범위의 선형 그래프.
도 81은, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 12의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 제3 전류-전압 범위의 선형 그래프.
도 82는, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 12의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 순방향-바이어스 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 83은 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 12의 p-아이소타입 전기화학 정류기의 역-바이어스 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 84는 실시예 13에 따라 제조된 실라보란 막을 포함하는 전기화학 디바이스를 도시하는 도면.
도 85는, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 13의 전기화학 디바이스의 전류-전압 특성의 선형 그래프.
도 86은, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 13의 전기화학 디바이스의 제 2 전류-전압 특성의 선형 그래프.
도 87은, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 13의 전기화학 디바이스의 순방향-바이어스 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 88은, 마이크로프로브에 의해 얻어진 스위프 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정된, 실시예 13의 전기화학 디바이스의 역-바이어스 전류-전압 특성의 로그-로그 그래프.
도 89는 실시예 14에 따라 p-형 규소 기판상에 증착된 옥시실라보란 막을 도시하는 도면.
도 90은 실시예 14에서 증착된 옥시실라보란 막의 X-선 광전자 분광법(XPS)의 깊이 프로파일을 도시한 도면.
도 91은 실시예 14에서 증착된 옥시실라보란 막의 열처리 수지를 도시한 도면.
도 92는 조시아 윌라드 깁스(Josiah Willard Gibbs)에 의해 제안된 에너지 평형의 기하학적 표현을 도시한 도면.
도 93은 조시아 윌라드 깁스에 의해 제안된 엔트로피 평형의 기하학적 표현을 도시한 도면.
도 94a 및 94b는 어둠 속에서 포토볼테익 전지(photovoltaic cell)와 포노볼테익 전지(phonovoltaic cell)를 비교한 도면.
도 95a 및 95b는 이동성 전자-홀 쌍이 복사상으로 유도되는 포노볼테익 전지와 포토볼테익 전지를 비교한 도면.
도 96a 및 96b는 유도된 이동 전자-홀 쌍이 분리되는 포노볼테익 전지와 포토볼테익 전지를 비교한 도면.
도 97a 및 97b는 전기 부하가 인가된 포노볼테익 전지와 포토볼테익 전지를 비교한 도면.
도 98a 및 98b는 포노볼테익 전지의 계획된 제조 원가 분석의 도면.
도 99a 및 99b는 포노볼테익 전지, 포토볼테익 전지 및 열이온 변환기를 비교 한 도면.
도 100은 실시예 15에 따라 제작된 옥시실라보란 막 및 금을 포함하는 디바이스를 도시하는 도면.
도 101은 실시예 15에서 증착된 옥시실라보란 막의 X-선 광전자 분광법(XPS)의 깊이 프로파일을 도시한 도면.
도 102는 실시예 15의 옥시실라보란 막 중의 미량의 금 불순물 농도를 측정하기 위해 수행된 2차 이온 질량 분석(SIMS)을 도시한 도면;
도 103은 실시예 15의 금 막 포함 디바이스 위에 증착된 금속 전극(536, 537)을 도시한 도면.
도 104는 실시예 15의 옥시실라보란 막의 전류-전압 특성의 선형 그래프.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS A preferred embodiment of the present invention is shown in the accompanying drawings.
1 is a diagram illustrating the Carnot cycle.
2 is a diagram of another illustration of the Carnot cycle;
Figure 3 is a view showing the Gibbs equilibrium in a non-equilibrium state.
Fig. 4 shows an icosahedron carved into a cube in the manner employed by Longuet-Higgins and Roberts;
FIG. 5 depicts the proposed near-symmetrical nuclear configuration of a boron icosahedron in which the three-centre bond is described as 24 delocalized tangential atomic orbitals Ψ i (p {111} ).
FIG. 6 is an energy diagram showing the proposed energy levels of the clustered nuclei of the regular boron icosahedron shown in FIG. 5; FIG.
FIG. 7 is an energy diagram showing the proposed energy levels of clustered valence electrons of the regular boron icosahedron shown in FIG. 5. FIG.
8 shows a regular boron icosahedron with a symmetrical nuclear configuration shown with four hydrogens bound by Debye forces.
9 is a view showing a monocrystalline silicon unit cell.
10 is a diagram illustrating a diamond-shaped picocrystalline unit cell.
11 is an energy level diagram showing the occupied energy levels of the first eight valence electrons according to Dirac's relativistic wave equation.
Fig. 12 is an energy level diagram showing the occupied energy levels of the first 12 valence electrons according to Dirac's relativistic wave equation;
13 is an energy level diagram showing the energy levels occupied by 24 electrons according to Dirac's relativistic wave equation.
Fig. 14 is an energy level diagram showing the occupied energy levels of the first 32 valence electrons according to Dirac's relativistic wave equation;
15 is an energy level diagram showing the energy levels occupied by 36 valence electrons according to Dirac's relativistic wave equation.
16 shows a pair of electrons falling from |+ 3sp 1/2 > energy level, | -3sp 1/2 > energy level | -3s 1/2 > and |-3p 1/2 > energy level. Energy level diagram showing the proposed first liberation.
17 shows a pair of electrons moving away from |+3pd 3 / 2 > energy level, |-3pd 3 /2 > energy level |-3p 3 /2 > and |-3d 3 /2 > energy level. Energy level diagram showing the proposed second liberation.
18a and 18b show anionized and cationized picocrystalline artificial borane atoms B 12 2 - H 4 and B 12 2+ H 4 (101) due to disproportionation of crystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si. ), an energy diagram believed to reflect the energy level occupied by the valence electrons.
19 is a view showing a diamond-type picocrystalline unit cell containing a natural oxygen atom.
20 is an energy level showing the proposed liberation of |-2sp 1/2 > energy level |-2s 1/2 > and | -2p 1/2 > energy level, such that an oxygen atom donates a pair of electrons. do.
21 shows multiple pairs of adjacent picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 regions and picocrystalline oxysilaborane p-(B 2 12 H 4 ) 2 Si 4 interposed by a metal electrode. A diagram showing a phonovoltaic cell 400 comprising an O 2 + 2 zone.
22 is another exemplary diagram of the Carnot cycle.
23 is a diagram showing the proposed quantum thermodynamic cycle.
24A-24D show a pair of bound picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 and picocrystalline oxysilaborane p-( B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 energy diagrams showing the proposed occupied electron energy levels of the artificial nuclei of the first and second nearest neighboring picocrystalline artificial borane atoms 101 of regions 401 and 402;
25A-25D show the proposed spontaneous transfer charge diffusion.
26A-26D further illustrate the proposed mobile charge diffusion.
27A-27D further depict the proposed mobile charge diffusion.
28A-28D show the proposed spectral derivation of valence electrons from a bonding suborbital in an icosahedron to an antibonding suborbital in an icosahedron in the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 region. .
29A-29D show the proposed self-thermal neutronization of valence electrons in the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 region due to the nuclear electric quadrupole moment of a native boron atom.
30 is a diagram showing the proposed disproportionation in the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 region.
31 is a diagram showing the proposed quantum thermodynamic cycle.
32 is a diagram showing the energy balance of the Earth.
33 is a diagram showing the spectral radiance of a black body;
34 is a micrograph obtained by high resolution transmission microscopy (HRTEM) of a picocrystalline borane solid deposited on monocrystalline silicon.
35 is an HRTEM fast Fourier transform (FFT) image of a monocrystalline silicon substrate.
36 is an FFT image of a picocrystalline borane solid.
37 is a graph relating to interplanar lattice d-spacing of HRTEM diffraction intensity of a monocrystalline substrate.
38 is a graph relating to interplanar lattice d-spacing of HRTEM diffraction intensities of picocrystalline borane solids.
39 shows a typical ω-2θ X-ray diffraction (XRD) pattern of a self-assembled picocrystalline borane solid.
FIG. 40 is an X-ray diffraction (GIXRD) scan of grazing incidence of the same self-assembled picocrystalline borane solid in FIG. 39;
FIG. 41 shows a second grazing incident X-ray diffraction scan of the same self-assembled picocrystalline borane solid scanned in FIG. 39 .
Figure 42 shows a silaboride film deposited on a donor-doped region of a monocrystalline substrate.
43 is a graph of a GIXRD scan of the picocrystalline silaboride solid of Example 1. FIG.
FIG. 44 shows an oxysilaborane film deposited over donor-doped silicon regions according to Example 2. FIG.
FIG. 45 shows a typical ω-2θ X-ray diffraction (XRD) pattern of the thin oxysilaborane solid of Example 2. FIG.
Figure 46 is a graph of the GIXRD scan of the oxysilaborane solid of Example 2.
47 is a diagram showing a silaborane film deposited on an n-type silicon substrate according to Example 3. FIG.
FIG. 48 shows the depth profile of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the silaborane film deposited in Example 3. FIG.
49 is a diagram showing the depth profile of Auger electron spectroscopy (AES) of the silaborane film deposited in Example 3. FIG.
FIG. 50 shows a silaborane film deposited on a p-type silicon substrate according to Example 4. FIG.
FIG. 51 shows the depth profile of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the silaborane film deposited in Example 4. FIG.
52 is a linear graph of the current-voltage characteristics of the silaborane film deposited in Example 4, as measured by an HP-4145 parametric analyzer through a sweep signal obtained by a mercury probe.
Fig. 53 is a log-log graph of the current-voltage characteristic of the silaborane film deposited in Example 4, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a mercury probe.
Fig. 54 shows an oxysilaborane film deposited on a p-type silicon substrate according to Example 5;
Fig. 55 shows the depth profile of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the oxysilaborane film deposited in Example 5;
Fig. 56 is a linear graph of the current-voltage characteristics of the oxysilaborane film deposited in Example 5, as measured by an HP-4145 parametric analyzer through a sweep signal obtained by a mercury probe.
Fig. 57 is a log-log graph of the current-voltage characteristic of the 3-oxysilaborane film deposited in Example 5, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a mercury probe.
58 shows X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) depth profiles of another embodiment of an oxysilaborane film deposited according to Example 6. FIG.
59 is a linear graph of the current-voltage characteristics of the oxysilaborane film characterized in Example 6, as measured by an HP-4145 parametric analyzer via a sweep signal obtained by a mercury probe.
Fig. 60 is a log-log graph of the current-voltage characteristics of the oxysilaborane membrane characterized in Example 6, measured by an HP-4145 parameter analyzer via a sweep signal obtained by a mercury probe.
FIG. 61 depicts X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) depth profiles of another embodiment of an oxysilaborane film deposited according to Example 7. FIG.
62 is a linear graph of the current-voltage characteristics of the oxysilaborane film characterized in Example 7, as measured by an HP-4145 parametric analyzer via a sweep signal obtained by a mercury probe.
Fig. 63 is a log-log graph of the current-voltage characteristics of the oxysilaborane membrane characterized in Example 7, measured by an HP-4145 parameter analyzer via a sweep signal obtained by a mercury probe.
FIG. 64 depicts a depth profile of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of another embodiment of an oxysilaborane film deposited in Example 8. FIG.
65 is a linear graph of the current-voltage characteristics of the oxysilaborane film characterized in Example 8, as measured by an HP-4145 parameter analyzer via a sweep signal obtained by a mercury probe.
Fig. 66 is a log-log graph of the current-voltage characteristics of the oxysilaborane membrane characterized in Example 8, measured by an HP-4145 parameter analyzer via a sweep signal obtained by a mercury probe.
67 depicts a X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) depth profile of another embodiment of an oxysilaborane film deposited in Example 9. FIG.
Fig. 68 is a linear graph of the current-voltage characteristics of the oxysilaborane film characterized in Example 9, measured by an HP-4145 parametric analyzer via a sweep signal obtained by a mercury probe.
Fig. 69 is a log-log graph of the current-voltage characteristic of the oxysilaborane membrane characterized in Example 9, measured by an HP-4145 parameter analyzer via a sweep signal obtained by a mercury probe.
70 is a linear graph of the current-voltage characteristic of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 10, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a mercury probe.
Fig. 71 is a linear graph of the current-voltage characteristic of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 10, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a microprobe.
FIG. 72 is a linear graph of different current-voltage ranges of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 10, as measured by an HP-4145 parametric analyzer via a sweep signal obtained by a microprobe.
73 is a log-log graph of the forward-bias current-voltage characteristic of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 10, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a microprobe.
74 is a log-log graph of the reverse-bias current-voltage characteristic of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 10, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a microprobe.
Fig. 75 is a linear graph of the current-voltage characteristic of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 11, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a microprobe.
76 is a linear graph of different current-voltage ranges of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 11, as measured by an HP-4145 parametric analyzer via a sweep signal obtained by a microprobe.
Fig. 77 is a log-log graph of the forward-bias current-voltage characteristic of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 11, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a microprobe.
Fig. 78 is a log-log graph of the reverse-bias current-voltage characteristic of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 11, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a microprobe.
79 is a linear graph of the first current-voltage range of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 12, as measured by an HP-4145 parametric analyzer via a sweep signal obtained by a microprobe.
FIG. 80 is a linear graph of the second current-voltage range of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 12, as measured by an HP-4145 parametric analyzer via a sweep signal obtained by a microprobe.
81 is a linear graph of the third current-voltage range of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 12, as measured by a HP-4145 parametric analyzer via a sweep signal obtained by a microprobe.
82 is a log-log graph of the forward-bias current-voltage characteristic of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 12, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a microprobe.
83 is a log-log graph of the reverse-bias current-voltage characteristic of the p-isotype electrochemical rectifier of Example 12, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a microprobe.
84 shows an electrochemical device comprising a silaborane membrane prepared according to Example 13;
Fig. 85 is a linear graph of the current-voltage characteristic of the electrochemical device of Example 13, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a microprobe.
86 is a linear graph of the second current-voltage characteristic of the electrochemical device of Example 13, measured by an HP-4145 parameter analyzer via a sweep signal obtained by a microprobe.
Fig. 87 is a log-log graph of the forward-bias current-voltage characteristic of the electrochemical device of Example 13, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a microprobe.
88 is a log-log graph of the reverse-bias current-voltage characteristic of the electrochemical device of Example 13, measured by an HP-4145 parameter analyzer through a sweep signal obtained by a microprobe.
89 shows an oxysilaborane film deposited on a p-type silicon substrate according to Example 14;
FIG. 90 shows the depth profile of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the oxysilaborane film deposited in Example 14. FIG.
91 is a view showing the heat treatment resin of the oxysilaborane film deposited in Example 14;
92 is a geometrical representation of the energy equilibrium proposed by Josiah Willard Gibbs;
93 is a diagram showing a geometric representation of entropy equilibrium proposed by Josiah Willard Gibbs.
94a and 94b are a comparison of a photovoltaic cell and a phonovoltaic cell in the dark;
Figures 95a and 95b compare a phonovoltaic cell and a photovoltaic cell in which mobile electron-hole pairs are radiatively induced.
96A and 96B are diagrams comparing a phonovoltaic cell and a photovoltaic cell in which an induced mobile electron-hole pair is separated.
97A and 97B are views comparing a phonovoltaic battery to which an electrical load is applied and a photovoltaic battery;
98A and 98B are plots of planned manufacturing cost analysis of phonovoltaic cells.
99A and 99B are views comparing a phonovoltaic cell, a photovoltaic cell, and a thermionic converter.
Fig. 100 shows a device comprising gold and an oxysilaborane film fabricated according to Example 15;
FIG. 101 shows the depth profile of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the oxysilaborane film deposited in Example 15. FIG.
FIG. 102 shows secondary ion mass spectrometry (SIMS) performed to measure trace gold impurity concentrations in the oxysilaborane membrane of Example 15; FIG.
103 shows metal electrodes 536 and 537 deposited over the gold film containing device of Example 15;
104 is a linear graph of the current-voltage characteristics of the oxysilaborane film of Example 15;

이제 도면을 참조하여, 본 발명의 다양한 형태 및 양태가 설명될 것이다. 본 발명은 여기에 설명된 임의의 원리 또는 양태에 의해 제한되지 않으며, 첨부된 청구 범위의 범위에 의해서만 제한된다.With reference now to the drawings, various forms and aspects of the present invention will be described. The invention is not limited by any principle or aspect described herein, but only by the scope of the appended claims.

본 발명의 인공 핵의 양자 얽힘을 이해하기 위해, 정 20면체가 도 4에서 입방체에 내접되어, 20면체 정점의 좌표는 식 21에 따라 다음의 위치 좌표들,(±φ, ±1, 0),(0, ±φ, 0) 및(±1, 0, ±φ)에 따라 기술된다:In order to understand the quantum entanglement of the artificial nucleus of the present invention, an icosahedron is inscribed in the cube in FIG. 4 , and the coordinates of the icosahedron vertices are the following position coordinates according to Equation 21, (±φ, ±1, 0) , (0, ±ϕ, 0) and (±1, 0, ±ϕ) are described according to:

Figure 112019066792969-pct00024
Figure 112019066792969-pct00024

정상적인 결정학상 관례에 따라, 임의의 입방체 에지를 따라 또는 이에 평행한 임의의 배향은 일반적으로 <100>으로 표시된다. 임의의 특정 <100> 배향, 예컨대 양의 y-축을 따른 [010] 배향이 구체적으로 언급될 것이다. 입방체 면 또는 입방체 면에 평행한 면은 일반적으로 {100}으로 표시된다. 특정 {100} 평면, 예컨대 [010] 방향에 수직한 xz 평면은 (010)으로 표시된다. 특정 <100> 배향, 예컨대 [010] 배향은 대응하는 {100} 평면, 즉, 이 경우 (010) 평면에 항상 수직이다. 추가적인 관례에 따라, 입방체 대각선을 따르거나 또는 그에 평행한 배향은 <111>로 표시된다. 20면체 면은 두 가지 종류가 존재한다: 8개의 20면체 면은 <111> 입방체 대각선에 수직인 {111} 평면으로 구성되고, 12개의 20면체 면은 <100> 배향을 따라 쌍으로 교차하는 {φφ-10} 평면으로 구성된다. 3-중심 결합은 {111} 평면의 에지를 따라 존재한다.In accordance with normal crystallographic practice, any orientation along or parallel to any cube edge is generally denoted as <100>. Any particular <100> orientation, such as a [010] orientation along the positive y-axis, will be specifically mentioned. A cube face or a face parallel to a cube face is generally denoted by {100}. A specific {100} plane, such as an xz plane perpendicular to the [010] direction, is denoted by (010). A particular <100> orientation, such as a [010] orientation, is always perpendicular to the corresponding {100} plane, ie in this case the (010) plane. According to a further convention, an orientation along or parallel to a cube diagonal is denoted by <111>. There are two types of icosahedral faces: 8 icosahedral faces are composed of {111} planes perpendicular to the <111> cube diagonal, and 12 icosahedral faces intersecting in pairs along the <100> orientation { φφ -1 0} plane. A three-centre bond exists along the edge of the {111} plane.

본 명세서에 기술된 발명과 관련하여, 미국 가특허출원 제62/591,848호의 [0020] 내지 [0063]에서 수행된 롱게-히긴스(Longuet-Higgins)와 로버츠(Roberts)의 방법론의 일반화에 의한 3-중심 붕소 결합을 설명하는 분자 궤도 분석은, 본 명세서에 참고로서 통합된다. 그 일반화된 분자 궤도 분석은, 변위가 이상적으로 8개의 k <111> 파동 벡터로 제한되는 거의-구형의 회전 타원체에서 24개의 비국소화된 원자 궤도 Ψi(p{111})로 구성된, 거의-대칭인 핵 구성을 갖는 12개의 붕소 원자핵(102)을 포함하는 규칙적인 붕소 20면체(104)를 기술한다. 도 5의 붕소 20면체(104)는 본 명세서에서 인공 핵(104)이라 칭한다.With respect to the invention described herein, 3- by generalization of the methodology of Longuet-Higgins and Roberts performed in [0020] to [0063] of U.S. Provisional Patent Application No. 62/591,848. Molecular orbital analysis describing central boron bonds is incorporated herein by reference. Its generalized molecular orbital analysis shows that the nearly- A regular boron icosahedron 104 is described comprising 12 boron nuclei 102 with a symmetrical nuclear configuration. The boron icosahedron 104 of FIG. 5 is referred to herein as an artificial nucleus 104 .

본원에 사용된 단거리 주기적 병진 순서는 제 1 및 제 2 가장 가까운 이웃 원자들에 실질적으로 한정된 공간에 걸친 원자 위치들의 규칙적인 반복으로서 정의된다. 도 5에 표시된 인공 핵(104)은 12개의 붕소 원자핵(102)이 12개의 20면체 정점에 이상적으로 고정되는 단거리 주기적 병진 순서를 나타내어, 모든 20면체 변위가 이상적으로 8개의 k <111> 파동 벡터에 따른 주기적인 진동에만 제한된다. 그 결과, 도 5의 인공 핵(104)은 자연 탄소 원자의 핵과 유사하게 거동하는 양자 플로케-다체(Floquet-many-body) 하위시스템을 구성한다. 본 명세서에서 사용된 양자 플로케-다체 시스템은 그 자체의 역학으로 인해 시간에 걸쳐 주기적인 시간 의존 다체 시스템이다. 본 발명의 바람직한 양태를 이해하기 위해, 인공 핵(104)의 양자 플로케-다체 하위시스템을 형성하는 원자 궤도 Ψi(p{111})의 양자 얽힘을 확립하는 것이 목적이다.A short-range periodic translational sequence, as used herein, is defined as a regular repetition of atomic positions over a space substantially confined to first and second nearest neighboring atoms. The artificial nucleus 104 shown in Fig. 5 exhibits a short-range periodic translational sequence in which 12 boron nuclei 102 are ideally fixed to 12 icosahedral vertices, so that all icosahedral displacements are ideally 8 k <111> wave vectors. It is limited only to periodic oscillations according to As a result, the artificial nucleus 104 of FIG. 5 constitutes a quantum Floquet-many-body subsystem that behaves similarly to the nucleus of a natural carbon atom. A quantum Floquet-many-body system, as used herein, is a time-dependent polyhedron system that is periodic over time due to its dynamics. In order to understand a preferred embodiment of the present invention, it is an object to establish the quantum entanglement of the atomic orbitals Ψ i (p {111} ) forming the quantum Floquet-multi-body subsystem of the artificial nucleus 104 .

도 5의 인공 핵(104)의 분석은 정 20면체의 그룹 분석의 관점에서 수행되었다. 20면체 대칭 그룹(Ih)은 자연에서 임의의 대칭 그룹 중 가장 많은 수의 대칭 조작(operation)(120)을 소유한다는 점에서 다른 모든 대칭 그룹 중에서도 고유하다. 임의의 결정학상 포인트 그룹에서 허용되는 대칭 조작의 최대 수는 48이므로, 20면체 대칭 그룹(Ih)은 장거리 주기적인 병진 순서를 나타내는 공간 결정을 지원할 수 있는 결정학상 포인트 그룹이 아니다. 장거리 주기적인 병진 순서를 지원하는데 있어서 20면체 대칭 그룹(Ih)의 무능력은 더 일반적으로, 본질적인 자발적 시간-병진 대칭 파괴가 기술될 수 있도록 지원한다.The analysis of the artificial nucleus 104 of FIG. 5 was performed in terms of group analysis of the icosahedron. The icosahedral symmetry group (I h ) is unique among all other symmetry groups in that it possesses the largest number of symmetry operations (120) of any symmetric group in nature. Since the maximum number of symmetric manipulations allowed in any group of crystallographic points is 48, the icosahedral symmetry group (I h ) is not a group of crystallographic points that can support spatial determinations representing long-range periodic translational sequences. The inability of the icosahedral symmetry group (I h ) to support long-range periodic translational sequences supports, more generally, intrinsic spontaneous time-translational symmetry breaking to be described.

이러한 이유로, 상술한 대칭 분석은 도 5의 인공 핵(104)의 k <111> 파동 벡터를 따른 직선 진동을 야기한다. 인공 핵(104)을 형성하는 12개의 붕소 핵(102)의 신뢰받는 에너지 준위는 도 6에 도시된다. 인공 핵(104)의 36개 원자가 전자들의 에너지 준위가 도 7에 도시되었다. 도 6의 핵 에너지 준위 및 도 7의 전자 에너지 준위는 디락(Dirac)의 상대론적 파동 방정식의 에너지 고유값을 만족시킨다. 도 5에 도시된 인공 핵(104)은 탄소(12 6C)의 자연 핵과 비슷한 양자 플로케-다체 시스템을 구성하는 것으로 여겨진다. 이러한 이유로, 인공 핵(104)의 12개의 붕소 핵(102)은, 탄소(12 6C)의 핵자의 에너지 준위와 동일한 대칭을 갖는 도 6에서의 에너지 준위를 점유한다. 도 7의 원자가 전자 에너지 준위는 탄소(12 6C)의 쿼크 에너지 준위와 유사한 것으로 여겨진다.For this reason, the above-described symmetry analysis results in linear oscillations along the k <111> wave vector of the artificial nucleus 104 of FIG. 5 . The trusted energy levels of the twelve boron nuclei 102 forming the artificial nucleus 104 are shown in FIG. 6 . The energy levels of 36 valence electrons of the artificial nucleus 104 are shown in FIG. 7 . The nuclear energy level of FIG. 6 and the electron energy level of FIG. 7 satisfy the energy eigenvalues of Dirac's relativistic wave equation. The artificial nucleus 104 shown in FIG. 5 is believed to constitute a quantum Floquet-multibody system similar to the natural nucleus of carbon ( 12 6 C). For this reason, the 12 boron nuclei 102 of the artificial nucleus 104 occupy an energy level in FIG. 6 that has the same symmetry as the energy level of the nucleon of carbon ( 12 6 C). The valence electron energy level of FIG. 7 is considered to be similar to the quark energy level of carbon ( 12 6 C).

도 5의 인공 핵(104)은 자연에서 가능한 높은 정도의 대칭성을 지니고 있는 양자 플로케-다체 페르미온 시스템의 현시를 구성한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 페르미온은 페르미-디락(Fermi-Dirac) 통계 및 홀수의 상기 하위원자 입자로 구성된 임의의 복합 입자에 의해 특징 지워지는 파울리 배제 원리에 따라 하위원자 입자이다. 정의에 따라, 정 20면체의 정점에서 페르미온을 포함하는 양자 플로케-다체 시스템은 이후 20면체 플로케-다체 시스템으로 언급될 것이다. 이 정의에 따르면, 인공 핵(104)의 12개의 붕소 핵(102)은 처음에는 홀수의 양성자 및 중성자를 모두 포함하는 붕소(10 5B) 핵으로 가정된다. 다른 자연 붕소 동위원소(11 5B)의 혼입은 이후에 고려될 것이다.The artificial nucleus 104 of FIG. 5 constitutes a manifestation of a quantum Floquet-multi-body fermion system with the highest degree of symmetry possible in nature. As used herein, a fermion is a subatomic particle according to the Fermi-Dirac statistics and the Pauli exclusion principle characterized by any composite particle composed of an odd number of such subatomic particles. By definition, a quantum Floquet-many system comprising a fermion at the vertex of an icosahedron will be referred to as an icosahedral Floquet-many system hereinafter. According to this definition, the 12 boron nuclei 102 of the artificial nucleus 104 are initially assumed to be boron ( 10 5 B) nuclei containing both an odd number of protons and neutrons. The incorporation of other natural boron isotopes ( 11 5 B) will be considered later.

도 5의 특정 인공 핵(104)의 20면체 플로케-다체-페르미온 시스템은 12개의 붕소 원자핵(102)이 존재하는 20면체 정점에 비해 자연에서 가장 높은 정도의 대칭 정도를 갖는다. 이러한 대칭은 탄소(12 6C)의 12개 원자핵으로 표시된다. 점 변위의 오직 두 가지 유형, 즉 직선 축을 따른 병진 및 직선 축을 중심으로 한 회전이 존재한다. 병진과 회전은 20면체의 플로케-다체-페르미온 시스템의 12개의 20면체 정점과 같은 점의 반대 변위를 나타낸다. 병진의 직선 축을 따른 모든 점들 및 이 점들만이 주어진 병진하에서 변위된다; 반대로, 회전의 직선축을 따르지 않는 모든 점들 및 이들 점들만이 임의의 주어진 회전 하에서 변위된다. 회전은 양자 다체 시스템의 분석을 복잡하게 만든다.The icosahedral Floquet-many-fermion system of the specific artificial nucleus 104 of FIG. 5 has the highest degree of symmetry in nature compared to the icosahedral apex where 12 boron nuclei 102 exist. This symmetry is represented by the 12 nuclei of carbon ( 12 6 C). There are only two types of point displacement: translation along a linear axis and rotation about a linear axis. Translation and rotation represent the opposite displacement of a point equal to the vertices of the 12 icosahedrons of the icosahedral Floquet-many-fermion system. All points along the linear axis of translation and only those points are displaced under a given translation; Conversely, all points not along the linear axis of rotation, and only those points, are displaced under any given rotation. Rotation complicates the analysis of quantum polyhedral systems.

미국 가특허출원 제62/591,848호의 [0020] 내지 [0063]에 더 기술되었고, 본원에 참고로 통합된 바와 같이, 20면체의 3개의 동시회전 데카르트 축(x, y, z)은 밀러 지수로 가장 잘 표현된다. 동시회전 데카르트 축(x, y, z)으로 인해, 실험실 프레임 필드에서 12개의 20면체 정점의 변위를 설명하는 것은 가능하지 않다. 대칭 분석에 의해, 도 5의 인공 핵(104)의 20면체 정점이 움직임이 없고, 모든 20면체 변위가 4쌍의 반전된 k <111> 파동 벡터를 따라 직선 병진에 제한되는 것이 설정된다.As further described in [0020] to [0063] of U.S. Provisional Patent Application No. 62/591,848, incorporated herein by reference, the three co-rotating Cartesian axes (x, y, z) of an icosahedron are the Miller exponents. best expressed Due to the co-rotating Cartesian axes (x, y, z), it is not possible to account for the displacement of 12 icosahedral vertices in the laboratory frame field. By the symmetry analysis, it is established that the icosahedral vertices of the artificial nucleus 104 in Fig. 5 are motionless, and that all icosahedral displacements are limited to linear translation along four pairs of inverted k wave vectors.

Figure 112019066792969-pct00025
Figure 112019066792969-pct00025

상기 분석은 12개의 붕소 핵(102)이 인공 핵(104)의 움직임이 없는 20면체 정점에 국한되고, 따라서 잘 한정된 고조파를 따라 변위되기 쉽게 된 거의-구형인 회전 타원체로서 거동한다는 결론을 내렸다. 미국 가특허출원 제62/591,848호의 [0170] 내지 [0207]에 더 기술되었고, 본 명세서에 참고로 통합된 바와 같이, 임의의 거의 구형인 회전 타원체는 구형 고조파에 의해 구역들로 분리된다. 도 6에서 n=±1 쉘과 관련된 쌍극 구면 고조파는 거의 구형의 회전 타원체를 적도 대원에 의해 한 쌍의 반 구체로 분리한다. 쌍극 구면 고조파와 관련된 질량 중심(또는 중심)은 움직임이 없는 것은 아니다. 도 6에서 n=±2 쉘과 관련된 4중극 구면 고조파는 거의 구형인 회전 타원체를 한 쌍의 대원으로 분리한다.The above analysis concluded that the twelve boron nuclei 102 behave as near-spherical spheroids confined to the icosahedral apex where there is no motion of the artificial nucleus 104, and thus prone to displacement along well-defined harmonics. As further described in [0170] to [0207] of U.S. Provisional Patent Application No. 62/591,848, and incorporated herein by reference, any substantially spherical spheroid is separated into regions by spherical harmonics. The dipole spherical harmonic associated with the n=±1 shell in FIG. 6 splits the nearly spherical spheroid into a pair of hemispheres by the equatorial circle. The center of mass (or centroid) associated with the dipole spherical harmonic is not motionless. The quadrupole spherical harmonics associated with the n=±2 shell in FIG. 6 separate the nearly spherical spheroid into a pair of great circles.

4중극 구면 고조파와 관련된 대원은 도 5의 인공 핵(104)의 k <111> 파동 벡터를 포함한다. 이것은 식 22a 내지 22d의 20면체 플로케-다체-페르미온 시스템의 변위와 일치한다. 도 5의 인공 핵(104)의 대칭 분석은, 일반적으로 20면체 플로케-다체-페르미온 시스템의 물리적 크기에 대한 어떠한 책임도 없이 일반적인 성격으로 이루어진다. 인공 핵(104)의 대향하는 20면체 표면들 사이의 거리는 이상적으로 269pm이고, 이에 따라 구체적으로 20면체 플로케-다체-페르미온 피코결정성으로 언급된다. 탄소(12 6C)의 자연 핵의 대향하는 20면체 표면들 사이의 거리는 펨토미터로 측정될 수 있어서, 탄소(12 6C)의 자연 핵은 20면체 플로케-다체-페르미온 펨토결정을 구성한다. 인공 핵(104)은 탄소(12 6C)의 자연 핵과 동일한 대칭을 나타낸다.The great circle associated with the quadrupole spherical harmonic contains the k <111> wave vector of the artificial nucleus 104 of FIG. 5 . This is consistent with the displacement of the icosahedral Floquet-many-fermion system in equations 22a to 22d. The symmetrical analysis of the artificial nucleus 104 of FIG. 5 is generally of a general nature without any responsibility for the physical size of the icosahedral Floquet-many-fermion system. The distance between the opposing icosahedral surfaces of the artificial nucleus 104 is ideally 269 pm, and is therefore specifically referred to as icosahedral Floquet-multihedra-fermion picocrystalline. The distance between opposing icosahedral surfaces of the natural nucleus of carbon ( 126 C) can be measured with a femtometer, such that the natural nucleus of carbon ( 12 6 C ) constitutes an icosahedral Floquet -polyhedral-fermion femtocrystal. . The artificial nucleus 104 exhibits the same symmetry as the natural nucleus of carbon ( 12 6 C).

20면체의 플로케-다체-페르미온 피코결정(펨토결정)은 스핀-궤도 결합(spin-orbit coupling)에 의해 20면체 내의 전자(쿼크) 궤도 축퇴를 들어올려, 얀-텔러(Jahn-Teller) 왜곡을 피한다. 랜드마크 논문 "Stability of Polyatomic Molecules in Degenerate Electronic States. I. Orbital Degeneracy"(Proceedings of the Royal Society A, 161, 1937, pp.220-235)에서 에이치.에이.얀(H. A. Jahn)과 이.텔러(E. Teller)는 그룹 이론을 통해 모든 비선형 핵 구성이 궤도-축퇴 전자 상태에 대해 적절하지 않음을 전개하였다. 얀-텔러 효과는 얀-텔러-능동 모드로 알려진 12개의 붕소 원자핵(102)의 수직 변위에 의해 전자 궤도 축퇴를 들어올리는 대칭 파괴를 초래하고, 이는 스핀-궤도 결합의 부재시 다-원자 이온과 분자를 왜곡시킨다.The icosahedron Floquet-polyhedron-fermion picocrystal (femtocrystal) lifts electron (quark) orbital degeneracy within the icosahedron by spin-orbit coupling, resulting in Jahn-Teller distortion. avoid In the landmark paper "Stability of Polyatomic Molecules in Degenerate Electronic States. I. Orbital Degeneracy" (Proceedings of the Royal Society A, 161 , 1937, pp.220-235), HA Jahn and E. Teller (E. Teller) developed through group theory that not all nonlinear nuclear configurations are adequate for orbital-degenerate electronic states. The Jan-Teller effect results in a symmetry break that lifts electron orbital degeneracy by the vertical displacement of 12 boron nuclei 102, known as the Jan-Teller-active mode, which in the absence of spin-orbital bonds causes multi-atomic ions and molecules distort the

그들의 분석에서, 얀과 텔러는 의도적으로 스핀 효과를 무시했다. 스핀-궤도 결합은, 도 7에 도시된 20면체 내의 결합 및 반결합 궤도들을 조건으로, 인공 핵(104)의 20면체 플로케-다체-페르미온 피코결정의 20면체 내의 결합을 보존하는데 필수적이다. 달리 말하면, 도 7에 도시된 전자 고유상태의 양자 얽힘은 임의의 얀-텔러 왜곡이 있을 때 존재할 수 없다. 얀-텔러 왜곡 대신에 스핀-궤도 결합을 이용하여 전자 궤도 축퇴를 들어올림으로써, 양자 얽힘은 인공 핵(104)을 포함하는 20면체 플로케-다체-페르미온 피코결정이 물리적으로 플랑크 공진기로서 거동하게 하는데, 플랑크 공진기는 에너지 준위의 양자 얽힘에서 제어된 변동에 의해 새롭고 유용한 방식으로 화학적으로 변형될 수 있다.In their analysis, Yan and Teller deliberately ignored the spin effect. Spin-orbit bonding is essential to preserve bonding within the icosahedron of the icosahedral Floquet-multi-body-fermion picocrystal of the artificial nucleus 104, subject to the bonding and antibonding orbitals within the icosahedron shown in FIG. In other words, the quantum entanglement of the electron eigenstate shown in Fig. 7 cannot exist in the presence of any Jan-Teller distortion. By lifting the electron orbital degeneracy using spin-orbit coupling instead of Jan-Teller distortion, quantum entanglement causes an icosahedral Floquet-many-fermion picocrystal containing an artificial nucleus 104 to physically behave as a Planck resonator. Planck resonators can be chemically modified in new and useful ways by controlled fluctuations in quantum entanglement of energy levels.

본 발명의 바람직한 양태를 실시하기 위하여, 도 5에 도시된 인공 핵(104)을 포함하는 20면체 플로케-다체-페르미온 피코결정의 특정 원소들을 고려하는 것이 목적이다. 본 발명의 바람직한 양태는 연료에 대한 열 기관의 의존성을 제거하기 위하여 자체-열중성자화하는 양자 열역학 사이클을 지원할 수 있는 양자 열역학의 새롭고 유용한 양태를 구성한다. 본 발명의 새롭고 유용한 양태는 양자 얽힘의 역할로 인해 고전 열역학에 의해 기술될 수 없다. 본 발명의 바람직한 양태를 설명하기 위해, 디락의 파동 방정식의 예측을 이끌어 낼 필요가 있다. 제 1 원리는 미국 가특허출원 제62/591,848호에 개시되어 있고, 본 명세서에서 참고로 통합된다.In order to practice a preferred embodiment of the present invention, it is an object to consider the specific elements of an icosahedral Floquet-multihedra-fermion picocrystal comprising an artificial nucleus 104 shown in FIG. 5 . A preferred aspect of the present invention constitutes a novel and useful aspect of quantum thermodynamics that can support a quantum thermodynamic cycle that self-thermal neutronizes to eliminate the dependence of the heat engine on fuel. The novel and useful aspect of the present invention cannot be described by classical thermodynamics due to the role of quantum entanglement. To illustrate a preferred aspect of the present invention, it is necessary to derive a prediction of Dirac's wave equation. The first principle is disclosed in U.S. Provisional Patent Application No. 62/591,848, which is incorporated herein by reference.

인공 핵(104)의 20면체 플로케-다체-페르미온 피코결정의 대칭 조작에 대한 상당한 노력이 참고로 이루어졌다. 이것은 인공 핵(104)의 대칭성이 이러한 특정 형태의 양자 다체 시스템에 고유한 새롭고 유용한 특성을 인공 핵(104)에 부여한다는 믿음 때문이다. 특수한 상대성 이론을 통한 아인슈타인의 E=mc2의 유도는 균일하게-병진하는 물체의 관성 손실을 제어한다. 이러한 유도의 덕택으로, 아인슈타인은 에너지(E)와 질량(m)이 실제로 같은 양의 두 가지 "상태"라는 것을 확립했다. 아인슈타인은 복사체의 상대적인 병진 도플러 이동을 고려하여 이 결론을 형성하였다. 특수 상대성 이론을 확장하여 일반 상대성 이론에 회전을 포함시키는데 있어서, 아인슈타인은 상대론적 회전 도플러 이동을 유도할 수 없었다.Considerable effort has been devoted to the symmetric manipulation of the icosahedral Floquet-many-fermion picocrystal of the artificial nucleus 104 . This is due to the belief that the symmetry of the artificial nucleus 104 imparts new and useful properties to the artificial nucleus 104 unique to this particular type of quantum polyhedral system. Einstein's derivation of E=mc 2 through the special theory of relativity controls the loss of inertia of a uniformly-translating body. Thanks to this derivation, Einstein established that energy (E) and mass (m) are actually two "states" of equal quantities. Einstein formed this conclusion by considering the relative translational Doppler shift of the radiant. In extending the special theory of relativity to include rotation in the general theory of relativity, Einstein was unable to derive a relativistic rotational Doppler shift.

회전하는 페르미온이 반드시 복사를 방출하기 때문에, 회전하는 페르미온은 상보적인 회전 도플러 이동 쌍이 상기 양자 다체 시스템을 안정화시키는 양자 다체 시스템의 일원으로서만 안정될 수 있다. 인공 핵(104)의 20면체 플로케-다체-페르미온 피코결정은 디락의 상대론적 파동 방정식에 의해 기술될 수 있는 페르미온의 안정한 양자 다체 시스템을 구성한다. 미국 가특허출원 제62/591,848호의 [0086] 내지 [0167]에서 얻어진 페르미온의 디락 다체 시스템에 대한 디락의 에너지 고유값은 본원에 참고로 통합된다.Since a rotating fermion necessarily emits radiation, a rotating fermion can only be stabilized as a member of a quantum polyhedral system in which a complementary rotating Doppler shift pair stabilizes the quantum polyhedral system. The icosahedral Floke-many-fermion picocrystal of the artificial nucleus 104 constitutes a stable quantum polyhedral system of fermions that can be described by Dirac's relativistic wave equation. The Dirac energy eigenvalues for the Dirac multi-body system of fermions obtained in U.S. Provisional Patent Application No. 62/591,848 from [0086] to [0167] are incorporated herein by reference.

Figure 112019066792969-pct00026
Figure 112019066792969-pct00026

도 5에 도시된 인공 핵(104)의 식 (23a)에서 반결합 하위궤도의 양의-에너지 고유상태와 식 (23b)에서 결합 하위궤도의 음의-에너지 고유 상태(104)는 아래 표로 구성된다.The positive-energy eigenstate of the antibonding suborbital in Equation (23a) of the artificial nucleus 104 shown in FIG. 5 and the negative-energy eigenstate 104 of the bonding suborbital in Equation (23b) are composed of the table below. do.

Figure 112019066792969-pct00027
Figure 112019066792969-pct00027

Figure 112019066792969-pct00028
Figure 112019066792969-pct00028

스핀-궤도 결합은 표 1에 따라 양의 정부호 에너지로 궤도-축퇴된 에너지 궤도를 절반-정수-양자화된 반결합 하위궤도로 들어올린다. 스핀-궤도 결합은 궤도-축퇴된 에너지 궤도를 표 2에 따라 음의 정부호 에너지의 절반-정수-양자화된 결합 하위궤도로 들어올린다. 식 (23a 및 23b)을 조건으로 하는, 인공 핵(104)의 n=±2 및 n=±3 쉘 모두에 대한 반결합 및 결합 하위궤도는 도 7에 도시되었다. n=±1 쉘은 인공 핵(104)의 융합에 관여하지 않는 내부 전자를 포함하기 때문에 도시되지 않았다. 도 7에서의 인공 핵(104)의 결합 및 반결합 하위궤도의 몇몇 중요한 양상이 존재한다. 스핀-궤도 결합은 n=±2 쉘에 대해 아래에 예시된 것처럼 궤도 축퇴를 들어올린다.Spin-orbit coupling lifts an orbital-degenerate energy orbital into a half-integer-quantized antibonding suborbital with positive definite energy according to Table 1. Spin-orbit coupling lifts the orbital-degenerate energy orbital into a half-integer-quantized bonding sub-orbit of negative definite energy according to Table 2. Antibonding and binding suborbitals for both n=±2 and n=±3 shells of artificial nucleus 104, subject to equations (23a and 23b), are shown in FIG. 7 . The n=±1 shell is not shown because it contains internal electrons that are not involved in the fusion of the artificial nucleus 104 . There are several important aspects of the binding and antibonding suborbitals of the artificial nucleus 104 in FIG. 7 . Spin-orbit coupling raises orbital degeneracy as illustrated below for n=±2 shells.

Figure 112019066792969-pct00029
Figure 112019066792969-pct00029

+2p 궤도는 +2p3 /2 하위궤도로의 도플러 적색-이동(red shift)(k=-2) 및 +2p1/2 하위궤도로의 도플러 청색-이동(blue shift)(k=+1)을 겪는다. +2s 궤도는 +2s1/2 하위궤도로 도플러 적색-이동(k=-1)되고, 차례로 +2p1 /2 하위궤도와 얽혀, +2sp1 /2 하위궤도(k =±1)를 초래한다. 이들은 E=mc2로 이해할 수 없는 회전 도플러 이동이다. 아이슈타인은 처음에 특수 상대성 이론을 소개한 그의 세미나 논문에 대한 그의 후속 논문 "On the Electrodynamics of Moving Bodies"(1905, in The Principle of Relativity, Dover, 1952, pp. 37-65)에서 E = mc2를 도출했다.The +2p orbit is a Doppler red shift to the +2p 3 /2 sub-orbit (k=-2) and a Doppler blue shift to the +2p 1/2 sub-orbit (k=+1). ) suffers The +2s orbits are Doppler red-shifted (k=-1) to the +2s 1/2 suborbitals, which in turn become entangled with the +2p 1/2 suborbitals, resulting in the + 2sp 1/2 suborbitals (k = ± 1 ). do. These are rotational Doppler shifts that cannot be understood as E=mc 2 . Einstein wrote E = mc 2 in his follow-up paper "On the Electrodynamics of Moving Bodies" (1905, in The Principle of Relativity, Dover, 1952, pp. 37 - 65) to his seminar paper, which first introduced the special theory of relativity. was derived.

융합은 일반적으로 본 명세서에서 물질의 양(m)의 에너지로의 변환에 의해 페르미온들이 함께 결합되는 임의의 과정으로 취해진다. 아인슈타인의 E=mc2은 소량의 물질(m)의 광자의 형태로 나타난 에너지(E)로 변형에 의해 핵자가 함께 결합되는 핵융합을 지배한다고 널리 추정된다. 회전 프레임 필드에서 아인슈타인의 E=mc2을 일반화함으로써, 지금까지 알려지지 않은 화학 융합은 작은 양의 물질(m)의 디락의 준입자의 일부 에너지(E)로의 변형에 의해 화학적으로 결합된 원자에 의해 확립될 수 있다. 당장의 목적을 위해, 디락의 준입자는 개별 에너지 준위를 얽히게 하는 페르미온 간의 동적 상호작용으로 인해 양자 플로케-다체-페르미온 시스템이다.Fusion is generally taken herein as any process in which fermions are joined together by conversion of an amount (m) of matter into energy. Einstein's E=mc 2 is the energy (E) expressed in the form of photons of a small amount of matter (m), and it is widely assumed that it governs fusion, in which nucleons are joined together by transformation. By generalizing Einstein's E=mc 2 in the rotating frame field, the hitherto unknown chemical fusion is achieved by the transformation of small amounts of matter (m) into some energy (E) of Dirac's quasiparticles by atoms chemically bound by them. can be established For immediate purposes, Dirac's quasiparticle is a quantum flocke-manybody-fermion system due to the dynamic interactions between fermions that entangle individual energy levels.

도 5의 인공 핵(104)의 양자 얽힘은 화학 융합에 기인한 얽힌 고유함수 Ψi(p{111})와 관련된다. 화학 융합을 지원하기 위해 아인슈타인의 E=mc2의 일반화를 직접 주장하려는 어떠한 시도도 없었다. 현재의 초점은 화학 융합의 실제 적용에 대한 것이다. 이 목적에 따라, 식 (23a 및 23b)의 관계는 아인슈타인의 E=mc2의 일반화를 구성하기 위해 다음과 같이 재배열된다. 이들 관계는 반결합 및 결합 하위궤도를 포함하는 얽힌 양의 에너지(E>0)와 음의 에너지(E<0)의 고유상태를 통해 디락의 금지 에너지 구역(mc2 > E > -mc2)에서 디락의 준입자의 에너지 고유값을 지정한다.The quantum entanglement of the artificial nucleus 104 in FIG. 5 is related to the entangled eigenfunction Ψ i (p {111} ) due to chemical fusion. No attempt has been made to directly assert Einstein's generalization of E=mc 2 to support chemical fusion. The current focus is on practical applications of chemical fusion. For this purpose, the relation in equations (23a and 23b) is rearranged as follows to construct Einstein's generalization of E=mc 2 . These relationships relate to Dirac's forbidden energy domains (mc 2 > E > -mc 2 ) through eigenstates of entangled positive and negative energies (E>0) and negative energies (E<0) containing antibonding and bonding suborbitals. Specifies the energy eigenvalues of Dirac's quasi-particles in

Figure 112019066792969-pct00030
Figure 112019066792969-pct00030

아인슈타인의 E=mc2이 회전하는 프레임 필드에서 충족되었다면, 식 (25b)의 에너지 고유 상태가 음의-정수(E<0)이기 때문에, 식 (25a 및 25b)의 오른쪽에 있는 결합 에너지 항은 사라질 것이다. 식 (25a)의 오른쪽 첫 번째 항은 슈뢰딩거(Schroedinger)의 파동 방정식을 따르는 에너지 고유값을 포함한다. 현재의 목적을 위해, 슈뢰딩거의 파동 방정식을 충족시키는 가장 높은 결합 에너지 고유상태가 n=+1 쉘에 존재하는 것으로 충분하다. 따라서 연속적인 고차 쉘은 낮은 결합 에너지 고유상태를 포함한다. 궤도 각도 운동량은 슈뢰딩거의 방정식을 따르는 결합 에너지 고유상태에서 축퇴 상태를 유지한다. 이러한 축퇴는 디락 방정식에 의해 들어올려진다.If Einstein's E = mc 2 is satisfied in the rotating frame field, then the binding energy terms on the right side of equations (25a and 25b) are will disappear The first term on the right of equation (25a) contains the energy eigenvalues following Schroedinger's wave equation. For the present purpose, it is sufficient that the highest binding energy eigenstates satisfying Schrödinger's wave equation exist in the n=+1 shell. Thus, a continuous higher-order shell contains a low binding energy eigenstate. The orbital angular momentum remains degenerate in the binding energy eigenstate following Schrödinger's equation. This degeneracy is lifted by the Dirac equation.

식 (25a)의 우측의 제 2 결합 에너지 항은 스핀닝 페르미온의 미세 구조에 기인한다. 본 발명의 바람직한 양태를 포함하는 실제-세계의 디바이스를 보다 잘 이해하기 위해, 페르미온 미세 구조의 두드러진 특성이 정교하게 기술된다. 이러한 특정 목적에 따라, 식 (25a 및 25b)에 따라 디락 준입자의 에너지 고유값은 양자 다체 시스템의 n=±2 및 n=±3 쉘에 대해 아래에 재배열된다.The second binding energy term on the right side of equation (25a) is due to the microstructure of the spinning fermion. In order to better understand real-world devices incorporating preferred aspects of the present invention, the salient properties of the fermion microstructure are elaborated. For this particular purpose, the energy eigenvalues of Dirac quasiparticles according to equations (25a and 25b) are rearranged below for the n=±2 and n=±3 shells of the quantum polyhedral system.

Figure 112019066792969-pct00031
Figure 112019066792969-pct00031

반응물 및 생성물의 물질의 양이 고전 화학에서 변하지만, 양자 화학은 융합으로 인한 화학 반응물 및 생성물의 물질의 양에 유한한 변화를 포함한다. 본 발명에서의 양자 화학의 역할은 이하에서 더 논의될 것이다.While the amounts of matter in the reactants and products vary in classical chemistry, quantum chemistry involves finite changes in the amounts of matter in the chemical reactants and products due to fusion. The role of quantum chemistry in the present invention will be discussed further below.

에너지(E) 또는 질량(m)이 실제로 보존되지 않았기 때문에, 에너지(E)와 질량(m)을 완전히 포함하는 또 다른 보존된 물리적 실체가 존재해야 한다. 전하(e)는 자연에서 엄격하게 보존된다. 종래 기술에서는 알려지지 않았지만, 전하(e)의 엄격한 보존은 아인슈타인의 E=mc2을 완전히 포함하는 아직까지 알려지지 않은 물리적 실체

Figure 112019066792969-pct00032
를 초래한다.Since neither energy (E) nor mass (m) is actually conserved, another conserved physical entity must exist that completely contains energy (E) and mass (m). Charge (e) is strictly conserved in nature. Although unknown in the prior art, the strict conservation of the charge e is a hitherto unknown physical entity that fully encompasses Einstein's E=mc 2 .
Figure 112019066792969-pct00032
causes

Figure 112019066792969-pct00033
Figure 112019066792969-pct00033

새로운 실체

Figure 112019066792969-pct00034
는 명칭이 아페이온(apeiron)이며, "경계없는"을 의미하는 그리스어(
Figure 112019066792969-pct00035
)의 번역이다. 아페이온의 개념은 초기에 밀레투스(Miletus)의 아낙시만드로스(Anaximander)에 의해 BC 585년경에 구상되었다. 카르노 사이클을 대체할 수 있는 양자 열역학 사이클에서 전하(e)를 이용할 수 있는 능력은, 전하(e)가 기계적 기반으로 제공될 때에만 성취될 수 있다. 전하(e)의 기계적 기초는 근본적으로 미국 가특허출원 제62/591,848 호의 [0794] 내지 [0846]에서 유도되고, 본 명세서에 참고로 통합된다.new entity
Figure 112019066792969-pct00034
is named apeiron, and is a Greek word meaning "without borders" (
Figure 112019066792969-pct00035
) is a translation of The concept of Apeon was initially conceived around 585 BC by Anaximander of Miletus. The ability to utilize a charge e in a quantum thermodynamic cycle that can replace the Carnot cycle can only be achieved when the charge e is provided as a mechanical basis. The mechanical basis of charge (e) is derived essentially from U.S. Provisional Patent Application Nos. 62/591,848 [0794] to [0846], which are incorporated herein by reference.

Figure 112019066792969-pct00036
Figure 112019066792969-pct00036

쿨롱(C)의 MKS 당량은 위 관계로부터 다음과 같다.The MKS equivalent of Coulomb (C) is as follows from the above relationship.

Figure 112019066792969-pct00037
Figure 112019066792969-pct00037

다음의 관계는 탄소(12 6C) 핵의 20면체 플로케-다체-페르미온 펨토결정뿐만 아니라 인공 핵(104)의 20면체 플로케-다체-페르미온 피코결정의 공진기를 지배한다고 믿어진다. 아페이온

Figure 112019066792969-pct00038
과 키르히호프의 보편적인 함수 K(v,T)는 관련될 수 있다.It is believed that the following relationship governs the resonators of the icosahedral Floquet-many-fermion picocrystal of the artificial nucleus 104 as well as of the icosahedral Floquet-many-fermion femtocrystal of the carbon ( 12 6 C) nucleus. Apeon
Figure 112019066792969-pct00038
and Kirchhoff's universal function K(v,T) can be related.

Figure 112019066792969-pct00039
Figure 112019066792969-pct00039

빌헬름 빈(Wilhelm Wien)은 2편의 매우 중요한 논문을 통해 공진기의 관점으로부터 실제로 흑체 복사 법칙을 도출했다. 1893년에, 빈은 그의 이름을 딴 스펙트럼 변위 법칙을 도출했는데, 이것은 본 발명의 특정 바람직한 양태와 직접적으로 관계가 있다. 빈의 스펙트럼 변위 법칙의 유도는 미국 가특허출원 제62/591,848호의 [0931] 내지 [0996]에서 현대 제형에서 수행되었고, 본 명세서에 참고로 통합된다. 빈은 2가지 방식으로 나타나는 전자기 복사에 대해 이루어진 기계적 작업을 고려하여 그의 스펙트럼 변위 법칙을 유도했다: (1) 복사 에너지는 낮은-주파수 간격(ν,ν+dν)로부터 높은-주파수 간격(ν',ν'+dν')으로 변위되고, (2) 작업은 높은-주파수 간격(ν',ν'+dν')에서 에너지를 추가로 도입한다. 높은-주파수 간격으로 들어가는 총 에너지 |E×H| in dAdt은 다음과 같은 관계로 표현된다:Wilhelm Wien actually derived the law of blackbody radiation from the point of view of a resonator through two very important papers. In 1893, Wien derived the law of spectral displacement that bears his name, which relates directly to certain preferred embodiments of the present invention. Derivation of Wien's law of spectral displacement was performed in modern formulations in US Provisional Patent Application No. 62/591,848 [0931] to [0996], which is incorporated herein by reference. Wien derived his spectral displacement law by taking into account the mechanical work done on electromagnetic radiation that appears in two ways: (1) the radiant energy flows from the low-frequency interval (ν,ν+dν) to the high-frequency interval (ν'). ,ν'+dν'), and (2) the work introduces additional energy in the high-frequency interval (ν',ν'+dν'). Total energy entering the high-frequency interval |E×H| in dAdt is expressed by the following relationship:

Figure 112019066792969-pct00040
Figure 112019066792969-pct00040

실제로 미국 가특허출원 제62/591,848호의 [0931] 내지 [0996]에서 유도되고 본 명세서에 참고로 통합된 바와 같이, 빈의 스펙트럼 변위 법칙은, 흑체 복사의 특징인 일정한 복사조도 |E×H|에서 다음의 스펙트럼 변위(즉, 주파수의 이동)를 지원한다. 스펙트럼 변위는 열 기관을 양자 기계적으로 지원할 수 있다.In fact, as derived from [0931] through [0996] of U.S. Provisional Patent Application No. 62/591,848 and incorporated herein by reference, Wien's law of spectral displacement states that the constant irradiance |E×H| supports the following spectral shifts (i.e., shifts in frequency): Spectral displacement can quantum-mechanically support the heat engine.

Figure 112019066792969-pct00041
Figure 112019066792969-pct00041

식 (32)에서

Figure 112019066792969-pct00042
는 전자기 복사선의 위상 속도이다. 양의 위상 속도(
Figure 112019066792969-pct00043
> 0)에 대해, 전자기 복사가 일부 낮은-주파수 간격(ν,ν+dν)로부터 높은-주파수 간격(ν',ν'+dν')으로의 스펙트럼 변위를 겪도록, 전자기 복사에 대한 작업이 이루어진다. 이러한 스펙트럼 변위는 일정한 복사조도 |E×H|에서 복사 에너지의 증가를 초래하고, 이는 흑체 복사의 복사조도가 열평형에서 복사체 온도에 고유하게 대응한다는 점에서 중요하다. 이러한 능력은 종래 기술에서는 알려지지 않았지만, 빈의 흑체 복사 법칙에 포함되어 있다. 빈의 흑체 복사 법칙의 한 형태가 위의 식(18)에 주어졌다.in equation (32)
Figure 112019066792969-pct00042
is the phase velocity of electromagnetic radiation. positive phase velocity (
Figure 112019066792969-pct00043
For > 0), the work on electromagnetic radiation is is done This spectral shift is equal to the constant irradiance |E×H| This results in an increase in radiant energy at This capability is unknown in the prior art, but is contained in Wien's law of blackbody radiation. A form of Wien's law of blackbody radiation is given in equation (18) above.

Figure 112019066792969-pct00044
Figure 112019066792969-pct00044

빈의 흑체 복사 법칙은 다음 관계를 지원한다.Wien's law of blackbody radiation supports the following relationship:

Figure 112019066792969-pct00045
Figure 112019066792969-pct00045

전체 입체 각도에 대해, 키르히호프의 보편적 함수 K(v,T)는 다음과 같다:For all solid angles, Kirchhoff's universal function K(v,T) is

Figure 112019066792969-pct00046
Figure 112019066792969-pct00046

자외선 흑체 복사의 극단적인 hv >> kT 근처에서, 키르히호프의 범용 함수 K(v,T)는, 인공 핵(104)에 적용될 수 있는 다음의 관계에 따라 아페이온

Figure 112019066792969-pct00047
에 대한 의존성을 나타내도록, 전하(e)에 의존한다. 인공 핵(104)의 붕소 핵(102)은 서로 충분히 밀집되어, 붕소 핵(102)은 자체-조립된 피코결정성 복사 공동을 형성하도록 복사적으로 결합된다.Near the extreme hv >> kT of ultraviolet blackbody radiation, Kirchhoff's universal function K(v,T) is an apeon according to the following relation applicable to the artificial nucleus 104
Figure 112019066792969-pct00047
To show the dependence on , we depend on the charge (e). The boron nuclei 102 of the artificial nuclei 104 are sufficiently dense with each other such that the boron nuclei 102 radiatively couple to form self-assembled picocrystalline radiative cavities.

Figure 112019066792969-pct00048
Figure 112019066792969-pct00048

적외선 스펙트럼의 극단적인 h << kT에서 키르히호프의 범용 함수 K(v,T)는 연속적인 열 공진기 에너지 kT에 의해 지배되지만, 매우 다르게, 자외선 스펙트럼의 극단적인 hv >> kT 근처에서 키르히호프 범용 함수 K(v,T)는 이산 진동 에너지

Figure 112019066792969-pct00049
에 의해 지배된다.At the extreme h << kT of the infrared spectrum, Kirchhoff's universal function K(v,T) is governed by the continuous thermal resonator energy kT, but very differently, near the extreme hv >> kT of the ultraviolet spectrum, Kirchhoff's universal function The function K(v,T) is the discrete vibrational energy
Figure 112019066792969-pct00049
is dominated by

Figure 112019066792969-pct00050
Figure 112019066792969-pct00050

디락의 상대론적 파동 방정식에 따르는 이산 에너지 요소

Figure 112019066792969-pct00051
의 측면에서 식(12)의 플랑크의 공진기 엔트로피 S를 표현하는 것이 목적이다.Discrete energy component according to Dirac's relativistic wave equation
Figure 112019066792969-pct00051
The purpose is to express Planck's resonator entropy S in equation (12) in terms of

Figure 112019066792969-pct00052
Figure 112019066792969-pct00052

식 (36b)의 양자화를 조건으로, 식(13)에서 플랑크의 관계에 따라 양자 온도

Figure 112019066792969-pct00053
를 정의하는 것이 목적이다.Subject to the quantization of equation (36b), the quantum temperature according to Planck’s relation in equation (13)
Figure 112019066792969-pct00053
The purpose is to define

Figure 112019066792969-pct00054
Figure 112019066792969-pct00054

식(20)에서의 아인슈타인의 몰 열용량은 hν << kT와 같은 저주파 플랑크 공진기 주파수에 대해 다음과 같이 단순화될 수 있다.Einstein's molar heat capacity in equation (20) can be simplified as

Figure 112019066792969-pct00055
Figure 112019066792969-pct00055

디락의 상대론적 파동 방정식에 의해 지배되는 고체 내의 개별 원자의 마이크로파 플랑크 공진기와 관련된 열용량은 아인슈타인의 질량 열용량으로부터 유도된 다음의 관계식에 의해 기술된다.The heat capacity associated with the microwave Planck resonator of an individual atom in a solid, governed by Dirac's relativistic wave equation, is described by the following relation derived from Einstein's mass heat capacity.

Figure 112019066792969-pct00056
Figure 112019066792969-pct00056

도 8에 도시된 바와 같이, 피코결정성 인공 보란 원자(101)는 다음을 구성한다: (1) 거의-대칭인 핵 구성을 갖는 12개의 자연 붕소 핵(102)을 포함하는 붕소 20면체에 의해 형성된 인공 핵(104) 및 (2) 4개의 수소 원자가 전자가 k <111> 파동 벡터에 따라 정렬되도록 수소 핵(103)이 붕소 20면체에 결합된 4개의 자연 수소 원자로 구성된 4개의 인공 원자가 전자. 피코결정성 인공 보란 원자(101)는 20면체 사이의 화학 결합이 수소 원자가 전자에 의해 이루어지도록 36개의 붕소 원자가 전자가 20면체 내의 분자 궤도를 차지하는 붕소 20면체를 포함한다. k <111> 벡터에 따른 전기 4중극 모멘트는 수소 원자내의 전기 쌍극 모멘트를 야기하여, 수소 핵(103)은 디바이(Debye) 힘에 의해 인공 핵(104)에 결합된다. As shown in Figure 8, a picocrystalline artificial borane atom 101 constitutes: (1) by a boron icosahedron comprising 12 native boron nuclei 102 with a near-symmetrical nuclear configuration. An artificial nucleus formed (104) and (2) four artificial valence electrons composed of four natural hydrogen atoms bonded to a boron icosahedron with a hydrogen nucleus 103 bonded to a boron icosahedron such that the four hydrogen atom electrons are aligned according to the k <111> wave vector. The picocrystalline artificial borane atom 101 contains a boron icosahedron, in which 36 boron valence electrons occupy molecular orbitals within the icosahedron so that chemical bonds between the icosahedrons are made by hydrogen valence electrons. The electric quadrupole moment according to the k <111> vector causes an electric dipole moment in the hydrogen atom, so that the hydrogen nucleus 103 is coupled to the artificial nucleus 104 by Debye force.

피코결정성 인공 보란 원자(101)의 화학적 결합은 도 9의 단결정성 규소 단위 전지(200)에서 자체-선택적 원자 치환에 의해 설명되고, 단위 전지는 8개의 규소 정점 원자(201), 6개의 규소 면-중심 원자(202), 및 4개의 규소 기반 원자(203)로 이루어진다. 4개의 기반 원자(203)는 사면체 배열에서 <111> 입방체 대각선을 따라 존재한다. 단결정성 규소 단위 전지(200)는, 규소 정점 원자(201) 및 규소 면-중심 원자(202)가 <111> 결정성 배향을 따라 4개의 규소 기반 원자(203)에만 공유결합되는, 단결정성 규소 격자를 형성하도록 공간을 통해 주기적으로 병진운동한다. <111> 결정 배향을 따라. 결과적인 단결정성 규소 격자는 임의의 <100> 화학 결합 없이 각각의 에지를 따라 ~0.5431nm의 입방 단위 전지의 관점에서 장거리 주기적 병진 순서를 갖는다.The chemical bonding of the picocrystalline artificial borane atoms 101 is illustrated by self-selective atom substitution in the monocrystalline silicon unit cell 200 of FIG. 9, and the unit cell has 8 silicon apical atoms 201, 6 silicon It consists of a face-centered atom 202 , and four silicon-based atoms 203 . Four base atoms 203 exist along the <111> cube diagonal in a tetrahedral arrangement. The monocrystalline silicon unit cell 200 is a monocrystalline silicon, wherein the silicon apex atom 201 and the silicon face-centre atom 202 are covalently bonded to only four silicon-based atoms 203 along the <111> crystalline orientation. Translate periodically through space to form a grid. <111> along the crystal orientation. The resulting monocrystalline silicon lattice has a long-range periodic translational sequence in terms of cubic unit cells of ˜0.5431 nm along each edge without any <100> chemical bonds.

다이아몬드-형 피코결정성 실라보란 단위 전지(300)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 단결정성 규소 단위 전지(200) 내의 각각의 규소 정점 원자(201)를 보란 분자(101)로 대체함으로써 구성된다. 도 10의 실라보란 단위 전지(300)의 정점에서의 8개의 보란 분자(101)는 확장된 고체 격자(도시되지 않음)에서 8개의 피코결정성 실라보란 단위 전지(300) 사이에서 공유된다. 이에 의해, 공간에 걸친 피코결정성 실라보란 단위 전지(300)의 주기적인 병진은, 단결정성 규소와 구조적으로 유사한 자체-조립된 다이아몬드-형 피코결정성 격자로서 효과적으로 작용하는 피코결정성 실라보란 (B12H4)Si7 고체 격자를 초래한다. 거의-대칭인 핵 구성을 갖는 도 8의 피코결정성 인공 보란 원자(101)는, 피코결정성 실라보란 (B12H4)Si7 격자에서 도 10의 8개의 규소 정점 원자(201)를 대체한다.The diamond-shaped picocrystalline silaborane unit cell 300 is constructed by replacing each silicon apex atom 201 in the monocrystalline silicon unit cell 200 with a borane molecule 101, as shown in FIG. do. Eight borane molecules 101 at the apex of the silaborane unit cell 300 of FIG. 10 are shared among the eight picocrystalline silaborane unit cells 300 in an extended solid lattice (not shown). Thereby, the periodic translation of the picocrystalline silaborane unit cell 300 across space results in a picocrystalline silaborane that effectively acts as a self-assembled diamond-like picocrystalline lattice structurally similar to monocrystalline silicon B 12 H 4 )Si 7 resulting in a solid lattice. The picocrystalline artificial borane atom 101 of FIG. 8, which has a near-symmetrical nuclear configuration, replaces the eight silicon apical atoms 201 of FIG. 10 in the picocrystalline silaborane (B 12 H 4 )Si 7 lattice. do.

본 발명의 피코결정성 옥시실라보란은 거의 투명 고체를 구성하고, 이러한 투명 고체는 논문 "The Atomic Arrangement in Glass"(Journal of the American Chemical Society, Vol. 54, 1932, pp. 3841~3851)에서 자카리아슨(Zachariasen)에 의해 개발된 규칙의 수정에 따르는 다원자 단위 전지의 연속 랜덤 네트워크에 의해 형성되는 것으로 믿어진다. 아래에서 자카리아슨에 대한 모든 인용은 위 논문을 참조하는 것으로 이해된다. 자카리아슨은 산화물 유리, 특히 비정질 SiO2 및 비정질 B2O3에 초점을 맞추었다. 자카리아슨은 비정질 SiO2가 SiO4 사면체의 연속 랜덤 네트워크에 의해 구성됨을 증명했다. 유사하게, 피코결정성 옥시실라보란은 8개의 다면체 모서리 각각에서 거의-대칭인 붕소 20면체를 갖는 다면체의 연속 랜덤 네트워크에 의해 구성되는 것으로 여겨진다.The picocrystalline oxysilaborane of the present invention constitutes an almost transparent solid, and this transparent solid is described in the paper "The Atomic Arrangement in Glass" (Journal of the American Chemical Society, Vol. 54, 1932, pp. 3841 to 3851). It is believed to be formed by a continuous random network of polyatomic unit cells following a modification of the rule developed by Zachariasen. All citations to Zachariasson below are understood to refer to the above article. Zachariasson focused on oxide glasses, particularly amorphous SiO 2 and amorphous B 2 O 3 . Zachariasson demonstrated that amorphous SiO 2 is constituted by a continuous random network of SiO 4 tetrahedra. Similarly, phycocrystalline oxysilaborane is believed to be constituted by a continuous random network of polyhedra with nearly-symmetric boron icosahedrons at each of the eight polyhedral edges.

통상적인 산화물 유리가 산소 사면체 또는 산소 삼각형의 연속 랜덤 네트워크에 의해 구성되는 반면, 피코결정성 옥시실라보란은, 정의상 6면체 모서리에서 피코결정성 인공 보란 원자(101)를 갖는 6면체로 구성되는, 보란 6면체의 연속 랜덤 네트워크에 의해 형성된 고체를 구성한다. 도 9에서 도시된 단결정성 규소 단위 전지(200)가 정6면체(입방체)인, 도 10의 다이아몬드-형 피코결정성 실라보란 단위 전지(300)인 반면, 설명 목적으로 입방체로 도시된 것은 실제로는 불규칙한 6면체이다. 자카리아슨은 다형태 산소 사면체 또는 삼각형의 연속 랜덤 네트워크에 의해 산화물 유리의 원자 배열을 나타내었지만, 보란 고체의 원자 배열은 불규칙한 6면체의 랜덤 네트워크에 의해 기술된다.Whereas conventional oxide glasses are constituted by a continuous random network of oxygen tetrahedra or oxygen triangles, picocrystalline oxysilaborane, by definition, consists of a hexahedron with picocrystalline artificial borane atoms 101 at the hexahedral edges. Boranes constitute a solid formed by a continuous random network of hexahedrons. While the monocrystalline silicon unit cell 200 shown in FIG. 9 is a hexahedral (cube), the diamond-shaped picocrystalline silaborane unit cell 300 of FIG. 10, shown as a cube for illustrative purposes is actually is an irregular hexahedron. Zachariasson described the atomic arrangement of oxide glasses by a continuous random network of polymorphic oxygen tetrahedra or triangles, whereas the atomic arrangement of borane solids is described by a random network of irregular hexahedrons.

도 10의 보란 6면체(300)의 8개의 모서리는 피코결정성 인공 보란 원자(101)로 이루어진다. 각 모서리의 피코결정성 인공 보란 원자(101)는, 8개의 모서리 피코결정성 인공 보란 원자(101)로 둘러싸인 4개의 4가의 자연 원자(303)에 이상적으로 결합된다. 바람직한 4가 자연 원자(303)는 자연 규소 원자이다. 4가의 자연 원자들(303) 각각은 도 10에 도시된 보란 6면체(300)의 하나 이상의 면-중심 원자(302)에 결합된다. 각각의 면-중심 원자(302)는, 규소와 같은 4가의 자연 원자; 산소와 같은 6가의 자연 원자; 또는 아마도 4가의 피코결정성 인공 보란 원자(101) 중 어느 하나가 될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 도 10에 도시된 불규칙한 보란 6면체(300)의 도움으로, 보란 고체의 원자 배열이 이해될 수 있다.Eight corners of the borane hexahedron 300 of FIG. 10 are made of picocrystalline artificial borane atoms 101 . Each corner picocrystalline artificial borane atom 101 is ideally bound to four tetravalent natural atoms 303 surrounded by eight corner picocrystalline artificial borane atoms 101 . A preferred tetravalent natural atom 303 is a natural silicon atom. Each of the tetravalent natural atoms 303 is bonded to one or more face-centered atoms 302 of the borane hexahedron 300 shown in FIG. 10 . Each face-centered atom 302 is a tetravalent natural atom such as silicon; hexavalent natural atoms such as oxygen; or perhaps any one of a tetravalent picocrystalline artificial borane atom 101, but is not limited thereto. With the aid of the irregular borane hexahedron 300 shown in FIG. 10 , the atomic arrangement of the borane solid can be understood.

첫 번째로, 4개의 4가의 자연 원자(303)는 고체의 보란 격자 내의 8개의 모서리 피코결정성 인공 보란 원자(101)로 둘러싸인다. 두 번째로, 결합된 불규칙한 보란 6면체(300)는 연속 랜덤 네트워크 내에서 공통 모서리 피코결정성 인공 보란 원자(101)를 공유한다. 모서리 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 중심은 이상적으로 운동-불변이다. 셋 번째로, 각 모서리 피코결정성 인공 보란 원자(101)는 <111> 결정성 배향을 따라 4개의 4가 자연 원자(303)에 공유 결합된다. 단위 전지 크기를 보존하기 위해 공간 변위를 받는 규소 기반 원자(203)(단결정성 규소의 단위 전지에서 9에 도시된 바와 같이)의 위치에 4가의 자연 원자(303)가 존재한다는 것을 인식하는 것이 중요하다.First, the four tetravalent natural atoms 303 are surrounded by eight corner picocrystalline artificial borane atoms 101 in the solid borane lattice. Second, the bound irregular borane hexahedron 300 shares a common edge picocrystalline artificial borane atom 101 within a continuous random network. The center of the edge picocrystalline artificial borane atom 101 is ideally motion-invariant. Third, each corner picocrystalline artificial borane atom 101 is covalently bonded to four tetravalent natural atoms 303 along the <111> crystalline orientation. It is important to recognize that there is a tetravalent natural atom 303 at the position of a silicon-based atom 203 (as shown in 9 in a unit cell of monocrystalline silicon) that is subjected to spatial displacement to preserve unit cell size. Do.

상술한 구조는 정의될 피코결정성 옥시실라보란의 새로운 종류의 극단인 (B12H4)4Si4의 믿어진 구조를 고려함으로써 이해될 수 있다. (B12H4)4Si4에서, 고체 격자를 형성하는 각각의 불규칙한 보란 6면체(300)는 이상적으로 8개의 모서리의 피코결정성 인공 보란 원자(101), 6개의 면-중심 피코결정성 인공 보란 원자(101) 및 4개의 자연 규소 원자(303)로 구성된다. 8개의 6면체 모서리의 공유와 2개의 6면체 표면의 공유에 기인하여, 공간에 걸친 불규칙한 보란 6면체(300)의 병진은 이상적으로 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4를 야기한다. 이러한 방식으로, 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4는 4가 자연 규소 원자(303)와 4가 피코결정성 인공 보란 원자(101)로 구성된, 단결정성 규소와 유사한 피코결정성 다형태를 형성한다.이 유형의 구조에 의해 스핀-궤도 결합이 물리적으로 중요하게 된다.The structure described above can be understood by considering the believed structure of (B 12 H 4 ) 4 Si 4 , which is an extreme of a new class of picocrystalline oxysilaborane to be defined. In (B 12 H 4 ) 4 Si 4 , each irregular borane hexahedron 300 forming the solid lattice is ideally 8 edged picocrystalline artificial borane atoms 101 , 6 face-centered picocrystalline It is composed of an artificial borane atom (101) and four natural silicon atoms (303). Due to the sharing of the eight hexahedral edges and the sharing of the two hexahedral surfaces, the translation of the irregular borane hexahedron 300 across space ideally results in picocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 . do. In this way, picocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 is picocrystalline similar to monocrystalline silicon, composed of tetravalent natural silicon atoms (303) and tetravalent picocrystalline artificial borane atoms (101). Form polymorphism. This type of structure makes spin-orbit coupling physically significant.

본 발명의 바람직한 양태는 종래 기술에서 알려지지 않은 유형의 순서를 포함한다. 장거리 주기적 병진 순서는 본 명세서에서 공간을 통해 단위 전지로 알려진 원자의 일정한 불변 배열의 규칙적인 반복으로서 정의되고, 이에 의해 제 1 및 제 2 가장 가까운 이웃의 자연 원자를 훨씬 너머 자연 원자의 규칙적인 배열에서 병진적으로-불변의 타일링을 형성한다. 단결정성 및 다결정성 재료는 공간 전반에 걸쳐 장거리의 주기적인 병진 순서를 나타낸다. 원자 위치의 주기적인 반복은 단결정성 재료의 전체 공간에 걸쳐 보존된다. 다결정성 재료에서 원자 위치의 주기적인 반복은 결정립들 내에서 제한된 유한 공간에 걸쳐 유지되는데, 이들 입자는 그들 자체가 공간에 걸쳐 임의로 배향될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 나노결정성 재료는 결정립 크기가 300pm와 300nm 사이의 범위인 임의의 피코결정성 재료이다.Preferred aspects of the present invention include sequences of a type unknown in the prior art. A long-range periodic translational sequence is defined herein as the regular repetition of a constant invariant arrangement of atoms known as a unit cell through space, whereby the regular arrangement of natural atoms far beyond the first and second nearest neighboring natural atoms. form a translationally-invariant tiling in Monocrystalline and polycrystalline materials exhibit long-range periodic translational sequences throughout space. Periodic repetition of atomic positions is conserved throughout the entire space of a monocrystalline material. The periodic repetition of atomic positions in polycrystalline materials is maintained over a limited finite space within grains, which themselves can be arbitrarily oriented across space. As used herein, a nanocrystalline material is any picocrystalline material having a grain size in the range between 300 pm and 300 nm.

단-거리의 주기적 병진 순서는 이후 제 1 및 제 2 가장 가까운 이웃 자연 원자에만 실질적으로 한정된 공간에 걸친 자연 원자 위치의 반복으로서 정의된다. 격리된 중성 원자의 반지름은 30 내지 300pm에 이른다. 그 결과로서, 및 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 임의의 피코결정성 재료는 제 1 및 제 2 가장 가까운 이웃 자연 원자의 유한 그룹에서 원자 위치를 반복하는 것에 한정되는 단-거리의 주기적 병진 순서를 나타내는 재료이다. 이하에 사용되는 비정질 재료는 원자의 규칙적으로 반복되는 배열이 없는 재료이고, 따라서 x-선의 보강 간섭을 지원할 수 있다. 단-거리의 주기적 병진 순서는 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4에서 우세하다.The short-distance periodic translational sequence is then defined as the repetition of the natural atomic positions over a space substantially confined only to the first and second nearest neighboring natural atoms. The radii of isolated neutral atoms range from 30 to 300 pm. As a result, and as used herein, any picocrystalline material exhibits a short-distance periodic translational sequence limited to repeating atomic positions in a finite group of first and second nearest neighboring natural atoms. material that represents The amorphous material used below is a material without a regularly repeating arrangement of atoms, and thus can support constructive interference of x-rays. The short-distance periodic translational sequence predominates in picocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 .

다양한 유형의 결정성 재료에 대한 이들 정의가 공간에서 반복되는 원자 위치의 허용 가능한 순서를 완전하게 설명하는 것처럼 보일 수 있다. 그러나 이들 정의는 공간을 통한 개별 원자의 위치를 반복하는 것에 엄격하게 기반으로 한다는 의미에서 아직 제한적이다. 그들은 단단히 채워진 원자의 클러스터를 포함하는 재료에 적용될 수 없는데, 이러한 원자 클러스터는 공간에 배열되어, 이러한 클러스터가 그 자체로 클러스터되지 않은 단일 자연 원자에 결합될 수 있다. 이들 정의는 에너지 준위의 이산 양자화가 존재하는 자연 원자의 클러스터로서 본 명세서의 목적을 위해 정의된 양자점을 이해하기 위해 확장되어야 한다. 종래 기술에서 양자점의 크기는 전형적으로 10nm 정도이다. 다양한 유형의 결정성 고체의 상기 언급된 정의는 또한 에너지 양자화에 의존한다.It may seem that these definitions for the various types of crystalline materials fully describe the allowable sequence of repeated atomic positions in space. However, these definitions are still limited in the sense that they are based strictly on repeating the positions of individual atoms through space. They cannot be applied to materials that contain tightly packed clusters of atoms, which can be arranged in space so that these clusters are bound to a single natural atom that is not itself clustered. These definitions should be extended to understand quantum dots defined for the purposes of this specification as clusters of natural atoms in which discrete quantizations of energy levels exist. In the prior art, the size of quantum dots is typically on the order of 10 nm. The aforementioned definitions of the various types of crystalline solids also depend on energy quantization.

이것은 원자의 공간 배열 및 에너지 준위의 이산 양자화의 존재를 모두 이해하는 새로운 정의에 대한 요건을 야기한다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 "피코결정성 인공 원자"는 단-거리의 주기적인 병진 순서 및 에너지 준위의 내부 이산 양자화를 지원하기 위해 서로 상호 결합되는 자연 원자의 300pm 미만 크기의 클러스터이다. 후술되는 바와 같이, 자연 원자 및 피코결정성 인공 원자의 확장된 격자를 형성하기 위하여, 특수한 유형의 피코결정성 인공 원자가 다른 자연 원자에 결합될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 자연 원자는 주기율표에 포함된 안정한 화학 원소의 임의의 동위원소이다. 특별한 형태의 피코결정성 인공 원자는 거의-대칭인 핵 구성을 가진 붕소 20면체를 포함한다.This raises the requirement for a new definition that understands both the spatial arrangement of atoms and the existence of discrete quantization of energy levels. Thus, “picocrystalline artificial atoms,” as used herein, are clusters of less than 300 pm in size of natural atoms that are interconnected to each other to support short-distance periodic translational ordering and internal discrete quantization of energy levels. As discussed below, special types of picocrystalline artificial atoms can be bound to other natural atoms to form an extended lattice of natural atoms and picocrystalline artificial atoms. As used herein, a natural atom is any isotope of a stable chemical element included in the periodic table. A special type of picocrystalline artificial atom includes boron icosahedrons with a nearly-symmetrical nuclear configuration.

지난 60년에 걸쳐 고체-상태 전자 혁명을 가장 많이 담당한 단층 재료는 단결정성 규소가다. 모놀리식 집적 회로의 피처 크기의 스케일링이 분자 크기에 접근함에 따라, 공간에 걸친 확장된 에너지 밴드에서 전하의 변위는 근본적인 양자 조건으로 인해 점점 더 세분화된다. 관련된 방식으로, 저-치수의 금속 상호연결부 내의 연장된 에너지 밴드에서 전하 전도는 모놀리식 집적 회로들의 성능을 더욱 저하시킨다. 최근 몇 년 동안 모놀리식 집적 회로에 단층 그래핀을 통합하는 것에 대한 광범위한 연구가 근본적인 스케일링 제한을 해결하기 위한 결정적인 노력으로 이루어졌다. 단층 그래핀은 밴드 갭 에너지가 없고 집적 회로와 호환되지 않는 증착 공정으로 인해 모놀리식 집적 회로에 통합하는데 문제점을 나타낸다.The single-layer material most responsible for the solid-state electronic revolution over the past 60 years is single-crystalline silicon. As the scaling of feature sizes in monolithic integrated circuits approaches molecular sizes, the displacement of charges in extended energy bands across space becomes increasingly granular due to underlying quantum conditions. In a related manner, charge conduction in extended energy bands within low-dimensional metal interconnects further degrades the performance of monolithic integrated circuits. In recent years, extensive research on the incorporation of single-layer graphene into monolithic integrated circuits has been made in a decisive effort to address fundamental scaling limitations. Single-layer graphene presents challenges for integration into monolithic integrated circuits due to its lack of band gap energy and deposition processes that are incompatible with integrated circuits.

본 발명의 바람직한 양태는 공간을 통한 전기적 동작의 변위를 지원하는 단결정성 규소 및 그래핀의 재료 합병에 의한 모놀리식 집적 회로의 스케일링 한계를 개선한다. 이제, 도 10을 참조하면, 피코결정성 인공 보란 원자(101)가 도 10의 규소 정점 원자(201)를 대체한다는 것을 관찰할 수 있다. 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4의 특정 경우에, 6개의 면-중심 원자(302)는 (도 10에 도시되지 않았지만) 피코결정성 인공 보란 원자(101)이다. 각각의 피코결정성 인공 보란 원자(101)에서 단-거리 20면체 대칭의 보존으로 인해, 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4는 단결정성 규소의 방식으로 임의의 장-거리의 주기적인 병진 순서를 갖지 않는다.A preferred aspect of the present invention improves the scaling limits of monolithic integrated circuits by material incorporation of monocrystalline silicon and graphene to support displacement of electrical motion through space. Referring now to FIG. 10 , it can be observed that the picocrystalline artificial borane atom 101 replaces the silicon apex atom 201 of FIG. 10 . In the specific case of picocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 , the six face-centered atoms 302 are picocrystalline artificial borane atoms 101 (although not shown in FIG. 10 ). Due to the conservation of short-distance icosahedral symmetry in each picocrystalline artificial borane atom 101 , picocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 can be of any long-distance in the manner of monocrystalline silicon. It does not have a periodic translation sequence.

장-거리의 주기적인 병진 순서가 없기 때문에, 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4는 공간에 걸친 확장된 전도 및 원자가 에너지 밴드를 물리적으로 지원할 수 없다. 피코결정성 인공 보란 원자들(101) 사이의 반데르발스 힘(더 구체적으로 디바이 힘)의 존재는 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4 내의 공간에 걸친 확장된 전도 및 원자가 에너지 밴드를 추가로 제거한다. 그러나 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 20면체 대칭은 종래 기술에서 알려지지 않은 매우 새로운 유형의 전기적 작용의 변위를 야기한다. 본 발명의 바람직한 양태의 심오한 신규성 및 유용성을 더 완전히 이해하기 위해, 식 (36a 및 36b)의 저주파 극단을 고려한다.Due to the lack of long-distance periodic translational sequences, picocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 cannot physically support extended conduction and valence energy bands across space. The presence of a van der Waals force (more specifically a Debye force) between the picocrystalline artificial borane atoms 101 is determined by the presence of a picocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 It further removes the extended conduction and valence energy bands across the space within. However, the icosahedral symmetry of the picocrystalline artificial borane atom 101 causes a displacement of a very new type of electrical action unknown in the prior art. In order to more fully understand the profound novelty and utility of preferred embodiments of the present invention, consider the low-frequency extremes of equations (36a and 36b).

Figure 112019066792969-pct00057
Figure 112019066792969-pct00057

플랑크 공진기는, (1) 진동 에너지 U=kT를 갖는 열 공진기 및 (2) 진동 에너지 U=

Figure 112019066792969-pct00058
를 갖는 양자 공진기의 하이브리드화를 구성한다. U=
Figure 112019066792969-pct00059
를 갖는 이산 양자 공진기의 양자 온도
Figure 112019066792969-pct00060
는 다음과 같이 식(38)에 의해 구체적으로 주어진다:A Planck resonator is composed of (1) a thermal resonator with vibrational energy U=kT and (2) vibrational energy U=
Figure 112019066792969-pct00058
constitute a hybridization of a quantum resonator with U=
Figure 112019066792969-pct00059
The quantum temperature of a discrete quantum resonator with
Figure 112019066792969-pct00060
is specifically given by equation (38) as follows:

Figure 112019066792969-pct00061
Figure 112019066792969-pct00061

표 1 및 2에서 마이크로파 주파수

Figure 112019066792969-pct00062
=10.9GHz에서, 인공 핵(104)의 양자 온도
Figure 112019066792969-pct00063
= 0.77°K는 우주 마이크로파 배경 복사와 관련된 절대 온도 2.72°K보다 훨씬 낮다.Microwave frequencies from Tables 1 and 2
Figure 112019066792969-pct00062
= At 10.9 GHz, the quantum temperature of the artificial nucleus 104
Figure 112019066792969-pct00063
= 0.77°K is much lower than the 2.72°K absolute temperature associated with cosmic microwave background radiation.

Figure 112019066792969-pct00064
Figure 112019066792969-pct00064

대조적으로, U=kT인 연속 열 공진기의 양자 온도

Figure 112019066792969-pct00065
는 주위 온도 T보다 훨씬 더 크다. 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4를 형성하는 인공 핵(104)이 개방형 20면체 플로케-다체-페르미온 피코결정성을 구성하기 때문에, 임의의 인공 핵(104)의 양자 온도
Figure 112019066792969-pct00066
는 주위 온도 T에서 고정된다. 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4의 열 평형을보다 잘 이해하기 위해, 20면체 내의 반결합 및 결합 고유상태를 식 (23a 및 23b) 및 표 1 및 2에 따라 전자에 의한 순서화된 채움을 고려하는 것이 목적이다. n=±2 및 n=±3 쉘 내의 반결합 및 결합 에너지 준위는 금지된 에너지 구역에 비해 크게 과장되어 있다.In contrast, the quantum temperature of a continuous thermal resonator with U = kT
Figure 112019066792969-pct00065
is much greater than the ambient temperature T. Since the artificial nuclei 104 forming the picocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 constitute an open icosahedral Floquet-polyhedral-fermion picocrystalline, the quantum temperature of any artificial nuclei 104 .
Figure 112019066792969-pct00066
is fixed at ambient temperature T. In order to better understand the thermal equilibrium of phycocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 , antibonding and bonding eigenstates within the icosahedron were analyzed by electrons according to equations (23a and 23b) and Tables 1 and 2 The purpose is to consider ordered filling. The antibonding and binding energy levels within the n=±2 and n=±3 shells are greatly exaggerated relative to the forbidden energy region.

도 11에 따라, 4개의 전자는 초기에 +2p4 3 /2의 반결합 하위궤도를 점유하고, 4개의 전자는 초기에 디락 준입자의 -2p4 3 /2의 결합 하위궤도를 점유한다. 도 11의 2가지 결과는 슈뢰딩거의 비상대론적 파동 방정식을 따르는 페르미온으로부터 디락 준입자를 구별한다. 첫 번째로, 반결합 하위궤도 내의 양의-에너지의 전자와 디아크 준입자의 결합 하위궤도에서의 음의-에너지 전자 사이의 전하-켤레 대칭이 존재한다. 슈뢰딩거의 비상대론적 방정식에 의해 지배되는 페르미온에는 어떠한 전하-켤레 대칭도 존재하지 않으며, 이는 모든 에너지 준위가 양의 정부호인 것으로 가정한다. 슈뢰딩거 방정식에 따르면, 궤도를 결합시킴으로써 형성된 원자가 에너지 밴드에서의 전하 전도는 전자 공극(electron vacancies)으로 인해 발생하는 이동 홀(mobile hole)으로 인한 것으로 취해진다. 음-에너지의 전자와 양-에너지의 홀(전자 공극) 사이의 물리적 관계는 나중에 전개될 것이다.According to FIG. 11, 4 electrons initially occupy the antibonding suborbital of +2p 4 3 /2 , and 4 electrons initially occupy the binding suborbital of -2p 4 3 /2 of the Dirac quasiparticle. The two results in Figure 11 distinguish Dirac quasiparticles from fermions that follow Schrödinger's non-relativistic wave equation. First, there is a charge-conjugate symmetry between the positive-energy electrons in the antibonding suborbital and the negative-energy electrons in the bonding suborbital of the Diark quasiparticle. There is no charge-conjugate symmetry in the fermion, which is governed by Schrödinger's non-relativistic equation, which assumes that all energy levels are positive definite. According to Schrödinger's equation, charge conduction in the valence energy band formed by bonding orbitals is assumed to be due to mobile holes resulting from electron vacancies. The physical relationship between negative-energy electrons and positive-energy holes (electron vacancies) will develop later.

두 번째로, 높은-각도-모멘텀의 하위궤도 ±2p4 3 /2는 전자로 채워지는 반면, 흥미롭게도 낮은-각도-모멘텀의 하위궤도 ±2sp0 1 /2는 도 11에 따라 전자가 없다. 스핀-궤도 결합은 식 (24a 및 24b)에 따라 표현된 것처럼 전체-정수-양자화된 궤도로부터 절반-정수 양자화된 하위궤도의 더블릿(doublet)을 생성한다. 아직-알려지지 않은 자연 현상(이하 스펙트럼 유도라고 언급함)에 의해, 스핀-궤도 결합으로 의한 임의의 더블릿의 높은-각도-모멘텀(j=ℓ+1/2)의 하위궤도가 처음에 디락 준입자에서 낮은-각도-모멘텀 운동량(j=ℓ-1/2)의 하위궤도 전에 점유되는 것이 도시될 것이다. 스펙트럼 유도가 종래 기술에서는 알려지지 않았지만, 본 발명의 바람직한 양태의 성공적인 동작에 사용된다.Second, the high-angle-momentum suborbital ±2p 4 3 /2 is filled with electrons, whereas interestingly the low-angle-momentum suborbital ±2sp 0 1/2 is electron-free according to FIG. 11 . Spin-orbit coupling produces a doublet of half-integer quantized sub-orbitals from full-integer-quantized orbitals as expressed according to equations (24a and 24b). Due to an as-yet-unknown natural phenomenon (hereinafter referred to as spectral derivation), the suborbital of high-angle-momentum (j=ℓ+1/2) of any doublet due to spin-orbit coupling is initially the Dirac quasi It will be shown that the particle is occupied before the suborbital of low-angle-momentum momentum (j = l-1/2). Although spectral derivation is not known in the prior art, it is used in the successful operation of the preferred aspect of the present invention.

디락 준입자의 결합 에너지 고유상태는 본 발명의 바람직한 양태를 포함하는 붕소 20면체의 화학적 융합에 포함된다. n=±1 쉘을 점유하는 내부 전자는 붕소 20면체의 화학 결합에 포함되지 않는다. 이하에서 설정되는 바와 같이, 전자 미세 구조의 스펙트럼 양자 수(k)는, 쉘 내에서 가장 높은 결합 에너지 고유상태를 제외하고, 극성을 띤다. 스펙트럼 양자 수(k)가 식 (23a)에 따라, 디락 준입자의 양의-에너지의 반결합 하위궤도의 n=+2 및 n=+3 쉘 내의서 가장 높은 결합 에너지 고유상태에서, 그리고 오로지 이 고유상태에만, 음의 정부호인 것이 주목할 만하다. 또한, 스펙트럼 양자 수(k)가 식 (23b)에 따라, 디락 준입자의 음의-에너지의 결합 하위궤도의 n=-2 및 n=-3 쉘 내의 가장 높은 결합 에너지 고유상태에서, 그리고 오로지 이 고유상태에만, 양의 정부호인 것이 주목할 만하다.The binding energy intrinsic state of Dirac quasiparticles is included in the chemical fusion of boron icosahedrons comprising preferred embodiments of the present invention. The inner electrons occupying the n=±1 shell are not included in the chemical bonding of the boron icosahedron. As set forth below, the spectral quantum number (k) of the electron microstructure is polar except for the highest binding energy eigenstate in the shell. At the highest binding energy eigenstates in the n=+2 and n=+3 shells of the positive-energy antibonding suborbitals of Dirac quasiparticles, k, according to equation (23a), and only It is noteworthy that only in this eigenstate, it is a negative definite sign. Also, the spectral quantum number k, according to equation (23b), at the highest binding energy eigenstates in the n=-2 and n=-3 shells of the negative-energy binding suborbitals of Dirac quasiparticles, and only It is noteworthy that only in this eigenstate, it is positive definite.

스핀-궤도 결합은 전체-정수-양자화된 궤도를 도 11에 따라 양의-에너지의 절반-정수-양자화된 하위궤도(n>0)의 더블릿으로 분리한다. 상보적인 방식으로, 스핀-궤도 결합은 전체-정수-양자화된 궤도를 도 11에서 음의-에너지의 절반-정수-양자된 하위궤도(n<0)의 쌍으로 분리한다. 도 11의 절반-정수-양자화된 하위궤도는 식 (23a 및 23b)의 디락 준입자의 에너지 고유값을 따른다. 디락 준입자의 절반-정수-양자화된 하위궤도의 양자 얽힘은 상기 쉘에서 가장 높은 구속 에너지를 갖는 각 쉘에서 가장 높은 에너지 준위를 초래한다. 이러한 외견상 이상한 현상(이하에서 더 논의됨)은 깁스 자유 에너지의 상대적인 변화로 기술될 것이다.Spin-orbit coupling separates the full-integer-quantized orbitals into doublets of positive-energy half-integer-quantized suborbitals (n>0) according to FIG. 11 . In a complementary manner, spin-orbit coupling separates the full-integer-quantized orbitals into pairs of negative-energy half-integer-quantized suborbitals (n<0) in FIG. 11 . The half-integer-quantized suborbitals of FIG. 11 follow the energy eigenvalues of Dirac quasiparticles in equations (23a and 23b). Quantum entanglement of the half-integer-quantized suborbitals of Dirac quasiparticles results in the highest energy level in each shell with the highest confinement energy in that shell. This seemingly strange phenomenon (discussed further below) will be described as a relative change in Gibbs free energy.

n =±2 쉘의 |+2p4 3 /2〉 및 |-2p4 3 /22〉고유상태는 식 (44a 및 44b)에 따라 깁스 자유 에너지의 감소로 인해 도 11에서 4개의 전자로 채워진다.The |+2p 4 3 /2 > and |-2p 4 3 /2 2 > eigenstates of the n =±2 shell are filled with 4 electrons in Fig. 11 due to the decrease in Gibbs free energy according to equations (44a and 44b) .

Figure 112019066792969-pct00067
Figure 112019066792969-pct00067

도 11에서 |±2sp0 1 / 2〉고유상태의 빈상태과 함께 |±2p4 3 / 2〉고유상태의 점유는, |±2p3 / 2〉고유상태의 깁스 자유 에너지가 |±2sp1 / 2〉고유상태의 깁스 자유 에너지보다 낮다는 사실에 기인한다. 본 발명의 피코결정성 옥시실라보란을 포함하는 인공 핵(104)의 주된 속성은 각 쉘에서 바닥 고유상태보다 낮은 깁스 자유 에너지의 여기된 고유상태의 존재이다.In FIG. 11, |±2sp 0 1 / 2 > With the empty state of the eigenstate |±2p 4 3 / 2 > Occupation of the eigenstate is, |±2p 3 / 2 > Gibbs free energy of the eigenstate is |±2sp 1 / 2 > due to the fact that it is lower than the Gibbs free energy of the eigenstate. A major property of the artificial nuclei 104 comprising the phycocrystalline oxysilaborane of the present invention is the presence of an excited eigenstate of lower Gibbs free energy than the bottom eigenstate in each shell.

도 11의 안정된 채워지지 않은 쉘 조건은, 스핀-궤도 결합에 의해 생성된 더블릿의 높은-각도-모멘텀의 하위궤도로의 원자가 전자의 자발적 여기에 기인한다. 전자의 이러한 자발적 여기는 식 (44a 및 44b)에 따라 낮은-각도-모멘텀의 고유상태 |+2sp1/2〉에 비해 높은-각도-모멘텀의 고유상태 |+2sp3 / 2〉에서 깁스 자유 에너지의 감소에 기인한다. 원자가 전자가 도 12의 |±2sp2 1 /2〉고유상태를 채우면, n=±2 쉘은 완전히 닫힌다. n=+3 쉘에서, |+3s1 /2〉고유상태에 비해 |+3d5 /2〉및 |+3p3 /2〉고유상태에서 전자의 깁스 자유 에너지의 감소는 양이 되어, 전자는 스핀-궤도 결합에 의해 상승된다.The stable unfilled shell condition in Fig. 11 is due to the spontaneous excitation of valence electrons into suborbitals of high-angle-momentum of the doublet created by spin-orbit coupling. This spontaneous excitation of the electrons, according to equations (44a and 44b), is the result of the Gibbs free energy in the high-angle-momentum eigenstate |+2sp 3 / 2 > compared to the low-angle-momentum eigenstate |+2sp 1/2 >. due to a decrease When the valence electrons fill the |± 2sp 2 1/2 > eigenstate of FIG. 12, the n=±2 shell is completely closed. In the n=+3 shell, |+3s 1 /2 > +3d 5 /2 > and |+3p 3 /2 > compared to the eigenstate, the decrease in the Gibbs free energy of the electron in the eigenstate becomes positive, so that the electron It is raised by spin-orbit coupling.

Figure 112019066792969-pct00068
Figure 112019066792969-pct00068

n=-3 쉘에서, |-3s1/ 2〉고유상태에 비해 |-3d5 / 2〉및 |-3p3 / 2〉고유상태에서 전자의 깁스 자유 에너지의 감소는 양의-정부호가 되어, 원자가 전자가 스핀-궤도 결합에 의해 낮아진다.In the n= -3 shell, | -3s 1/2 > compared to the eigenstate |-3d 5/2 > and | -3p 3/2 > in the eigenstate, the decrease in the electron's Gibbs free energy becomes positive - definite , the valence electrons are lowered by spin-orbit bonding.

Figure 112019066792969-pct00069
Figure 112019066792969-pct00069

식(45a)의 깁스 자유 에너지의 변화

Figure 112019066792969-pct00070
〉0은 전자가 |+3d5/2〉고유상태를 점유하게 하는 반면, 식 (46a)의 깁스 자유 에너지의 변화
Figure 112019066792969-pct00071
〉0은 전자가 |-3d5 / 2〉고유상태를 점유하게 한다.Change in Gibbs free energy in equation (45a)
Figure 112019066792969-pct00070
>0 causes the electron to occupy |+3d 5/2 > eigenstate, while the change in Gibbs free energy in equation (46a)
Figure 112019066792969-pct00071
>0 causes the electron to occupy |-3d 5 / 2 > eigenstate.

식 (45a)에 따른 깁스 자유 에너지의 변화

Figure 112019066792969-pct00072
=+17.9μeV 및 식 (46a)에 따른
Figure 112019066792969-pct00073
=+17.9μeV는 도 13에 도시된 바와 같이 디락 준입자의 n=±3 쉘의 부분 점유를 지원한다. 식 (45b)에 따른 깁스 자유 에너지의 더 작은 감소
Figure 112019066792969-pct00074
=+13.4μeV 및 식 (46b)에 따른
Figure 112019066792969-pct00075
=+13.4μeV는 도 14에 표시된 디락 준입자의 n=±3 쉘의 부분 점유를 야기한다. 마지막으로, 디락 준 입자의 n=±3 쉘은, 도 15에 도시된 바와 같이 |±3sp1 / 2〉고유상태가 완전히 채워질 때, 닫힌다. 도 11 내지 도 15에 도시된 n=±2 및 n=±3 쉘의 순서화된 점유는 종래 기술에서는 알려져있지 않다.Change in Gibbs free energy according to equation (45a)
Figure 112019066792969-pct00072
=+17.9 μeV and according to equation (46a)
Figure 112019066792969-pct00073
=+17.9 μeV supports partial occupation of n=±3 shells of Dirac quasiparticles as shown in FIG. 13 . Smaller decrease in Gibbs free energy according to equation (45b)
Figure 112019066792969-pct00074
=+13.4 μeV and according to equation (46b)
Figure 112019066792969-pct00075
=+13.4 μeV causes partial occupation of n=±3 shells of Dirac quasiparticles shown in FIG. 14 . Finally, the n=±3 shell of the Dirac quasi particle is closed when the |±3sp 1/2 > eigenstate is completely filled, as shown in FIG. 15 . The ordered occupancy of the n=±2 and n=±3 shells shown in FIGS. 11-15 is not known in the prior art.

거의-대칭인 핵 구성을 갖는 붕소 20면체에 의해 물리적으로 구성된 디락 준 입자는, 도 15에 도시된 방식으로 원자가 전자에 의해 점유된 얽힌 20면체 내의 반결합 및 결합 궤도로 인해 그 주변에 대해 이상적으로 닫힌 양자-다체 시스템이다. 거의-대칭인 핵 구성을 가진 붕소 20면체는, 붕소 핵으로 인해 그 주변과 상호 작용할 수 있는 반-개방 양자-다체 시스템으로 변환될 수 있다. 구형으로 변형된 핵을 갖는 2가지 자연적으로 발생하는 안정한 붕소 동위원소 10 5B 및 11 5B가 존재한다. 편심 회전 타원체 핵은 음의 전기 4중극 모멘트를 나타내며, 반대로 장형 회전 타원체 핵은 양의 전기 4중극 모멘트를 나타낸다. 안정한 핵종 중에서 붕소 10 5B는 변형된 핵으로 인해 핵자 당 최대 핵 전기 4중극 모멘트를 나타내는 안정한 핵종을 구성한다.Dirac quasi particles physically constituted by boron icosahedrons with a near-symmetrical nuclear configuration are ideal for their periphery due to antibonding and bonding orbitals within the entangled icosahedron occupied by valence electrons in the manner shown in FIG. It is a closed quantum-many system. A boron icosahedron with a near-symmetrical nuclear configuration can be transformed into a semi-open quantum-multibody system that can interact with its surroundings due to the boron nucleus. There are two naturally occurring stable boron isotopes 10 5 B and 11 5 B with spherically deformed nuclei. The eccentric spheroid nucleus exhibits a negative electric quadrupole moment, whereas the elongate spheroid nucleus exhibits a positive electric quadrupole moment. Among the stable nuclides, boron 10 5 B constitutes a stable nuclide exhibiting the maximum nuclear electric quadrupole moment per nucleon due to the deformed nucleus.

붕소 10 5B는 3

Figure 112019066792969-pct00076
인 핵 각도 모멘트 및 +0.085×10-28e-㎡인 큰 양의 핵 전기 4중극 모멘트를 갖는 반면, 붕소 11 5B는 3/2
Figure 112019066792969-pct00077
인 핵 각도 모멘트 및 +0.041×10-28e-㎡인 핵 전기 4중극 모멘트를 갖는다. 붕소 핵의 핵 전기 4중극 모멘트와 연관된 에너지는 가우스의 법칙의 도움으로 다음과 같이 표현된다.boron 10 5 b 3
Figure 112019066792969-pct00076
Phosphorus has a nuclear angular moment and a large positive nuclear electric quadrupole moment of +0.085×10 −28 e-m 2 , whereas boron 11 5 B has 3/2
Figure 112019066792969-pct00077
It has a nuclear angular moment of phosphorus and a nuclear electric quadrupole moment of +0.041×10 −28 e-m 2 . The energy associated with the nuclear electric quadrupole moment of a boron nucleus is expressed with the help of Gauss's law as

Figure 112019066792969-pct00078
Figure 112019066792969-pct00078

붕소의 핵 전기 4중극 모멘트 Q(B)와 관련된 에너지는 피코결정성 실라보란 내의 붕소 농도 n(B)와 관련된다. 현재의 목적을 위해 주 붕소 동위원소 10 5B 및 11 5B는 자연 발생 비율로 있다고 가정하면, 붕소의 핵 전기 4중극 모멘트는 다음과 같다.The energy associated with the nuclear electric quadrupole moment Q(B) of boron is related to the boron concentration n(B) in the picocrystalline silaborane. Assuming for the present purpose that the major boron isotopes 10 5 B and 11 5 B are in naturally occurring proportions, the nuclear electric quadrupole moment of boron is

Figure 112019066792969-pct00079
Figure 112019066792969-pct00079

이 값을 식 (47)에 적용하여, 4중극 에너지 EQ(B)를 산출한다.Applying this value to equation (47), the quadrupole energy E Q (B) is calculated.

Figure 112019066792969-pct00080
Figure 112019066792969-pct00080

이 에너지는 도 15의 |-3sp1 / 2〉고유상태의 도 16의 2가지 해방된 |-3s1/2〉 및 |-3p1 /2〉 고유상태로, 및 또한 도 15의 |-3pd3 / 2〉고유상태의 도 17의 2가지 해방된 |-3p3 /2〉 및 |-3d3 /2〉 고유상태로의 해방(disentanglement)과 관련된다. 붕소의 핵 전기 4중극 모멘트로 인해 결합 |-3sp1 /2〉및 |-3pd3 /2〉고유상태의 해방에 의해 방출된 총 에너지 EQ(B)=17.9μeV +13.4μeV = 31.3μeV는 이전에 표 2의

Figure 112019066792969-pct00081
열에 의해 주어졌다.This energy is transferred to the |-3sp 1/2 > eigenstate in FIG. 15 and the two liberated | -3s 1/2 > and |-3p 1/2 > eigenstate in FIG. 16, and also |-3pd in FIG. 3 / 2 > the two liberated |-3p 3 /2 > and |-3d 3 /2 > in FIG. 17 of the eigenstate are related to disentanglement. The total energy E Q (B)=17.9 μeV +13.4 μeV = 31.3 μeV released by the bonds |-3sp 1/2 > and |-3pd 3 / 2 > liberation of the eigenstate due to the nuclear electric quadrupole moment of boron is Previously in Table 2
Figure 112019066792969-pct00081
given by heat.

|-3sp1 / 2〉및 |-3pd3 / 2〉결합 고유상태의 해방에 의해 방출된 총 에너지 EQ(B)=17.9μeV +13.4μeV = 31.3μeV는 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4 내의 상대적으로 적은 수의 호스트 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 자체-열중성자화를 초래한다. 양자 온도

Figure 112019066792969-pct00082
가 주위 온도 T0에서 고정된다는 점에서, 작은 농도(2p0)의 호스트 피코결정성 인공 보란 원자(101)가 자체-열중성자화된다.| -3sp 1/2 > and | -3pd 3/2 > total energy released by the liberation of the bond eigenstate E Q (B)=17.9 μeV +13.4 μeV = 31.3 μeV is the picocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) results in self-thermal neutronization of a relatively small number of host picocrystalline artificial borane atoms 101 in 4 Si 4 . quantum temperature
Figure 112019066792969-pct00082
A small concentration (2p 0 ) of the host picocrystalline artificial borane atom 101 is self-thermalneutralized, in that is fixed at ambient temperature T 0 .

Figure 112019066792969-pct00083
Figure 112019066792969-pct00083

피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4 내에서 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 농도가 ~1022-3인 반면, 실온 T0에서 이온화된 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 미량 농도는 다음과 같다.The concentration of picocrystalline artificial borane atoms 101 in phycocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 is ˜10 22 cm -3 , whereas picocrystalline artificial borane atoms ionized at room temperature T 0 ( 101) trace concentrations are as follows.

T0 = 300°K에 대해,

Figure 112019066792969-pct00084
(51)For T 0 = 300 °K,
Figure 112019066792969-pct00084
(51)

피코결정성 인공 보란 원자(101)의 자체-열중성자화(self-thermalization)는 도 17에 따라 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4이 p-형 반도체로 거동하게 한다. 이것은 도 17의 |-3sp1 / 2〉및 |-3pd3 / 2〉고유상태의 국소 해방이 피코결정성 인공 보란 원자(101)가 그 주변과 상호작용하게 한다는 사실에 기인하고, 이에 의해, 한 쌍의 전자의 포획에 의해 나머지 얽힌 |-2sp1 / 2〉에너지 고유상태를 해방시키는 완전한 경향을 나타낸다. 임의의 외부 소스로부터 한 쌍의 전자를 포획하는 능력이 없다면, 피코결정성 실라보란 (B12H4)4Si4은 불균화를 겪고, 이러한 불균화는 이중 음이온(dianions) 및 이중 양이온(dications)의 쌍으로의 부분적으로 해방된 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 이온화를 야기한다.The self-thermalization of the picocrystalline artificial borane atom 101 makes the picocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 behave as a p-type semiconductor according to FIG. 17 . This is due to the fact that the local liberation of | -3sp 1/2 > and | -3pd 3/2 > intrinsic state in FIG. 17 causes the picocrystalline artificial borane atom 101 to interact with its surroundings, thereby, By the capture of a pair of electrons, the remaining entangled | -2sp 1/2 > represents a complete tendency to liberate the energy eigenstate. Without the ability to capture a pair of electrons from any external source, phycocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 undergoes disproportionation, and this disproportionation results in dianions and dications. ) causes the ionization of the partially liberated picocrystalline artificial borane atoms 101 into pairs.

Figure 112019066792969-pct00085
Figure 112019066792969-pct00085

실제 실험 데이터에 기초하여, p-형 피코결정성 실라보란은 양호하게 화학적으로 p-(B12H4)3Si5로 표현된다. 식 (52)에서, α2은 미세 구조 상수의 제곱이고, 이는 p-형 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5에서 이중 양이온-이중 음이온 쌍의 미량 불균화의 근사 크기를 제공한다. 따라서 p-형 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5는, p-형 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5의 고체를 주성분으로 하는 ~1022-3의 피코결정성 인공 보란 원자(101) B12H4 사이에 분포하는 ~1018-3의 이온화된 피코결정성 인공 보란 원자(101) B2- 12H4와 B2+ 12H4를 포함하는 반-개방 혼합 양자-다체 시스템이다. 고정된 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 인공 핵(104)의 이온화는 다양한 인공 핵(104)에 포획된 자유 전하에 의한 전하 변위를 제공한다.Based on actual experimental data, p-type picocrystalline silaborane is preferably chemically expressed as p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 . In equation (52), α 2 is the square of the microstructural constant, which is the approximate size of the trace disproportionation of the double cation-dianion pair in the p-type phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 . provides Therefore, p-type picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 is ˜10 22 mainly composed of a solid of p-type picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 . cm -3 of picocrystalline artificial borane atom (101) B 12 H 4 It is a semi-open mixed quantum-multibody system comprising ˜10 18 cm −3 of ionized picocrystalline artificial borane atoms 101 B 2 12 H 4 and B 2+ 12 H 4 distributed between. Ionization of the artificial nucleus 104 of the immobilized picocrystalline artificial borane atom 101 provides charge displacement by free charges trapped in the various artificial nuclei 104 .

불균화의 상호 이온화 하에서, 한 쌍의 원자가 전자는 인공 핵(104)의 해방된 고유 상태로부터 일부 이웃 인공 핵(104)으로 도약(hop)하고(|-3p2 1 /2〉-> |-3p0 1/2〉), 따라서 도 18a 및 18b에 따라 오로지 남아있는 얽힌 결합 고유상태만을 해방시킨다(|-2sp2 1/2〉-> |-2s2 1 /2〉+ |-2p2 1 /2〉). 불균화는 미량 농도의 반대로-이온화된 쌍의 피코결정성 인공 보란 원자(101) B2- 12H4와 B2+ 12H4를 야기한다. 중성 피코결정성 인공 보란 원자(101) B12H4의 총 농도는 ~1022-3인 반면, 이온화된 피코결정성 인공 보란 원자(101) B2- 12H4와 B2+ 12H4의 훨씬 작은 미량의 농도는 ~1018-3이다. 2개의 중성 피코결정성 인공 보란 원자(101) B12H4의 이온화가 관련된 인공 핵(104) B2- 12 및 B2+ 12의 이온화에 의한 것임을 이해해야 한다.Under disproportionate mutual ionization, a pair of valence electrons hop from the liberated eigenstate of the artificial nucleus 104 to some neighboring artificial nucleus 104 (|-3p 2 1/2 > - > |- 3p 0 1/2 >), thus releasing only the remaining entangled bond eigenstates according to FIGS. 18a and 18b (|-2sp 2 1/2 >-> |-2s 2 1/2 >+ | -2p 2 1 /2 >). Disproportionation results in trace concentrations of counter-ionized pairs of picocrystalline artificial borane atoms 101 B 2 12 H 4 and B 2+ 12 H 4 . The total concentration of neutral picocrystalline artificial borane atoms (101) B 12 H 4 is ˜10 22 cm −3 , whereas ionized picocrystalline artificial borane atoms 101 B 2 12 H 4 and B 2+ 12 H A much smaller trace concentration of 4 is ˜10 18 cm −3 . It should be understood that the ionization of the two neutral phycocrystalline artificial borane atoms 101 B 12 H 4 is due to the ionization of the associated artificial nuclei 104 B 2-12 and B 2+ 12 .

~1018-3의 미량의 이중 음이온 B2- 12H4와 이중 양이온 B2+ 12H4은 ~1022-3인 중성 피코결정성 인공 보란 원자(101) B12H4 사이를 효과적으로 도약하고, 이는 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5의 열중성자화를 야기한다. 주변 T0와의 열 평형에서, 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 플랑크 공진기의 평균 진동 에너지 U(T0)는 다음과 같다:A trace of ~10 18 cm -3 of the double anion B 2 - 12 H 4 and the double cation B 2+ 12 H 4 is ~10 22 cm -3 of the neutral phycocrystalline artificial borane atom (101) B 12 H 4 effectively jump, which leads to thermal neutronization of p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 , picocrystalline silaborane. At thermal equilibrium with the surrounding T 0 , the average vibrational energy U(T 0 ) of the Planck resonator of the picocrystalline artificial borane atom 101 is:

Figure 112019066792969-pct00086
Figure 112019066792969-pct00086

주변과의 열 평형 하에서, 식 (53)의 진동 에너지는 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5에서 중성 및 이온화된 피코결정성 인공 보란 원자(101)에 대해 동일하다. ~1018-3의 이온화된 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 농도는 실라보란 p-(B12H4)3Si5에서 중성 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 농도보다 훨씬 작다.Under thermal equilibrium with the surroundings, the vibrational energy of equation (53) is the same for neutral and ionized picocrystalline artificial borane atoms 101 in picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 . The concentration of ˜10 18 cm −3 ionized picocrystalline artificial borane atoms 101 is much smaller than the concentration of neutral picocrystalline artificial borane atoms 101 in silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 . .

전하는 유도된 전위 우물 내에서 자체-포획될 수 있어, 자체-포획된 전위 우물과의 공간을 통해 준입자로서 대체될 수 있다. 이러한 유형의 준입자는 폴라 론(polaron)으로 불린다. 이중 폴라온(bipolaron)이라고 알려진 전하 쌍을 자체-포획하는 것이 가능하다. 예를 들어, 에민(Emin)의 "Polarons"(Cambridge University Press, 2013)을 참조한다. 이중 폴라론에 포획된 전하 쌍은 일반적으로 한 쌍의 전자 또는 한 쌍의 홀일 수 있다. 붕소가 풍부한 고체는 특히 비점유된 20면체 내의 결합 궤도를 채움으로써 전자 안정성을 얻기 위해 붕소 20면체가 이온화하는(B12 -> B2- 12) 경향이 강하기 때문에 이중 폴라론 형성에 특히 적합하다. 이동 전하의 변위는 피코결정성 옥시실라보란에서 충분히 상이하므로, 특별한 형태의 이중 폴라론으로 더 잘 설명된다.The charge can be self-captured within the induced potential well and displaced as quasi-particles through space with the self-captured potential well. This type of quasiparticle is called a polaron. It is possible to self-capture a pair of charges known as a bipolaron. See, eg, "Polarons" by Emin (Cambridge University Press, 2013). A pair of charges trapped in a double polaron can generally be a pair of electrons or a pair of holes. Boron-rich solids are particularly suitable for the formation of double polarons because the boron icosahedron has a strong tendency to ionize (B 12 -> B 2 12 ) to obtain electronic stability by filling bonding orbitals within the unoccupied icosahedron. . The displacement of the mobile charge is sufficiently different in the phycocrystalline oxysilaborane, it is better explained by a special type of bipolaron.

20면체 붕소가 풍부한 고체의 종래 기술에서 2가지 다른 유형의 이중 폴라론이 확인되었다. 전자 궤도 축퇴는 대칭-파괴 원자 변위에 의해 들어올려질 수 있어서, 반대 스핀의 한 쌍의 홀이 싱글릿의 얀-텔러 이중 폴라론 내에서 자체-포획될 수 있다. 완전히 다른 방식으로, 반대 스핀의 한 쌍의 홀은 특정 진동-전자(즉, 진동 및 전자) 고유상태에서 대칭-파괴 진동에 의해 연성 싱글릿의 이중 폴라론에서 자체-포획될 수 있다. 이들 두 종류의 싱글릿 이중 폴라론은 상이한 물리적 특성을 나타낸다. 싱글릿 얀-텔러 이중 폴라론 내에의 자체-포확된 홀-쌍이 광-흡수에 의해 바닥 고유 상태로부터 여기될 수 있는 반면, 싱글릿 연성 이중 폴라론 내의 자체-포획된 홀-쌍은 유사하게 여기될 수 없다. 홀-쌍은 격자의 원자 진동의 자유 에너지를 낮춤으로써 발생하는 안정화를 통해 싱글릿 연성 이중 폴라론 내에서 자체-포획된 상태로 유지된다.Two different types of double polarons have been identified in the prior art of icosahedral boron-rich solids. Electron orbital degeneracy can be lifted by symmetry-breaking atomic displacement, so that a pair of holes of opposite spins can self-trap within the singlet's Jan-Teller double polaron. In a completely different way, a pair of holes of opposite spins can be self-captured in the double polaron of a soft singlet by symmetry-breaking oscillations in certain vibro-electron (ie, oscillation and electron) eigenstates. These two types of singlet double polarons exhibit different physical properties. Self-entrapped hole-pairs in singlet yarn-teller double polarons can be excited from the bottom intrinsic state by light-absorption, whereas self-entrapped hole-pairs in singlet soft double polarons are similarly excited. can't be The hole-pair remains self-entrapped within the singlet ductile double polaron through stabilization that occurs by lowering the free energy of the atomic vibrations of the lattice.

비정상적으로 높은 제벡 계수가 조성 범위(0.15≤x≤1.7)에 걸쳐 붕소 탄화물(B12+xC3-x)에서 발생하는 것으로 알려졌지만, 붕소 탄화물의 제벡 계수 및 전도 메커니즘의 물리적 기초는 문헌 내에서 논의되고 있다. "Unusual Properties of Icosahedral Boron-Rich Solids"(Journal of Solid-State Chemistry, Vol. 179, 2006, pp.2791-2798)에서 에민(Emin)에 의해 확립된 바와 같이, 이중 폴라론 홀의 도약과 일치하는, 열-활성화된 낮은 홀 운동성은 고열 압축된 붕소 탄화물에서 관찰된다. ~1021-3의 높은 이중 폴라론 홀 밀도에도 불구하고, ~1019-3의 낮은 스핀 밀도는 자화율 측정에 의해 붕소 탄화물 내에서 확인되었다. 이러한 차이는 반대 스핀의 홀-쌍의 자체-포획에 기인한다.Although an unusually high Seebeck modulus is known to occur in boron carbide (B 12+x C 3-x ) over the compositional range (0.15≤x≤1.7), the physical basis of the Seebeck modulus and conduction mechanism of boron carbide is within the literature. is being discussed in As established by Emin in "Unusual Properties of Icosahedral Boron-Rich Solids" (Journal of Solid-State Chemistry, Vol. 179, 2006, pp.2791-2798), consistent with the leap of the double polaron hall , heat-activated low hole mobility is observed in high heat compressed boron carbide. Despite the high double polaron hole density of ˜10 21 cm −3 , a low spin density of ˜10 19 cm −3 was confirmed in boron carbide by susceptibility measurements. This difference is due to self-capture of hole-pairs of opposite spins.

붕소 탄화물에서 캐리어-유도 광-흡수 밴드가 전혀 관측되지 않았기 때문에, 에민(Emin)과 다른 연구자들은 고온-압축된 붕소 탄화물에서 스핀 밀도의 명백한 감소가 싱글릿 연성 이중 폴라론 홀-쌍의 형성을 야기하는 대칭-파괴 진동에 기인한 것으로 간주하였다. 싱글릿 연성 이중 폴라론의 캐리어-유도 형성은 대칭-파괴 격자 진동의 연화로 인해 제벡 계수의 증가에 기여한다. 조성 범위(0.15≤x≤1.7)에 걸친 붕소 탄화물(B12+ xC3 -x) 내에서 제벡 계수의 다른 향상은 이중 폴라론 홀을 연화시키는 도약에 기인한 엔트로피의 변화와 관련될 수 있다. 격자 진동의 캐리어-유도 연화에 의한, 및 이중 폴라론 홀-쌍을 연화시키는 싱글릿의 도약에 의한 제벡 계수에 대한 기여는 조성 변화에 크게 영향을 받지 않는다. 부분적으로 불균화로 인해 붕소 탄화물(B12+ xC3 -x) 조성 범위에 걸쳐 제벡 계수의 변동이 존재한다.Since no carrier-induced light-absorption bands were observed in boron carbide, Emin and others found that a clear decrease in spin density in hot-compressed boron carbide could lead to the formation of singlet ductile double polaron hole-pairs. It was considered to be due to the resulting symmetry-breaking oscillations. The carrier-induced formation of the singlet ductile double polaron contributes to the increase of the Seebeck coefficient due to the softening of the symmetry-breaking lattice oscillations. Another enhancement of the Seebeck coefficient within boron carbide (B 12+ x C 3 -x ) over the composition range (0.15≤x≤1.7) may be related to the change in entropy due to the jump softening the double polaron hole. . The contribution to the Seebeck coefficient by carrier-induced softening of lattice vibrations, and by jumping of singlets softening double polaron hole-pairs, is not significantly affected by compositional changes. There is a variation in the Seebeck coefficient over the boron carbide (B 12+ x C 3 -x ) composition range, in part due to disproportionation.

붕소 탄화물의 불균화는 붕소 탄화물 내의 붕소 20면체의 얀-텔러 왜곡으로 인하여 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5의 불균화와는 극도로 다르다. 전자 궤도 축퇴는 스핀-궤도 결합으로 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 내에서 들어 올려져, 얀-텔러 왜곡을 피하는 대칭 핵 구성을 유지한다. 얀과 텔러는 그들의 논문에서 스핀 효과를 무시했다. 대칭 핵 구성을 갖는 붕소 20면체를 지원하는 3-중심 화학 결합은, 도 5에서, 뒤얽힌 회전 및 진동 자유도에 기인하여 식 (22a 내지 22d)에 따라 3중심 결합에 수직인 k <111> 파동 벡터를 따라 진동을 초래한다.The disproportionation of boron carbide is extremely different from the disproportionation of picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 due to the Jan-Teller distortion of the boron icosahedron in boron carbide. Electron orbital degeneracy is a spin-orbit coupling, picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 lifted within, maintaining a symmetric nuclear configuration that avoids Jan-Teller distortion. Jan and Teller ignored the spin effect in their paper. The three-centre chemical bond supporting the boron icosahedron with a symmetrical nuclear configuration, in Fig. 5, due to the convoluted rotational and oscillating degrees of freedom, according to Eqs . oscillates along the

회전 자유도의 변화가 반드시 진동 자유도의 변화에 상응하고, 그 역의 경우에도 그러한, 뒤얽힌 회전 및 진동 자유도는 이후에는 회전-진동(rovibrational) 자유도라고 한다. 여기에서 본 발명의 피코결정성 실라보란 (B12H4)xSiyOz은 통상적인 화학으로부터 벗어난다. "Symmetry and Spectroscopy"라는 제목의 서적(Oxford Univ. Press, 1978)의 113페이지에서 해리스와 베르톨루치(Harris and Bertolucci)는 다음과 같이 언급했다. "θ 또는 φ, 어느 쪽도 V(r)의 형태에 의존하지 않기 때문에, 회전 파동 함수는 분자의 진동에 대해 선택한 모델에 관계없이 동일하다." 이것은 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 내에서 불균화에 영향을 미치는 뒤얽힌 회전-진동 자유도로 인해, 대칭 핵 구성을 갖는 붕소 20면체에 대해서는 그러하지 않다.A change in rotational degrees of freedom necessarily corresponds to a change in oscillatory degrees of freedom, and vice versa, such entangled rotational and oscillating degrees of freedom are hereinafter referred to as rovibrational degrees of freedom. Here, the picocrystalline silaborane (B 12 H 4 ) x Si y O z of the present invention deviates from conventional chemistry. On page 113 of a book titled "Symmetry and Spectroscopy" (Oxford Univ. Press, 1978), Harris and Bertolucci noted: “Since neither θ nor φ, neither depends on the shape of V(r), the rotational wavefunction is the same regardless of the model chosen for the vibration of the molecule.” This is picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 This is not the case for boron icosahedrons with a symmetrical nuclear configuration, due to the entangled rotational-oscillation degrees of freedom that influence the disproportionation in .

불균화는 열역학의 제 2 법칙에 따라 혼합의 엔트로피가 최대화되는 불가역적인 비주기적 과정이다. 불균화를 정량화하기 위해, 보란 이중 양이온으로 이온화된 보란 분자의 일부는 c로 표시된다. 이동 이온과 관련된 혼합의 엔트로피는 일반적으로 다음 관계식에 의해 기술될 수 있다.Disproportionation is an irreversible aperiodic process in which the entropy of a mixture is maximized according to the second law of thermodynamics. To quantify disproportionation, the fraction of borane molecules ionized with borane double cations is denoted c. The entropy of mixing associated with mobile ions can be generally described by the relation

Figure 112019066792969-pct00087
Figure 112019066792969-pct00087

식(52)에서 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 내에서 불균화는 혼합의 전하-유도 엔트로피에서 최대화를 야기하므로, 다음을 지원하는 동일한 수의 이중 음이온 및 이중 양이온(c = 0.5)이 존재한다:In formula (52), p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 phycocrystalline silaborane Since disproportionation in the striae causes a maximization in the charge-induced entropy of the mixture, there are equal numbers of double anions and double cations (c = 0.5) supporting:

Figure 112019066792969-pct00088
Figure 112019066792969-pct00088

피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 의 자체-열중성자화 및 불균화의 심오한 신규성 및 유용성은 새로운 종류의 정의될 피코결정성 실라보란의 반대 극성 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2를 고려함으로써 인식될 수 있다. 실제 의미에서, 이온화된 고유 상태는 양자 얽힘의 제어된 변화에 의한 원자 공학에 의해 정지된 피코결정성 인공 보란 원자(101)의 인공 핵(104) 사이에서 변위된다. 이것은 피코결정성 옥시실라보란의 산소-함유 화학종을 필요로 하고, p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2이 선호되는 산소-함유 화학종이다. 자연 산소 원자(304)는 도 19의 단위 전지에서 6개의 면-중심 원자를 점유한다.phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 The profound novelty and usefulness of the self-thermal neutronization and disproportionation of the new class of picocrystalline silaborane to be defined could be appreciated by considering the opposite polarity p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 . can In a practical sense, the ionized eigenstate is displaced between the artificial nuclei 104 of the stationary picocrystalline artificial borane atom 101 by atomic engineering by controlled changes in quantum entanglement. This requires an oxygen-containing species of phycocrystalline oxysilaborane, with p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 being the preferred oxygen-containing species. Natural oxygen atom 304 occupies 6 face-centered atoms in the unit cell of FIG. 19 .

라이너스 폴링(Linus Pauling)은 그의 저서 "Nature of the Chemical Bond"(Cornell University Press, 제 3판, 1960, pp.64-108) 중 전기 음성도(electronegativity)의 개발에서, 공유 결합의 이온성의 척도로서 전기 음성도를 확립했다. 2개-중심 화학 결합을 가정한 폴링의 전기 음성도 개념은 본 발명의 피코결정성 옥시실라보란에 직접 적용될 수 없다. 피코결정성 인공 보란 원자(101)는 수소 원자가 전자에 의해 다른 자연 원자에 공유 결합된다. 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5의 유용성은 전자쌍을 포획하는 강한 친화성에 좌우되고, 이에 의해 |-2sp1/2〉고유상태를 해방시키고, 그렇지 않을 경우 이 고유상태는 오로지 얽힌 20면체 내의 결합 하위궤도이다. 전자 쌍의 포획이 실현될 때, 중성 피코결정성 인공 보란 원자(101)(B12H4)는 따라서 이온화된 인공 보란 원자(101)(B2- 12H4)로 변환되어, 도 17의 전자 구성은 도 20에 표현된 것이 된다.Linus Pauling, in the development of electronegativity in his book "Nature of the Chemical Bond" (Cornell University Press, 3rd ed., 1960, pp.64-108), is a measure of the ionicity of a covalent bond. to establish electronegativity as Pauling's concept of electronegativity, assuming a two-center chemical bond, cannot be directly applied to the picocrystalline oxysilaborane of the present invention. The phycocrystalline artificial borane atom 101 is covalently bonded to another natural atom by a hydrogen valence electron. The availability of phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 depends on its strong affinity to trap electron pairs, thereby liberating |-2sp 1/2 > eigenstates, otherwise this eigenstate is the only bonding suborbital within the entangled icosahedron. When the electron pair capture is realized, the neutral phycocrystalline artificial borane atom 101 (B 12 H 4 ) is thus converted into an ionized artificial borane atom 101 (B 2 12 H 4 ), as shown in FIG. 17 . The electronic configuration becomes that represented in FIG. 20 .

피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5는 큰 양자 전기 음성도를 갖는다고 말할 수 있다. 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2는 반대로 완전히 해방된 20면체 내의 음의-에너지의 결합 고유상태로 인해 낮은 양자 전기 음성도를 갖는다. 도 21의 포노볼테익 전지(400)는 금속 전극(403)이 개재된 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 구역(401) 및 얇은 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 구역(402)의 다수의 결합 쌍에 의해 구성된다. 포노볼테익 전지(400)가 일반적으로 금속 전극(403)이 개재된 결합된 구역(401 및 402)의 이러한 쌍의 임의의 수로 구성됨을 이해해야 한다. It can be said that picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 has a large quantum electronegativity. The phycocrystalline oxysilaborane p-(B 2 - 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 , on the contrary, has a low quantum electronegativity due to the binding eigenstate of negative-energy in the fully liberated icosahedron. The phonovoltaic cell 400 of FIG. 21 has a picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 region 401 and a thin picocrystalline oxysilaborane p-( B 2 - 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 constituted by multiple bonding pairs of regions 402 . It should be understood that the phonovoltaic cell 400 is generally comprised of any number of such pairs of coupled regions 401 and 402 interposed by a metal electrode 403 .

임의의 2개의 결합된 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 및 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 구역은 각각 p-아이소타입 정류기(404)의 애노드 구역(401) 및 캐소드 구역(402)을 구성한다. 포노볼테익 전지(400)는 금속 전극(403)이 개재된 다수의 p-아이소타입 정류기(404)로 구성되며, 알루미늄이 바람직한 금속이다. 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 구역(402)은 실질적으로 이동 홀이 없는 반면, 결합된 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)은 실온에서 ~1018-3의 미량의 농도로 이동 홀을 함유한다. 따라서, 이동 홀은 각 p-아이소타입 정류기(404)의 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)으로부터 결합된 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2+ 2 캐소드 구역(402)으로 자발적으로 확산되어, 구역(401 및 402) 사이의 혼합 엔트로피를 다음 식에 따라 최대화한다:any two bound picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 and picocrystalline oxysilaborane p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 regions are each p - make up the anode section 401 and the cathode section 402 of the isotype rectifier 404 . The phonovoltaic cell 400 consists of a plurality of p-isotype rectifiers 404 interposed with a metal electrode 403, with aluminum being the preferred metal. The phycocrystalline oxysilaborane p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 region 402 is substantially free of mobile holes, whereas the bound phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) ) 3 Si 5 anode region 401 contains migrating holes in a trace concentration of ˜10 18 cm −3 at room temperature. Thus, the moving hole is the p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 of each p-isotype rectifier 404 of picocrystalline silaborane p-(B 2 ) bound to picocrystalline oxysilaborane. - 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2+ 2 diffuse spontaneously into the cathode region 402 , maximizing the mixing entropy between the regions 401 and 402 according to the equation:

Figure 112019066792969-pct00089
Figure 112019066792969-pct00089

이상적인 조건하에서, 엔탈피의 변화로 인한 어떠한 기여도 존재하지 않는다. 결과적으로, 캐리어-유도 혼합 엔트로피 변화로 인한 제베크 계수에 대한 기여는 p-(B12H4)3Si5에서 사라진다.Under ideal conditions, there is no contribution due to the change in enthalpy. Consequently, the contribution to the Seebeck coefficient due to the carrier-induced mixing entropy change disappears in p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 .

Figure 112019066792969-pct00090
Figure 112019066792969-pct00090

피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5와는 상당히 대조적으로, 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 는 이상적인 조건하에서 이중 폴라론 홀-쌍의 부재로 인한 혼합의 무한한 제벡 계수를 나타낸다.In sharp contrast to the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 , the picocrystalline oxysilaborane p-(B 2 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 is bipolar under ideal conditions. represents the infinite Seebeck coefficient of mixing due to the absence of Ron Hall-pairs.

Figure 112019066792969-pct00091
Figure 112019066792969-pct00091

위의 혼합 조건이 이상적이라는 것을 강조한다. 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5를 포함하는 붕소 20면체의 점유된 에너지 준위는 이상적으로 도 18a 및 18b에 도시되었다. 유사하게, 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2를 포함하는 포함하는 붕소 20면체의 점유된 에너지 준위는 이상적으로 도 20에 추가로 도시되었다. 포노볼테익 전지(400) 내의 결합 구역(401 및 402)은 각각의 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 구역(401)으로부터 결합된 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 구역(402)으로의 이중 폴라론 홀-쌍의 확산을 지원한다. 이중 폴라론 홀-쌍은 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 구역(401)의 |-3p0 1 /2〉고유상태로부터 결합된 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 구역(402)의 |-2p0 1/2〉고유상태으로 자발적으로 확산된다. 각각의 p-아이소타입 정류기(404)의 애노드 및 캐소드 구역(401 및 402) 사이의 이동 홀의 혼합은 상이한 조성의 결합 구역에 기인한다.It is emphasized that the above mixing conditions are ideal. The occupied energy levels of boron icosahedrons containing phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 are ideally shown in FIGS. 18A and 18B . Similarly, the occupied energy levels of boron icosahedrons comprising phycocrystalline oxysilaborane p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 are ideally further shown in FIG. 20 . The bonding regions 401 and 402 in the phonovoltaic cell 400 are each picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 bonded picocrystalline oxysilaborane p-( B 2 - 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 supports diffusion of double polaron hole-pairs into region 402 . The double polaron hole-pair is p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 region 401 of |-3p 0 1/2 > picocrystalline oxysilaborane p-( B 2 - 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 |-2p 0 1/2 > spontaneous diffusion in the intrinsic state of the region 402. The mixing of moving holes between the anode and cathode sections 401 and 402 of each p-isotype rectifier 404 is due to the different composition of the coupling sections.

애노드 구역(401)과 캐소드 구역(402) 사이의 이동 홀의 혼합의 엔트로피(Smix)가 최대화될 때까지 자발적으로 진행하는 불가역적 과정이다. 이 과정은, 전기 부하에 전달된 전기 전하가 각각의 p-아이소타입 정류기(404)의 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)에서 이동 전자-홀 쌍의 자체-열중성자화 및 불균화에 의해 완전히 보충된다면, 그리고 이 경우에만, 도 21에 도시된 포노볼테익 전지(400)에서 연속적으로 유지될 수 있다. 이것은 카르노 사이클을 일반화하는 양자 열역학적 사이클의 관점에서 더 잘 설명될 수 있다. 상기 목적에 따라, 도 2의 카르노 사이클에 비교할 수 있는 방식으로 포노볼테익 전지(400)를 관리하는 양자 열역학 사이클을 구성하는 것이 다음의 목적이다. 이들 두 가지 열역학 사이클을 비교하기 위해, 도 2의 클라우지우스(1851)에 의해 표시된 상태는 도 22에 따라 다시 표시된다.It is an irreversible process that proceeds spontaneously until the entropy (S mix ) of the mixing of the moving holes between the anode region 401 and the cathode region 402 is maximized. This process is such that the electrical charge transferred to the electrical load moves electron-hole pairs in the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 of each p-isotype rectifier 404 . If, and only in this case, is fully supplemented by the self-thermal neutronization and disproportionation of This can be better explained in terms of quantum thermodynamic cycles that generalize the Carnot cycle. In accordance with the above object, it is the following object to configure a quantum thermodynamic cycle that manages the phonovoltaic cell 400 in a manner comparable to the Carnot cycle of FIG. 2 . To compare these two thermodynamic cycles, the state indicated by Clausius 1851 in FIG. 2 is again represented according to FIG. 22 .

도 22의 카르노 사이클의 파워 행정(power stroke)은 자연 냉각 하에서의 이상 기체의 동작 물질의 단열 팽창(A->B)이다. 도 22에서 단열 팽창(A->B) 동안, 이상 기체의 동작 물질은 낮은 주위 온도(T0)로 고정될 때까지 상승된 온도(T0+dT)로부터 자연 냉각된다. 열기계적 동작은 단열 팽창(A->B) 동안 동작 물질에 의해 수행된다. 이와 비교하여, 도 23의 양자 열역학 사이클의 파워 행정은 자연 냉각 하에서 이동-홀 동작 물질의 단열 혼합(A->B)이다. 도 23에 따른 단열 혼합(A->B) 동안, 혼합의 엔트로피 변화에 기인한 제베크 계수(단위 전하당 엔트로피)의 변화가 존재한다.The power stroke of the Carnot cycle of FIG. 22 is the adiabatic expansion (A->B) of the working material of an ideal gas under natural cooling. During adiabatic expansion (A->B) in FIG. 22 , the working material of the ideal gas naturally cools from an elevated temperature (T 0 +dT) until it is fixed at a low ambient temperature (T 0 ). Thermomechanical action is performed by the moving material during adiabatic expansion (A->B). In comparison, the power stroke of the quantum thermodynamic cycle of FIG. 23 is an adiabatic mixture (A->B) of moving-Hall motion materials under natural cooling. During adiabatic mixing (A->B) according to FIG. 23 , there is a change in the Seebeck coefficient (entropy per unit charge) due to a change in the entropy of the mixing.

혼합 엔트로피(Smix)의 변화로 인한 제벡 계수(αmix)는 단일-상의 붕소 탄화물(B12+xC3-x)의 조성 범위(0.15≤x≤1.7)에 걸쳐, B13C2에 대한 0으로부터 B12.15C2 .85에 대한 105μV/K까지 이른다. 도 21에 도시된 포노볼테익 전지(400)에 의한 기전력의 발생이 결합 구역의 제벡 계수의 차이로 인한 것이지만, 이것이 붕소 탄화물의 결합된 구성에 의해 실현되는 것은 불가능하다. 이것은, 얀-텔러 이론에 따른 붕소 탄화물에서 20면체의 대칭 파괴가 결합된 붕소 타화물 구역 사이의 혼합 엔트로피의 차이를 유지하면서 요구에 따른 전기 에너지를 인가된 부하에 지속적으로 전달할 수 있는 능력을 제거한다는 사실에 기인한다. 이는 이제 설명되는 바와 같이, 도 21에 도시된 포노볼테익 전지(400)에서 결합된 실라보란 p-(B12H4)3Si5 구역(401) 및 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2+ 2 구역(402)에 의해 치유될 수 있다. The Seebeck coefficient (α mix ) due to the change in mixing entropy (S mix ) is over the composition range (0.15≤x≤1.7) of single-phase boron carbide (B 12+x C 3-x ), B 13 C 2 . It ranges from 0 for B 12.15 to 105 μV/K for C 2.85 . Although the generation of electromotive force by the phonovoltaic cell 400 shown in FIG. 21 is due to the difference in the Seebeck coefficient of the bonding region, it is impossible for this to be realized by the bonded configuration of boron carbide. This eliminates the ability to continuously deliver on-demand electrical energy to an applied load while maintaining the difference in mixed entropy between the boron carbide regions coupled to the icosahedral symmetry break in boron carbide according to the Jan-Teller theory. due to the fact that This is, as now explained, the bound silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 region 401 and oxysilaborane p-(B 2-12 ) in the phonovoltaic cell 400 shown in FIG. 21 . can be healed by H 4 ) 2 Si 4 O 2+ 2 region 402 .

도 23의 초기 상태(A)에서, 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 내의 각 연화 이중 폴라론 홀-쌍은 전기 전하(2e+) 및 진동 에너지(U(T0)=3kT0)(

Figure 112019066792969-pct00092
<< kT0이기 때문에)를 포함한다. 초기 상태(A)에서, 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 내의 각 연화 이중 폴라론 전자-쌍은 전기 전하(2e-) 및 진동 에너지(U(T0)=3kT0)(
Figure 112019066792969-pct00093
<< kT0이기 때문에)를 포함한다. 단열 혼합(A->B) 동안, 이중 폴라론 홀-쌍은, 확산된 이중 폴라론 홀-쌍의 농도가 농도(p0)보다 훨씬 낮은 저-레벨의 방출 하에서, 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)으로부터 결합된 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 캐소드 구역(402)으로 자발적으로 확산된다.In the initial state (A) of FIG. 23 , each softening double polaron hole-pair in the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 has an electrical charge (2e + ) and a vibrational energy (U(T 0 )=3kT 0 )(
Figure 112019066792969-pct00092
<< kT 0 ). In the initial state (A), each softening double polaron electron-pair in the phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 has an electrical charge (2e ) and a vibrational energy (U( T 0 )=3kT 0 )(
Figure 112019066792969-pct00093
<< kT 0 ). During adiabatic mixing (A->B), the double polaron hole-pairs, under low-level emission where the concentration of the diffused double polaron hole-pairs are much lower than the concentration (p 0 ), picocrystalline silaborane p -(B 12 H 4 ) 3 Si 5 spontaneously diffuses from the anode region 401 to the bound phycocrystalline oxysilaborane p-(B 2 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 cathode region 402 . do.

단열 혼합(A->B) 하에서 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 구역(402)으로 주입된 이중 폴라론 홀-쌍(2e+)은 결합된 금속 전극(403)으로 확산되고, 여기에서 이들은 수집된다. 동시에, 이중 폴라론 전자-쌍(2e-)은 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)으로부터 결합된 금속 전극(403)으로 자발적으로 확산되고, 여기에서 이들은 수집된다. 이러한 방식으로, 도 21에 도시된 포노볼테익 전지(400) 내의 단열 혼합(A->B) 도중에 전이 전류는 양의 의미에서 애노드 전극(403)으로부터 캐소드 전극(403)으로 흐른다. 낮은 수준의 방출 하에서, B에서의 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 내의 이중 폴라론 전자-홀 농도는, 도 23에서 단열 혼합(A->B) 동안 온도가 A에서 T0로부터 B에서의 T0-dT로 감소하는 동안, p0로 유지된다. The double polaron hole-pair (2e + ) injected into the phycocrystalline oxysilaborane p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 zone 402 under adiabatic mixing (A->B) is They diffuse into the bonded metal electrode 403, where they are collected. At the same time, the double polaron electron-pair (2e ) diffuses spontaneously from the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 to the bonded metal electrode 403 , where These are collected. In this way, during the adiabatic mixing (A->B) in the phonovoltaic cell 400 shown in FIG. 21 , the transition current flows from the anode electrode 403 to the cathode electrode 403 in a positive sense. Under low levels of emission, the bipolaron electron-hole concentration in the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 in B is the adiabatic mixing (A->B) in FIG. 23 . ), while the temperature decreases from T 0 in A to T 0 -dT in B, it remains at p 0 .

단열 혼합(A->B) 동안의 온도의 임의의 그러한 감소는, 단열 혼합(A->B) 동안 혼합 엔트로피(Smix)의 불가역적 증가가 도 23의 불가역적 양자 열역학 사이클에서 일부 다른 유형의 엔트로피의 불가역적 증가에 의해 보완되는 경우에만 유지될 수 있다. 그렇게 함으로써, 도 22의 카르노 사이클의 근본적인 제한은 치유될 수 있다. 루돌프 클라우지우스(Rudolf Clausius)는 "On Different Forms of the Fundamental Equations of the Mechanical Theory of Heat and Their Convenience for Application"라는 제목의 그의 1865년 논문(The Second Law of Thermodynamics, edited by J. Kestin, Dowden, Hutchinson & Ross, 1976, p.162)에서 엔트로피를 물리학에 도입했다. 이 논문은 클라우지우스(1865)로 인용될 것이다. 클라우지우스(1865)는 "~향한 전환"을 의미하는 그리스어

Figure 112019066792969-pct00094
의 음역으로 "엔트로피(entropy)"라는 단어를 소개하였다. Any such decrease in temperature during adiabatic mixing (A->B) indicates that an irreversible increase in entropy of mixing (S mix ) during adiabatic mixing (A->B) results in some other type of irreversible quantum thermodynamic cycle in FIG. 23 . can be maintained only if complemented by an irreversible increase in entropy of In doing so, the fundamental limitation of the Carnot cycle of FIG. 22 can be healed. Rudolf Clausius, in his 1865 treatise, The Second Law of Thermodynamics, edited by J. Kestin, Dowden, entitled "On Different Forms of the Fundamental Equations of the Mechanical Theory of Heat and Their Convenience for Application" Hutchinson & Ross, 1976, p.162) introduced entropy into physics. This article will be cited as Clausius (1865). Clausius (1865) is a Greek word meaning "turn toward"
Figure 112019066792969-pct00094
introduced the word "entropy" as a transliteration of

클라우지우스(1865)에 의해 명시적으로 사용되지는 않았지만, 경로-독립적 인 정확한 미소 변동은 본원에서는 d로 표시되는 반면, 경로-의존적인 부정확한 미소 변동은 본원에서

Figure 112019066792969-pct00095
로 표시된다. 이들 두 미소 변동 간의 차이는 열역학 제 2 법칙의 일반적인 진술에 기인한다. 클라우지우스(1865)의 식(2)는 다음과 같이 표현된다.Although not explicitly used by Clausius (1865), the path-independent exact microvariability is denoted herein by d, whereas the path-dependent, imprecise microvariability is herein denoted by d.
Figure 112019066792969-pct00095
is displayed as The difference between these two microscopic fluctuations is due to the general statement of the second law of thermodynamics. Equation (2) of Clausius (1865) is expressed as follows.

Figure 112019066792969-pct00096
Figure 112019066792969-pct00096

클라우지우스(1865)는 피적분 함수를 경로-의존적인 것으로 인식하였음에도 불구하고 피적분 함수의 분자를 dQ로 나타냈음을 강조한다. 식 (1)의 부등식의 방향은

Figure 112019066792969-pct00097
Q가 동작 물질에 의해 추출된 경로-의존적인 미소 열로 정의된다는 사실에 기인한다.
Figure 112019066792969-pct00098
Q가 동작 물질에 의해 방출된 열의 항에 의해 정의된다면, 부등식은 역전된다. 클라우지우스(1865)에 의해 인식된 바와 같이, 불등식은 불가역성을 나타낸다: "여기서 등호는 사이클 과정을 구성하는 모든 변화가 가역적일 때 사용되어야 한다. 변화가 불가역적이 아니라면, 부등호가 우세하다." 클라우지우스(1865)는 불가역적인 사이클을 제공했다: "지금 본체가, 사이클 과정을 형성하지는 않지만 최종 상태가 초기 상태와 다른 상태에 도달하는, 변화 또는 일련의 변화를 겪는다면, 우리가 본체가 이 최종 상태로부터 진행하여 초기 상태로 되돌아갈 수 있게 하는 성격의 추가적인 변화를 도입하는 경우, 이러한 일련의 변화에서 사이클 과정을 구성할 수 있다." 기술되는 바와 같이, 도 23의 포노볼테익 전지(400)의 양자 열역학 사이클은 다음을 조건으로 하는 불가역적인 사이클을 구성한다:Clausius (1865) emphasizes that the numerator of the integrand is expressed as dQ, even though he recognized the integrand as path-dependent. The direction of the inequality in equation (1) is
Figure 112019066792969-pct00097
It is due to the fact that Q is defined as the path-dependent microheat extracted by the moving material.
Figure 112019066792969-pct00098
If Q is defined in terms of the heat dissipated by the working material, the inequality is reversed. As recognized by Clausius (1865), the inequality signifies irreversibility: "Here the equal sign must be used when all the changes constituting the cycle process are reversible. If the change is not irreversible, the inequality sign prevails. " Clausius (1865) provided an irreversible cycle: "If a body now undergoes a change or series of changes, which does not form a cycle process but reaches a state different from the initial state, then we If we proceed from the final state and introduce additional changes in nature that make it possible to return to the initial state, we can constitute a cyclic process in this set of changes." As described, the quantum thermodynamic cycle of the phonovoltaic cell 400 of FIG. 23 constitutes an irreversible cycle subject to the following conditions:

Figure 112019066792969-pct00099
Figure 112019066792969-pct00099

도 23의 초기 상태(A)에서 포노볼테익 전지(400) 내의 결합된 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 내의 20면체 내의 전자 에너지 조건은 도 24a 및 24b에 도시된다. 이온화된 인공 핵(104) 내의 이중 폴라론 홀-쌍(2e+)은 도 24b에 도시된 |-3p0 1 /2〉고유 상태에서 전자-쌍의 손실에 기인한다. 이들 손실 원자가 전자는 이웃하는 인공 핵(104)으로 도약하여, 도 24a에 도시된 해방된 고유 상태(|-2sp2 1 /2〉-> |-2s2 1/2〉+|-2p2 1 /2〉) 내의 이중 폴라론 전자-쌍(2e-)을 초래한다. 도 24a에서 |-2p2 1 /2〉고유상태 내의 이중 폴라론 전자-쌍(2e-) 및 도 24b에서 |-3p0 1/2〉고유상태 내의 상보적인 이중 폴라론 홀-쌍(2e+)의 존재는 이온 불균화에 기인한다.The electron energy condition in the icosahedron in the bound picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 in the phonovoltaic cell 400 in the initial state (A) of FIG. 23 is shown in FIG. 24A and 24b. The double polaron hole-pair (2e + ) in the ionized artificial nucleus 104 is due to the loss of an electron-pair in the |-3p 0 1/2 > eigenstate shown in FIG. 24B. These lost valence electrons jump to the neighboring artificial nucleus 104, and the liberated eigenstate (|-2sp 2 1 /2 >-> |-2s 2 1/2 >+|-2p 2 1 /2 > ) resulting in a double polaron electron-pair (2e ). In Fig. 24a, |-2p 2 1/2 > double polaron electron-pair in eigenstate (2e ) and in Fig. 24b |-3p 0 1/2 > complementary double polaron hole-pair in eigenstate (2e + ) is due to ionic disproportionation.

전술한 바와 같이, 불균화는, 포노볼테익 전지(400)의 각 p-아이소타입 정류기(404)의 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)을 포함하는 ~1022-3의 중성 인공 핵(104) 중에 분포된 ~1018-3의 미량 농도인 이중 폴라론 전자-홀 쌍을 초래한다. 도 24c 및 24d에 도시된 바와 같이, 어떠한 이중 폴라론 홀도 도 23의 초기 상태(A)에서 포노볼테익 전지(400) 내의 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2+ 2 캐소드 구역(402)에 이상적으로 존재하지 않는다. 도 24a 및 24b에 따른 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401), 및 도 24c 및 24d에 따라 도시된 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 캐소드 구역(402) 모두에 전하 중성이 존재한다. 단열 혼합(A->B) 동안, 이중 폴라론 홀-쌍은 도 25b 및 25c에 따라 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)으로부터 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2+ 2 캐소드 구역(402)으로 확산된다.As described above, disproportionation involves the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 of each p-isotype rectifier 404 of the phonovoltaic cell 400 . This results in a double polaron electron-hole pair with a trace concentration of -10 18 cm -3 distributed in -10 22 cm -3 of the neutral artificial nucleus 104 . As shown in FIGS. 24c and 24d , no double polaron holes are p-(B 2-12 H 4 ) 2 in the phonovoltaic cell 400 in the initial state (A) of FIG. 23 . Si 4 O 2+ 2 is not ideally present in the cathode region 402 . phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 according to FIGS. 24A and 24B , and picocrystalline oxysilaborane p-(B 2-12 ) shown according to FIGS. 24C and 24D There is charge neutrality in both H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 cathode region 402 . During adiabatic mixing (A->B), the double polaron hole-pairs are formed from the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 according to FIGS. 25b and 25c to the picocrystalline oxysila. Borane p-(B 2 - 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2+ 2 diffuses into the cathode region 402 .

피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 캐소드 구역(402)으로 주입된 이중 폴라론 홀-쌍은 도 26c 및 26d에 따라 상기 캐소드 구역(402)을 접촉하는 금속 전극(403)을 향해 도약한다. 단열 혼합(A->B)의 결론으로, 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2+ 2 캐소드 구역(402) 내에서 도약하는 이동 이중 폴라론 홀-쌍(2e+)은 이후 상기 캐소드 구역(402)을 접촉하는 금속 전극(403)에 의해 수집된다. 또한, 도 23의 단열 혼합(A->B)의 동일한 결론으로, 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)에서 도약하는 이동 이중 폴라론 전자-쌍(2e-)은 상기 애노드 구역(401)을 접촉하는 금속 전극(403)에 의해 수집된다. 도 23의 단열 혼합(A->B)의 결론은 부분적으로, 도 27a 내지 27d에 도시된 포노볼테익 전지(400)의 전자 에너지 준위로 표현된다.The double polaron hole-pair injected into the phycocrystalline oxysilaborane p-(B 2 - 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 cathode region 402 is the cathode region 402 according to FIGS. 26c and 26d . It jumps toward the metal electrode 403 in contact with the . As a result of the adiabatic mixing (A->B), the phycocrystalline oxysilaborane p-(B 2 - 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2+ 2 moving double polaron holes leaping within the cathode region 402- The pair 2e + is then collected by the metal electrode 403 contacting the cathode region 402 . Also, with the same conclusion of the adiabatic mixing (A->B) of FIG. 23 , a migrating double polaron electron - pair ( 2e ) is collected by the metal electrode 403 contacting the anode region 401 . The conclusion of the adiabatic mixing (A->B) of FIG. 23 is expressed, in part, by the electron energy level of the phonovoltaic cell 400 shown in FIGS. 27A-27D .

상대적으로 낮은 수의 이중 폴라론 전자-홀 쌍만이 도 27a 내지 27d의 각각의 p-아이소타입 정류기(404)의 애노드 및 캐소드 전극(403)에 의해 수집된다는 것을 이해해야 한다. 도 27a 및 27b에 명확하게 도시되지는 않았지만, 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)에는 여전히 ~1018-3의 이중 폴라론 전자-홀 쌍이 남아있다. 이중 폴라론 전자-홀 쌍 농도는 물질의 양에 의존하는 광범위한 열역학 변수이다. 낮은 레벨의 방출이 가정되기 때문에, 이중 폴라론 전자-홀 쌍 농도(p0)는 단열 혼합(A->B)에서 실질적으로 변하지 않는다. 온도에 대해서는 동일하지 않다. 온도가 집중적인 열역학적 변수이기 때문에, 도 21의 포노볼테익 전지(400)에서의 단열 혼합(A->B)의 결과로서 온도는 극소량(dT)만큼 감소한다.It should be understood that only a relatively low number of double polaron electron-hole pairs are collected by the anode and cathode electrodes 403 of each p-isotype rectifier 404 of FIGS. 27A-27D . Although not clearly shown in FIGS. 27A and 27B , ˜10 18 cm −3 of double polaron electron-hole pairs still remain in the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 . there is. The double polaron electron-hole pair concentration is a broad thermodynamic variable that depends on the amount of material. Since a low level of emission is assumed, the double polaron electron-hole pair concentration (p 0 ) does not change substantially in the adiabatic mixture (A->B). Not the same for temperature. Since temperature is a intensive thermodynamic variable, as a result of the adiabatic mixing (A->B) in the phonovoltaic cell 400 of FIG. 21 , the temperature decreases by a very small amount (dT).

단열 혼합(A->B) 하에서 변위된 이중 폴라론 전자-홀 쌍은 한 쌍의 전하(2e-또는 2e+) 및 진동 에너지(3kT0)(

Figure 112019066792969-pct00100
<< kT0이기 때문에)를 포함하는 이온화된 이동 플랑크 공진기이다. 이러한 방식으로, 전극(403)에 의해 수집된 각각의 이동 전하의 에너지는 등분배 이론에 따라 3/2kT0이다. 단열 혼합(A->B) 동안 열 에너지의 손실은 도 23에서 A에서의 T0로부터 B에서의 T0-dT로의 온도의 감소를 야기한다. 이러한 온도의 감소는 포노볼테익 전지(400)를 포함하는 p-아이소타입 정류기(404)의 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)에서 이온화된 인공 핵(104)의 외인성 농도를 교란시킨다. 고정된 자연 붕소 핵(102)의 핵 전기 4중극 모멘트가 변하지 않고 남아 있어서, 식 (50)의 좌측은 불변으로 남는다. 그 결과, 단열 혼합(A->B)에 기인한 온도의 감소는 이중 폴라론 홀-쌍의 위치를 나타낸다.A double polaron electron-hole pair displaced under adiabatic mixing (A->B) has a pair of charges (2e or 2e + ) and vibrational energy (3kT 0 ) (
Figure 112019066792969-pct00100
<< kT 0 ) as an ionized mobile Planck resonator. In this way, the energy of each mobile charge collected by electrode 403 is 3/2 kT 0 according to the equal distribution theory. The loss of thermal energy during adiabatic mixing (A->B) causes a decrease in temperature from T 0 in A to T 0 -dT in B in FIG. 23 . This decrease in temperature results in ionized artificial nuclei in the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 of the p-isotype rectifier 404 comprising the phonovoltaic cell 400 . (104) perturb extrinsic concentrations. The nuclear electric quadrupole moment of the immobilized native boron nucleus 102 remains unchanged, so that the left-hand side of equation (50) remains invariant. As a result, the decrease in temperature due to adiabatic mixing (A->B) indicates the position of the double polaron hole-pair.

외인성 농도(p > p0)는 등온 전이(B->C) 동안 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)에서 증가한다.The exogenous concentration (p > p 0 ) increases in the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 during the isothermal transition (B->C).

Figure 112019066792969-pct00101
Figure 112019066792969-pct00101

등온 상 전이(B->C) 하에서, 이중 폴라론 홀-쌍의 외인성 홀-쌍 농도(p > p0)는 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)에서 증가한다. 이것은 양자 열중성자화 및 양자 국소화 사이의 양자 상 전이를 구성하고, 이에 의해 전이의 엔트로피(Strans)가 감소된다. 상기 엔트로피 감소가 다른 곳에서 엔트로피 증가에 의해 정확히 보상된다면, 그리고 오로지 이러한 경우에만, 엔트로피는 감소할 수 있다.Under the isothermal phase transition (B->C), the extrinsic hole-pair concentration of the double polaron hole-pair (p > p 0 ) is the phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region (401). ) increases from This constitutes a quantum phase transition between quantum thermal neutronization and quantum localization, whereby the entropy of the transition (S trans ) is reduced. Entropy can decrease if, and only in this case, the entropy decrease is correctly compensated for by an increase in entropy elsewhere.

도 23의 등온 상 전이(B->C) 하에서, 전이의 엔트로피(Strans) 감소는 잠열 교환을 포함한다. 도 23에 따른 카르노 사이클의 고전적 경우에서, 잠열(-

Figure 112019066792969-pct00102
QB->C)은 등온 압축(B->C) 동안 주변으로 방출된다. 등온 상 전이(B->C) 동안 포노볼테익 전지(400) 내에서 어떠한 잠열 방출도 존재하지 않는다. 양자 열역학은 고전적인 열역학과 근본적인 방식에서 상이하다. 앞서 논의한 바와 같이, 얽힘은 양자 역학과 고전 역학을 근본적으로 구별한다. 이상에서 추가로 논의된 바와 같이, 20면체 대칭 조작은, 식 (23a 및 23b)의 디락의 상대론적 에너지 고유값을 따르는 20면체 내의 반결합 및 결합 전자 에너지 준위를 초래하도록, 원자 궤도 Ψi(p{111})의 얽힘을 최대로 한다.Under the isothermal phase transition (B->C) of FIG. 23 , the entropy (S trans ) reduction of the transition involves latent heat exchange. In the classical case of the Carnot cycle according to FIG. 23, the latent heat (−
Figure 112019066792969-pct00102
Q B->C ) is released to the environment during isothermal compression (B->C). There is no latent heat release within the phonovoltaic cell 400 during the isothermal phase transition (B->C). Quantum thermodynamics differs from classical thermodynamics in a fundamental way. As previously discussed, entanglement fundamentally distinguishes quantum mechanics from classical mechanics. As discussed further above, the icosahedral symmetry manipulation results in antibonding and bonding electron energy levels within the icosahedron following Dirac's relativistic energy eigenvalues in equations (23a and 23b), such that the atomic orbital Ψ i ( The entanglement of p {111} ) is maximized.

상기 얽힘 때문에, 인공 핵(104)의 전자 궤도 축퇴는 얀-텔러 왜곡 대신에 스핀-궤도 결합에 의해 상승된다. 이러한 의미에서, 본 발명의 피코결정성 옥시실라보란은 모든 다른 20면체의 붕소-풍부 고체와 구별된다. 즉, 20면체 대칭은 종래 기술에서 모든 알려진 20면체의 붕소-풍부 고체 내의 얀-텔러 왜곡에 의해 파괴된다. 본 목적을 위해서, 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5의 온도를 임의로 낮추는 것은 필연적으로 얽힘 엔트로피(Sent)의 증가를 초래하여, 전자는 잠열 추출에 의해 도 27b의 조건으로부터 도 28b에 도시된 조건으로 여기된다. 얽힘 엔트로피(Sent)의 증가는 전이 엔트로피(Strans)의 감소를 정확히 보상한다.Because of the entanglement, the electron orbital degeneracy of the artificial nucleus 104 is enhanced by spin-orbit coupling instead of Jan-Teller distortion. In this sense, the phycocrystalline oxysilaborane of the present invention is distinct from all other icosahedral boron-rich solids. That is, the icosahedral symmetry is broken by the Yarn-Teller distortion in all known icosahedral boron-rich solids in the prior art. For this purpose, arbitrarily lowering the temperature of the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 inevitably results in an increase in entanglement entropy (S ent ), so that the former is It is excited from the condition to the condition shown in Fig. 28B. An increase in entanglement entropy (S ent ) exactly compensates for a decrease in transition entropy (S trans ).

등온 상 전이(B->C)에서 추출된 잠열은 도 28b에서 원자가 전자의 여기에 의해 저장된 전기 에너지로 물리적으로 변환된다. 이것이 달성되게 하는 물리적 수단은 하기에서 설명될 것이다. 현재의 목적을 위해, 카르노 사이클과는 달리, 등온 상 전이(B->C) 동안 주변으로 잠열이 방출되지 않아도 충분하다. 양자 국소화는 양자 얽힘의 물리적 특성으로 인해 지배적인 현상이다. 외인성 이중 폴라론 전자-홀 쌍 농도(p>p0)는, 등온 상 전이(B->C) 하에서 증가된 양자 국소화로 인해 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 내에서 증가한다. 이중 폴라론 전자-홀 쌍이 충분히 국소화될 때, 붕소 핵(102)의 핵 전기 4중극 모멘트는 국소화된 이중 폴라론 전자-홀 쌍의 자체-열중성자화(C->D)를 야기한다.The latent heat extracted from the isothermal phase transition (B->C) is physically converted into electrical energy stored by the excitation of valence electrons in FIG. 28B . The physical means by which this may be achieved will be described below. For the present purpose, unlike the Carnot cycle, it is sufficient that latent heat is not released to the surroundings during the isothermal phase transition (B->C). Quantum localization is a dominant phenomenon due to the physical nature of quantum entanglement. The extrinsic double polaron electron-hole pair concentration (p>p 0 ) is the phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode due to increased proton localization under the isothermal phase transition (B->C). It increases within zone 401 . When the double polaron electron-hole pair is sufficiently localized, the nuclear electric quadrupole moment of the boron nucleus 102 causes self-thermal neutronization (C->D) of the localized double polaron electron-hole pair.

상기 자체-열중성자화는 도 29b에 도시된다. 방출된 에너지는, 전자가 얽힌 20면체 내의 반결합 하위궤도로부터 얽힌 결합 하위궤도로 떨어질 때, 도 29b에서 국소화된 중성 인공 핵(104)의 온도를 증가시킨다. 이 증가된 온도는 자체-열중성자화(C->D)로 인해 주변 온도(T0)로 고정된다. 자체-열중성자화(C->D) 하에서, 자체-열중성자화된 중성 인공 핵(104)은 도 30a 및 30b에 나타낸 방식으로 이온화된 불균화를 겪는다. 결과의 이중 폴라론 홀-쌍 농도(p > p0)는 도 23에 따라 단열 자체-열중성자화(C->D) 도중에 국소화된 상태로 남아있다. 양자 상 전이는 이후 붕소 핵(102)의 핵 전기 4중극 모멘트에 의해 유도된다.The self-thermal neutronization is shown in Fig. 29b. The released energy increases the temperature of the localized neutral artificial nucleus 104 in FIG. 29B as electrons fall from the antibonding suborbital in the entangled icosahedron to the entangled bonding suborbital. This increased temperature is fixed at the ambient temperature (T 0 ) due to self-thermal neutronization (C->D). Under self-thermal neutronization (C->D), the self-thermal neutronized neutral artificial nucleus 104 undergoes ionized disproportionation in the manner shown in FIGS. 30A and 30B . The resulting double polaron hole-pair concentration (p > p 0 ) remains localized during adiabatic self-thermal neutronization (C->D) according to FIG. 23 . The quantum phase transition is then induced by the nuclear electric quadrupole moment of the boron nucleus 102 .

그 결과, 등온 상 전이(B->C)는 다음에 따라 포노볼테익 전지(400) 내의 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 내에서 이중 폴라론 홀-쌍 농도(p)의 감소를 초래한다.As a result, the isothermal phase transition (B->C) is bipolar in the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 in the phonovoltaic cell 400 according to resulting in a decrease in the hole-pair concentration p.

Figure 112019066792969-pct00103
Figure 112019066792969-pct00103

도 23의 등온 상 전이(D->A)는, 도 24a 및 24b에 따라, 도 23의 D에서의 국소화된 상태로부터 A에서의 원래 열화된 상태로의 전이 엔트로피(Strans)의 보상되지 않은 증가와 관련된다. 등온 상 전이(D->A)는 전이 엔트로피(Strans)의 보상되지 않은 증가를 구성하는데, 왜냐하면 인공 핵(104)의 얽힘 엔트로피(Sent)가 결코 스스로 감소할 수 없기 때문이다. 20면체 내의 에너지 준위의 얽힘과 관련된 얽힘 엔트로피(Sent)의 감소는 도 23에 표시된 단열 자체-열중성자화(C->D) 도중에 붕소 핵(102)의 핵 전기 4중극 모멘트에 기인한다.The isothermal phase transition (D->A) of FIG. 23 is, according to FIGS. 24A and 24B , the uncompensated entropy (S trans ) of the transition from the localized state in D of FIG. associated with an increase The isothermal phase transition (D->A) constitutes an uncompensated increase in the transition entropy (S trans ), since the entanglement entropy (S ent ) of the artificial nucleus 104 can never decrease by itself. The decrease in entanglement entropy (S ent ) associated with entanglement of energy levels in the icosahedron is due to the nuclear electric quadrupole moment of the boron nucleus 102 during adiabatic self-thermal neutronization (C->D) shown in FIG. 23 .

등온 상 전이(D->A)는 필연적으로 주변으로부터 잠열(T0

Figure 112019066792969-pct00104
Strans)을 추출한다. 포노볼테익 전지(400)의 등온 상 전이(D->A) 도중에 잠열(T0
Figure 112019066792969-pct00105
Strans)의 추출은 원래 고려한 엔트로피 평형을 구성하지만, 깁스(1873)에 의해 결코 물리적으로 구현되지는 않는다. 등온 상 전이(D->A) 동안 엔트로피 평형의 결과로서 주변으로부터 추출된 잠열(T0
Figure 112019066792969-pct00106
Strans)은 A->B 동안 혼합의 기브 자유 에너지(-
Figure 112019066792969-pct00107
Gmix)의 감소로 직접 변환된다.Isothermal phase transitions (D->A) necessarily result in latent heat (T 0 ) from the surroundings
Figure 112019066792969-pct00104
S trans ) is extracted. During the isothermal phase transition (D->A) of the phonovoltaic cell 400, the latent heat (T 0
Figure 112019066792969-pct00105
S trans ) constitutes the entropy equilibrium originally considered, but is never physically implemented by Gibbs (1873). Latent heat (T 0 ) extracted from the surroundings as a result of entropy equilibrium during isothermal phase transition (D->A)
Figure 112019066792969-pct00106
S trans ) is the Gibb free energy of mixing during A->B (-
Figure 112019066792969-pct00107
G mix ) is directly converted to a decrease.

Figure 112019066792969-pct00108
Figure 112019066792969-pct00108

제벡 계수는 단위 전하당 엔트로피를 구성하기 때문에, 위의 관계는 제벡 계수로 표현될 수 있다.Since the Seebeck coefficient constitutes entropy per unit charge, the above relationship can be expressed as the Seebeck coefficient.

Figure 112019066792969-pct00109
Figure 112019066792969-pct00109

이 관계는 다음에 기술된 보완적인 제벡 효과를 지원한다:This relationship supports the complementary Seebeck effect described below:

Figure 112019066792969-pct00110
Figure 112019066792969-pct00110

도 23의 양자 열역학 사이클은, 도 21의 포노볼테익 전지(400)를 기술하기 위하여, 도 31에서 변형된다. 도 22의 가역적 카르노 사이클이 순 소비 잠열(-

Figure 112019066792969-pct00111
QD->A-
Figure 112019066792969-pct00112
QB->C)을 이상 기체 동작 물질의 단열 팽창(A->B)과 관련된 열 기계적 작업(-dW)으로 변환시키는 반면, 도 31에 따른 불가역적 열역학적 사이클은 추출된 잠열(eT0
Figure 112019066792969-pct00113
αtrans)을 고유 전하 동작 물질의 단열 혼합(A->B)과 관련된 기전력(eVout)으로 변환시킨다. 도 21의 포노볼테익 전지(400)의 출력 전압(Vout)은 제 2 열 저장소를 요구하지 않고 주변으로부터의 잠열(eT0
Figure 112019066792969-pct00114
αtrans)의 등온 추출에 기인한다.The quantum thermodynamic cycle of FIG. 23 is modified in FIG. 31 to describe the phonovoltaic cell 400 of FIG. 21 . The reversible Carnot cycle in FIG. 22 shows that the net consumption latent heat (−
Figure 112019066792969-pct00111
Q D->A -
Figure 112019066792969-pct00112
Q B->C ) transforms the thermomechanical work ( -dW ) associated with the adiabatic expansion (A->B) of an ideal gas operating material, whereas the irreversible thermodynamic cycle according to FIG .
Figure 112019066792969-pct00113
α trans ) into the electromotive force (eV out ) associated with the adiabatic mixing (A->B) of the intrinsically charge-operating material. The output voltage (V out ) of the phonovoltaic cell 400 of FIG. 21 does not require a second thermal storage and the latent heat eT 0 from the surroundings
Figure 112019066792969-pct00114
α trans ) due to isothermal extraction.

카르노 기관이 상이한 온도의 2개의 열 저장소 사이에서 동작하는 가역적 열 기계적 기관을 구성하는 반면, 도 21의 포노볼테익 전지(400)는, 다른 온도에서 제 2 열 저장소에 대한 요건 없이, 주변 열 저장소와 열 평형 상태로 동작하는 불가역적 열전 기관이다. 도 21의 포노볼테익 전지(400)는 종래 기술의 모든 열 기관의 근본적인 한계를 치유한다.While the Carnot engine constitutes a reversible thermomechanical engine operating between two thermal reservoirs of different temperatures, the phonovoltaic cell 400 of FIG. It is an irreversible thermoelectric engine operating in thermal equilibrium with The phonovoltaic cell 400 of FIG. 21 overcomes the fundamental limitation of all heat engines of the prior art.

제 1의, 그리고 가장 중요한, 포노볼테익 전지(400)는 고갈 에너지 소스를 사용하는 연소 수단 또는 임의의 다른 과정에 의해 고온 열 저장소를 생성할 필요성을 제거한다. 도 21의 포노볼테익 전지(400)의 에너지 소스는 생태계에서 잠재 엔트로피이다. 요구에 따라 작업을 수행하는 기관은 상기 작업으로 인하여 필연적으로 생태계의 엔트로피를 증가시킨다. 전기 부하에 대한 포노볼테익 전지(400)에 의해 전달된 열전기 작업(eVout)은 원래 깁스(1873)에 의해 고려된 것처럼 주변의 엔트로피 감소로부터 직접적으로 변환되어, 요구에 따라 작업의 수행으로 인해 생태계에서 어떠한 순 엔트로피 변화도 존재하지 않는다. 즉, 포노볼테익 전지(400)의 작동으로 인한 생태계의 엔트로피 감소는, 인가된 전기 부하에 의해 요구에 따라 이루어진 작업과 관련된 생태계의 엔트로피 증가만큼 보상된다.First, and most importantly, the phonovoltaic cell 400 eliminates the need to create a high-temperature heat reservoir by means of combustion or any other process using a depleting energy source. The energy source of the phonovoltaic cell 400 of FIG. 21 is potential entropy in the ecosystem. Organizations that perform tasks on demand inevitably increase the entropy of the ecosystem due to the work. The thermoelectric work (eV out ) delivered by the phonovoltaic cell 400 to an electrical load is converted directly from the entropy reduction of the surrounding, as originally contemplated by Gibbs 1873 , due to the performance of the work on demand There is no net entropy change in the ecosystem. That is, the decrease in entropy of the ecosystem due to the operation of the phonovoltaic battery 400 is compensated by the increase in entropy of the ecosystem related to the work performed according to the demand by the applied electrical load.

본 발명의 양태의 심오한 신규성 및 유용성은, 10년의 기간에 걸쳐 평균한 실제 데이터를 통해 NASA가 준비한, 도 32의 지구의 에너지 수지의 측면에서 구성될 수 있다. 지구의 대기에 충돌하는 태양 복사는 태양의 광구로부터 방출되고, 태양의 광구는 120THz의 복사 주파수에 해당하는 5,777°K의 유효 온도에 있다. 300°K에서 지구에 의해 방출되는 적외선 복사는 6.2THz의 주파수이다. 도 32의 대기로부터의 후방 복사의 복사조도는 340W/㎡(또는, 34mW/㎠)이다. 지구의 에너지 수지는 식(16)의 플랑크 흑체 복사 법칙에 의해 구성될 수 있다.The profound novelty and usefulness of aspects of the present invention can be framed in terms of the Earth's energy balance of Figure 32, prepared by NASA through real data averaged over a period of 10 years. Solar radiation impinging on Earth's atmosphere is emitted from the solar photosphere, which is at an effective temperature of 5,777°K, which corresponds to a radiation frequency of 120 THz. The infrared radiation emitted by the Earth at 300°K has a frequency of 6.2 THz. The irradiance of the back radiation from the atmosphere in FIG. 32 is 340 W/m 2 (or 34 mW/cm 2 ). Earth's energy balance can be constructed by Planck's law of blackbody radiation in equation (16).

Figure 112019066792969-pct00115
Figure 112019066792969-pct00115

식 (16)의 플랑크 흑체 복사 법칙은 임의의 주어진 온도에서 열적 평형 상태에서 흑체 복사체에 의해 방출되는 스펙트럼 복사휘도(radiance)를 완전하게 설명한다. 다양한 복사체 온도에 대한 플랑크의 흑체 복사 법칙에 따른 다양한 스펙트럼 복사휘도 곡선의 그래프가 도 33에 제공된다. 모든 파장 및 전체 입체각에 대한 각 스펙트럼 복사휘도 곡선의 적분은 복사조도(irradiance)로 알려진 파워 플럭스 밀도 |E×H|를 초래한다. 흑체 복사의 복사조도는 오로지 복사체 온도의 함수이다. 1차 근사에 대해, 지구 표면은 온도 T0=300°K와 |E×H|=34mW/㎠인 복사조도에서 대기와 열 평형 상태에 있는 흑체로 취급될 수 있다. 빈의 스펙트럼 변위 법칙은 T0=300°K의 지구 표면에 적용될 수 있는 식 (32)의 관계를 지원한다.The Planck blackbody radiation law in equation (16) completely describes the spectral radiance emitted by a blackbody radiator at thermal equilibrium at any given temperature. A graph of various spectral radiance curves according to Planck's law of blackbody radiation for various radiant temperatures is provided in FIG. 33 . The integral of each spectral radiance curve over all wavelengths and total solid angle is the power flux density |E×H| , known as irradiance. causes The irradiance of blackbody radiation is only a function of the radiation temperature. For a first-order approximation, the Earth's surface has a temperature T 0 =300°K and |E×H| At an irradiance of =34 mW/cm2, it can be treated as a blackbody in thermal equilibrium with the atmosphere. Wien's law of spectral displacement supports the relationship of equation (32), which can be applied to the Earth's surface at T 0 =300°K.

Figure 112019066792969-pct00116
Figure 112019066792969-pct00116

빈의 스펙트럼 변위 법칙은 복사체 온도에 상응하는 일정한 복사조도 |E×H|=34mW/㎠의 복사에 대해, 이러한 복사에 의해 수행되는 작업을 제공한다. T=5,777°K에서 태양의 광구의 복사 주파수는 v'=120THz이다. 비교를 위해 T0=300°K에서 지구 표면에 의해 방출되는 적외선 육상 복사의 주파수는 v=6.2THz이다. 지구 표면이 T0=300°K에서 대기와 열 평형을 이루고 있다고 가정하면, 지구 표면에 입사하는 120THz 태양 복사와 지구 표면에서 방출되는 6.2THz 육상 복사는 식 (64)에 따라 일정한 복사조도 |E×H|=34mW/㎠에서 발생한다. 120THz의 광자의 에너지는 0.50eV이고 6.2THz의 광자의 에너지는 25.9meV이다.Wien's law of spectral displacement states that the constant irradiance |E×H| For a radiation of =34 mW/cm 2 gives the work performed by this radiation. At T=5777°K, the radiation frequency of the solar photosphere is v'=120 THz. For comparison, the frequency of the infrared terrestrial radiation emitted by the Earth's surface at T 0 =300°K is v = 6.2 THz. Assuming that the Earth's surface is in thermal equilibrium with the atmosphere at T 0 =300°K, the 120 THz solar radiation incident on the Earth's surface and the 6.2 THz terrestrial radiation emitted by the Earth's surface are equal to the constant irradiance |E ×H| =34mW/cm2. The energy of a photon at 120 THz is 0.50 eV and the energy of a photon at 6.2 THz is 25.9 meV.

지구의 생태계의 에너지 수지는 일정한 복사조도 |E×H|=34mW/㎠에서 들어오는 태양 복사와 방출하는 지상 복사의 에너지 차이로 볼 수 있다. 지구의 생태계의 이러한 에너지 수지는 피상적이기지만, 이는 본 발명의 바람직한 양태의 신규성 및 유용성을 기술하는데 유용하다. 요구에 따라 열역학적 기관에 의해 이루어진 작업은, 필수적으로 카르노 사이클에 의한 효율에서 제한되며, 잠열을 생태계으로 방출하고, 이에 의해 생태계의 엔트로피를 증가시킨다. 이것은 카르노 열 기관이 다른 온도의 2가지 열 저장소 사이에서 동작하는 유일한 가역적인 열기계 기관이라는 사실에서 기인한다. 다른 모든 열기계 기관은 카르노 열 기관보다 낮은 효율을 갖는 불가역적 열 기관이다.The energy balance of the Earth's ecosystem is a constant irradiance |E×H| It can be seen as the energy difference between incoming solar radiation and emitted terrestrial radiation at =34mW/cm2. Although this energy balance of the Earth's ecosystems is superficial, it is useful in describing the novelty and utility of preferred embodiments of the present invention. The work done by the thermodynamic engine on demand, essentially limited in efficiency by the Carnot cycle, releases latent heat into the ecosystem, thereby increasing the entropy of the ecosystem. This results from the fact that the Carnot heat engine is the only reversible thermomechanical engine operating between two heat reservoirs of different temperatures. All other thermomechanical engines are irreversible heat engines with lower efficiencies than the Carnot heat engines.

카르노 열 기관은 고온의 열 저장소로부터 잠열을 추출하고, 더 적은 잠열을 생태계과 관련된 저온 열 저장소에 방출한다. 카르노 열 기관의 가역성으로 인해, 배출된 잠열과 관련된 엔트로피는 추출된 잠열과 관련된 엔트로피와 동일하다. 수요에 따라 열기계 작업을 수행하는 카르노 열 기관의 능력은 고온 열 저장소를 생성하는 불가역 발열 화학 반응(일반적으로 연소)의 자발성에 기인한다. 연소는 대기로의 열 에너지 방출에 의해, 또한 대기를 해롭게 교란시키는 화학 부산물의 배출에 의해, 생태계를 교란시킨다. 열기계 기관에 의한 작업 수행은 생태계의 엔트로피를 증가시킨다.The Carnot heat engine extracts latent heat from hot heat reservoirs and releases less latent heat into the cold heat reservoirs associated with the ecosystem. Due to the reversibility of the Carnot heat engine, the entropy associated with the latent heat released is equal to the entropy associated with the latent heat extracted. The Carnot heat engine's ability to perform thermomechanical work on demand is due to the spontaneity of irreversible exothermic chemical reactions (usually combustion) that create high-temperature heat reservoirs. Combustion disrupts ecosystems by releasing thermal energy into the atmosphere and by releasing chemical by-products that harmfully disturb the atmosphere. The performance of work by thermomechanical bodies increases the entropy of the ecosystem.

열기계 기관으로 인해, 기후 변화와 관련하여 생태계의 부자연적인 보상되지 않은 엔트로피 증가의 티핑 포인트(tipping point)는 현재 논쟁의 여지가 있다. 그러나 열기계 기관의 폭넓은 급증이 지속적으로 증가하는 엔트로피로 인해 생태계를 해롭게 교란시킨다는 것은 반박할 수 없는 점이다. "요구에 따라 작업을 수행함으로써 생태계 엔트로피의 해로운 증가를 치유하는 유일한 수단은 깁스(1873)가 고려한 엔트로피 평형의 활용이다: 이들 조건하에서 외부 시스템의 엔트로피를 감소시키는 것을 가능케 하는 가장 큰 양을 찾는 것이 요구된다. 이것은 분명히 본체의 에너지를 변화시키거나 체적을 증가시키지 않으면서 본체의 엔트로피가 증가될 수 있게 하는 양일 것이다." 이것이 깁스 자유 엔트로피이다.The tipping point of unnatural, uncompensated entropy increases in ecosystems related to climate change, due to thermomechanical institutions, is currently controversial. However, it is irrefutable that the widespread proliferation of thermomechanical bodies detrimentally disturbs ecosystems with ever-increasing entropy. "The only means of redressing the detrimental increase in ecosystem entropy by doing work on demand is the exploitation of the entropy equilibrium considered by Gibbs (1873): finding the largest quantity that makes it possible to reduce the entropy of an external system under these conditions is to Obviously this would be an amount that would allow the entropy of a body to be increased without changing its energy or increasing its volume." This is Gibbs free entropy.

본체의 에너지를 변화시키거나, 그 체적을 증가시키지 않으면서, 본체의 엔트로피를 증가시키는 공지된 어떠한 방법도 종래 기술에서 존재하지 않는다. 이러한 결함은 종래 기술에 공지되지 않은 방식으로 키르히호프의 흑체를 이용함으로써 본 발명의 바람직한 양태에 의해 치유된다. 키르히호프의 흑체에 의해 방출된 복사의 설명이 흑체 복사의 플랑크 법칙에 의해 정확하게 제공되지만, 상기 복사를 방출하는 플랑크 공진기의 물리적 기반은 종래 기술에서 알려지지 않았다. 종래 기술에서, 복사가 카르노 사이클에 의해 부과된 한계를 벗어나는 포노볼테익 전지에서 기전력을 발생시킬 수 있음이 공지되어 있다. 모바일 전자-홀 쌍의 복사 생성은 태양 복사조도에 의해 제한되어, 포노볼테익 전지의 파워 밀도는 직접 에너지 변환에 비해 너무 작다.There is no known method in the prior art for increasing the entropy of a body without changing its energy or increasing its volume. This defect is remedied by a preferred aspect of the present invention by using Kirchhoff's black body in a manner not known in the prior art. Although Kirchhoff's description of the radiation emitted by a blackbody is precisely provided by Planck's law of blackbody radiation, the physical basis of the Planck's resonator emitting such radiation is unknown in the prior art. It is known from the prior art that radiation can generate an electromotive force in a phonovoltaic cell that is outside the limits imposed by the Carnot cycle. The radiation generation of mobile electron-hole pairs is limited by solar irradiance, so the power density of phonovoltaic cells is too small for direct energy conversion.

종래 기술에서 알려진 모든 형태의 재생 가능한 에너지의 낮은 파워 밀도는도 21의 포노볼테익 전지(400)에서 인공 핵(104)의 플랑크 공진기의 진동 에너지의 신규하고 유용한 활용에 의해 치유된다. 포노볼테익 전지(400) 내에서 등온 상 전이(B->C) 동안 얽힘 엔트로피(Sent)의 보상되지 않은 증가는 깁스(1873)에 의해 예측된 바와 같이, 주변의 엔트로피의 감소의 원인이 된다. 도 32의 지구의 에너지 수지와 조화롭게 수요에 따라 작업을 수행하기 위한 유일한 방식은, 요구에 따라 수행되는 작업과 관련된 엔트로피 증가에 의해 보상되는 생태계의 엔트로피를 감소를 야기하는 것이다. 도 21의 포노볼테익 전지(400)의 유일성은 토론될 생태계의 엔트로피의 유도된 감소에 의해 요구에 따른 작업의 수행이다.The low power density of all forms of renewable energy known in the prior art is healed by novel and useful utilization of the vibrational energy of the Planck resonator of the artificial nucleus 104 in the phonovoltaic cell 400 of FIG. 21 . The uncompensated increase in entanglement entropy (S ent ) during isothermal phase transitions (B->C) within the phonovoltaic cell 400 causes a decrease in surrounding entropy, as predicted by Gibbs (1873). do. The only way to perform work on demand in harmony with the Earth's energy balance of Figure 32 is to cause a decrease in the entropy of the ecosystem that is compensated for by the increase in entropy associated with the work performed on demand. The uniqueness of the phonovoltaic cell 400 of FIG. 21 is the performance of tasks on demand by the induced reduction of the entropy of the ecosystem to be discussed.

본 발명은 수소 및 선택적으로 산화 화학제의 존재하에 붕소 및 규소 하이드라이드의 가열로부터 유도된 물질의 새로운 유형의 고체-상태 조성물을 포함한다. 재료의 조성 범위는 이후로 "피코결정성 옥시실라보란"으로 지칭되고, x, y 및 z가 각 범위: 2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤2의 숫자인 화학식 "(B12H4)xSiyOz"으로 표시되며, 각각 극단에서 (B12H4)4Si4 및 (B2- 12H4)2Si4O2 + 2를 포함한다. 피코결정성 옥시실라보란 (B12H4)xSiyOz는 이하 "옥시실라보란"으로 지칭되며, w, x, y 및 z가 3≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5 및 0≤z≤3의 각 범위의 숫자인, "(B12Hw)xSiyOz"로 표시되는 보다 넓은 조성 범위의 고체-상태 물질에 포함된다. 이들 신규 조성은 수소 함량 때문에 "보란"으로 기술될 수 있다.The present invention includes a new type of solid-state composition of matter derived from the heating of boron and silicon hydrides in the presence of hydrogen and optionally an oxidizing agent. The compositional range of the material is hereinafter referred to as "phycocrystalline oxysilaborane", wherein x, y and z are numbers in each range: 2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤2. (B 12 H 4 ) x Si y O z ", including (B 12 H 4 ) 4 Si 4 and (B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 at the extremes, respectively. phycocrystalline oxysilaborane (B 12 H 4 ) x Si y O z is hereinafter referred to as “oxysilaborane”, and w, x, y and z are 3≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤ Included in the broader compositional range of solid-state materials, denoted by "(B 12 H w ) x Si y O z ", where y≤5 and 0≤z≤3 are numbers in each range. These novel compositions can be described as “boranes” because of their hydrogen content.

도 34는 단결정(001) 규소 기판(501) 상에 증착된 피코결정성 옥시실라보란(502)의 고해상도 투과 전자 현미경(HRTEM)에 의해 얻어진 현미경 사진을 도시한다. 계면 층(503)은 이후 설명되는 바와 같이 특정 증착 조건에 기인한다. 단결정성 규소 기판(501)의 HRTEM 고속 푸리에 변환(FFT) 이미지가 도 35에 도시된다. 피코결정성 옥시실라보란 막(502)의 FFT 이미지가 도 36에 도시된다. 도 35의 규소 기판(501)의 FFT 이미지가 장거리의 주기적인 병진 순서를 갖는 전형적인 단결정성 격자이지만, 도 36의 피코결정성 옥시실라보란 막(502)의 FFT 이미지는 본 발명의 양태에 영향을 미치는 이유로, 단결정성 격자 또는 비정질 유리의 특성이 아닌 단거리 순서를 나타낸다.34 shows a photomicrograph obtained by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) of picocrystalline oxysilaborane 502 deposited on a single crystal (001) silicon substrate 501 . The interfacial layer 503 is due to specific deposition conditions, as will be described later. An HRTEM fast Fourier transform (FFT) image of a monocrystalline silicon substrate 501 is shown in FIG. 35 . An FFT image of a picocrystalline oxysilaborane film 502 is shown in FIG. 36 . Although the FFT image of the silicon substrate 501 of FIG. 35 is a typical monocrystalline lattice with a long-range periodic translational sequence, the FFT image of the picocrystalline oxysilaborane film 502 of FIG. 36 may affect aspects of the present invention. For reasons of influence, it represents a short-range order rather than a monocrystalline lattice or characteristic of amorphous glass.

피코결정성 옥시실라보란(502)의 단거리 순서를 더 잘 이해하기 위해, 단결정성 규소 기판(501)의 HRTEM 회절 강도가, 보강 전자파 간섭을 지원하는 원자들의 평행 브래그 평면들 사이의 평면 격자간 d-간격에 관해 도 37에 그래프로 도시되었다. 도 37에 도시된 최고-강도의 피크는, 단결정성 규소 기판(501) 내의 원자들의 평행 {111} 평면들 사이에서 3.135Å의 평면 격자간 d-간격과 관련된다. 도 37의 다른 높은-강도의 피크는 단결정성 규소 기판(501) 내의 원자들의 평행 {220} 평면들 사이에서 1.920Å의 평면간 d-간격과 관련된다. HRTEM 현미경에 의해 얻어진 도 38에 도시된 피코결정성 옥시실란보란 막(502)의 FFT 회절 패턴에는 단일의 높은-강도의 피크가 전혀 존재하지 않는다. To better understand the short-range ordering of the picocrystalline oxysilaborane 502, the HRTEM diffraction intensity of the monocrystalline silicon substrate 501 is determined by the interplanar interstitial d between the parallel Bragg planes of atoms supporting constructive electromagnetic interference. - Intervals are plotted graphically in FIG. 37 . The highest-intensity peak shown in FIG. 37 is associated with a planar interlattice d-spacing of 3.135 Angstroms between parallel {111} planes of atoms in a monocrystalline silicon substrate 501 . Another high-intensity peak in FIG. 37 is associated with an interplanar d-spacing of 1.920 Angstroms between parallel {220} planes of atoms in monocrystalline silicon substrate 501 . There is no single high-intensity peak in the FFT diffraction pattern of the picocrystalline oxysilaneborane film 502 shown in FIG. 38 obtained by HRTEM microscopy.

도 36의 피코결정성 보란 막(502)의 FFT 이미지에서 얼룩진 원형 링은, 도 38에서, d=2.64Å과 d=2.74Å 사이의 얼룩진 평면 격자간 간격에 대응한다. 이러한 얼룩진 링의 중요성을 더 완전히 이해하기 위해, 도 39에 도시된 바와 같이, 얇은 피코결정성 보란 막의 ω-2θ x-선 회절(XRD) 패턴을 고려하는 것이 목적이다. 종래의 ω-2θ XRD 회절 패턴에서, X-선 빔의 입사각(ω)과 회절된 X-선 빔의 각도(2θ)는 모두 비교적 일정하며, X-선 회절 각도(2θ)를 통해 집합적으로 변화한다. 그렇게 함으로써, 규칙적으로-이격된 격자 평면의 세트는 예리한 회절 피크를 초래한다. 도 39에서 스캐닝된 얇은 피코결정성 보란 막은, 또한 단결정성 (001) 규소 기판 위에 증착되었다. 도 39의 고-강도 피크는, 규칙적으로-이격된 규소 격자 평면으로부터의 x-선 회절과 관련된다.The speckled circular rings in the FFT image of the picocrystalline borane film 502 of FIG. 36 correspond to the speckled planar interstitial spacing between d=2.64 Å and d=2.74 Å, in FIG. 38 . In order to more fully understand the significance of these speckled rings, it is aimed to consider the ω-2θ x-ray diffraction (XRD) pattern of a thin picocrystalline borane film, as shown in FIG. 39 . In the conventional ω-2θ XRD diffraction pattern, both the angle of incidence (ω) of the X-ray beam and the angle (2θ) of the diffracted X-ray beam are relatively constant, and collectively through the angle of X-ray diffraction (2θ) change In doing so, a set of regularly-spaced grating planes results in sharp diffraction peaks. A thin picocrystalline borane film scanned in FIG. 39 was also deposited on a monocrystalline (001) silicon substrate. The high-intensity peak in FIG. 39 is associated with x-ray diffraction from a regularly-spaced silicon lattice plane.

도 39에는 2θ=13.83°및 2θ=34.16°부근에 중심을 둔 2개의 얼룩진(smeared) 회절 피크가 존재한다. 이들 낮은 강도의 얼룩진 회절 피크는 얇은 피코결정성 보란 막과 관련된다. 박막과 관련된 회절 피크를 기판과 관련된 회절 피크와 분리하기 위해, 그레이징(grazing) 입사 X-선 회절(GIXRD) 분광법이 사용되었다. 이러한 유형의 분광학은 또한 조각(glancing angle) X-선 회절로도 언급된다. 이들 두 용어는 모두 상호교환 가능하게 사용된다. 도 39에서 스캔된 동일한 피코결정성 보란 막의 GIXRD 스캔은 도 40에 도시된다. 임의의 낮은 조각(ω)에 대해, GIXRD 회절 피크는 규소 기판이 아닌 얇은 피코결정성 보란 막의 원자들 규칙적으로-이격된 격자 평면에 기인한다.In Figure 39 there are two smeared diffraction peaks centered around 2θ = 13.83° and 2θ = 34.16°. These low intensity speckled diffraction peaks are associated with thin picocrystalline borane films. To separate the diffraction peaks associated with the thin film from those associated with the substrate, grazing incident X-ray diffraction (GIXRD) spectroscopy was used. This type of spectroscopy is also referred to as glancing angle X-ray diffraction. Both of these terms are used interchangeably. A GIXRD scan of the same picocrystalline borane film scanned in FIG. 39 is shown in FIG. 40 . For any low fragment (ω), the GIXRD diffraction peak is attributed to the regularly-spaced lattice planes of atoms of a thin picocrystalline borane film rather than a silicon substrate.

피코결정성 보란 막은, 아마도 회절 각도 2θ=52.07°부근의 얼룩진 회절 피크로 인한 단거리-순서를 제외하고, 도 40에서 비정질 막으로 나타난다. 도 41에서 스캔된 피코결정성 보란 막의 GIXRD 스캔에서, X-선 빔의 고정된 입사각은 ω=6.53°이고, X-선 검출기는 2θ=7.0°로부터 2θ=80°까지의 회절 각도의 범위에 걸쳐 변화되었다. 예리한 낮은-강도의 X-선 피크가 도 41의 2θ=13.07°에 존재한다. 이러한 x-선 회절 피크는 d=6.76Å의 평면 격자간 d-간격에 대응하며, 이는 도 39에서 2θ=13.83°부근의 넓은 범위의 저-강도 x-선 피크에 포함된다. 이 X-선 회절 피크는 고정된 X-선 입사각(ω=6.53°)의 브래그(Bragg) 조건과 관련된다. 고정된 X-선 입사각(ω)이 변하면, 일부 다른 GIXRD 스캔에서 새로운 X-선 입사각(ω)에 따라 다른 브래그 피크가 얻어진다. 이러한 거동은 이상한데, 왜냐하면 GIXRD 스캔의 X-선 입사각(ω)과 관련된 저-강도 X-선 피크의 범위의 존재가 피코결정성 보란 막이 비정질이 아님을 증명하기 때문이다.The picocrystalline borane film appears as an amorphous film in FIG. 40, with the exception of the short-sequence, possibly due to the speckled diffraction peak around the diffraction angle 2θ=52.07°. In the GIXRD scan of the picocrystalline borane film scanned in FIG. 41 , the fixed angle of incidence of the X-ray beam is ω=6.53°, and the X-ray detector is in the range of diffraction angles from 2θ=7.0° to 2θ=80°. changed over A sharp low-intensity X-ray peak exists at 2θ=13.07° in FIG. 41 . This x-ray diffraction peak corresponds to a planar interlattice d-spacing of d=6.76 Å, which is included in a broad range of low-intensity x-ray peaks around 2θ=13.83° in FIG. 39 . This X-ray diffraction peak is related to the Bragg condition of a fixed X-ray angle of incidence (ω=6.53°). If the fixed X-ray incidence angle (ω) is changed, different Bragg peaks are obtained depending on the new X-ray incidence angle (ω) in some different GIXRD scans. This behavior is strange because the presence of a range of low-intensity X-ray peaks related to the X-ray incidence angle (ω) of the GIXRD scan proves that the picocrystalline borane film is not amorphous.

그러나 이러한 분석은 피코결정성 보란 막이 다결정성이 아님을 추가로 밝힌다. 다결정성 막은 랜덤하게 배열된 많은 수의 결정성 결정립으로 이루어져, 모든 세트의 규칙적인 평면 격자간 간격은 다결정성 결정립의 랜덤 순서로 인해 임의의 GIXRD 스캔에서 브래그 상태로 된다. 이것은 도 40 및 도 41의 경우가 아니다. 피코결정성 보란 막의 구조에 대한 가능한 설명은 실험적 회절 데이터를 위에서 제공한 이론적 대칭 분석에 대해 조정함으로써 도입되었다.However, this analysis further reveals that the picocrystalline borane film is not polycrystalline. A polycrystalline film consists of a large number of randomly arranged crystalline grains, so that any set of regular planar interlattice spacing is Bragged in any GIXRD scan due to the random order of the polycrystalline grains. This is not the case in FIGS. 40 and 41 . A possible explanation of the structure of the picocrystalline borane film was introduced by adjusting the experimental diffraction data to the theoretical symmetry analysis provided above.

20C3 20면체 대칭 동작은 임의의 규칙적인 20면체를 10쌍의 평행(역전되었지만) 삼각형 면들의 중간점을 연결하는 축을 중심으로 120°회전 하에 변화없이 유지시킨다. 1.77Å의 모서리를 가진 규칙적인 붕소 20면체의 경우, 평행 삼각형 면의 평면 격자간 간격은 d=2.69Å이다. 이러한 20면체 내의 격자 간격은 1.54Å X-선(위의 도면에서 모든 XRD 스캔에서 사용된 x-선 파장인)에 대해 2θ=33.27°의 회절 각에 대응한다. 이러한 회절 각도는 도 39에서 ω-2θ XRD 스캔의 2θ=34.16°에서 넓어진, 저-강도의 회절 피크에 포함되고, 이는 차례로 도 36에서 얼룩진 원형 전자 회절 링에 관련된다. X-선 및 전자 회절 피크와 고리의 확장에 대한 가능한 설명을 제공하는 것이 다음 목적이다.20C 3 icosahedron symmetry motion holds any regular icosahedron unchanged under 120° rotation about the axis connecting the midpoints of 10 pairs of parallel (albeit inverted) triangular faces. For a regular boron icosahedron with edges of 1.77 Å, the interplanar spacing of the parallel triangular faces is d=2.69 Å. The grating spacing within this icosahedron corresponds to a diffraction angle of 2θ=33.27° for 1.54 Å X-rays (which is the x-ray wavelength used in all XRD scans in the figure above). This diffraction angle is included in the broadened, low-intensity diffraction peak at 2θ=34.16° of the ω-2θ XRD scan in FIG. 39 , which in turn relates to the speckled circular electron diffraction ring in FIG. 36 . It is the next objective to provide a possible explanation for the X-ray and electron diffraction peaks and the broadening of the rings.

붕소 20면체의 대칭 핵 구성은 12개의 20면체 정점에서의 붕소 핵이 모두 동일하다고 가정한다. 이것은 실제의 경우가 아니다. 구형으로 변형된 핵을 갖는, 자연적으로 발생하는 안정한 붕소 동위원소 10 5B와 11 5B가 존재한다. 편심 회전 타원체 핵이 음의 전기 4중극 모멘트를 나타내는 반면, 장형 회전 타원체 핵은 양의 전기 4중극 모멘트를 나타낸다. 267개의 안정 핵종 중에서 붕소 10 5B는 핵자 당 최대 핵 전기 4중극 모멘트를 가진 안정한 핵종이고, 이는 붕소 핵을 불안정하게 하는 경향이 있다. 붕소 10 5B는 핵 각도 모멘트(3

Figure 112019066792969-pct00117
), 및 +0.111×10-24e-㎠의 큰 양의 핵 전기 4중극 모멘트를 나타낸다. 붕소 11 5B는 핵 각도 모멘트(3/2
Figure 112019066792969-pct00118
), 및 +0.0355×10-24e-㎠의 양의 핵 전기 4중극 모멘트를 나타낸다. The symmetrical nuclear configuration of the boron icosahedron assumes that the boron nuclei at the vertices of the 12 icosahedrons are all identical. This is not the case in reality. There are stable, naturally occurring isotopes of boron, 10 5 B and 11 5 B, with spherically deformed nuclei. The eccentric spheroid nucleus exhibits a negative electric quadrupole moment, whereas the elongate spheroid nucleus exhibits a positive electric quadrupole moment. Of the 267 stable nuclides, boron 10 5 B is the stable nuclide with the maximum nuclear electric quadrupole moment per nucleon, which tends to destabilize the boron nuclei. boron 10 5 B is the nuclear angular moment (3
Figure 112019066792969-pct00117
), and a large positive nuclear electric quadrupole moment of +0.111×10 −24 e-cm 2 . boron 11 5 B is the nuclear angular moment (3/2
Figure 112019066792969-pct00118
), and a positive nuclear electric quadrupole moment of +0.0355×10 −24 e-cm 2 .

자연 발생 붕소 동위원소는 ~20% 10 5B 및 ~80% 11 5B이다. 본 목적을 위해, 본 발명의 피코결정성 옥시실라보란의 붕소 20면체를 포함하는 붕소 핵이 자연 발생 동위원소 비율에 따라 분포되어 있다고 가정하면, 붕소 핵의 중심은 20면체의 기하학적 중심으로부터 이동된다. 이것은 붕소 20면체의 대칭 핵 구성을 변형시키는 경향이 있다. 이러한 변형은, "Isotopic Enrichment of Tritium by Using Guest-Host Chemistry"(Journal of Nuclear Materials, Vol. 130, 1985, p. 465)"에서 니시자와(Nishizawa)에 의해 논의된 동위원소 농축과 관련될 수 있다. 니시자와는 핵 시설의 폐수로부터 방사성 삼중 수소를 크라운 에테르와 암모늄 복합체를 통해 제거하기 위하여, 게스트-호스트 열화학을 사용하였다. 크라운 에테르에 의해 약하게 포획된 암모늄(NH3)은 삼각형 모서리에 3개의 수소 핵과 기하학 중심에 무게 중심을 갖는 대칭 삼각형 내에 존재한다. 삼각형 가장자리를 따라 수소 핵 사이의 거리는 1.62Å이다. 하나의 수소 원자가 삼중 수소 원자로 대체되면, 무게 중심은 삼중 수소 원자쪽으로 0.28Å만큼 이동한다.The naturally occurring isotopes of boron are -20% 10 5 B and ˜80% 11 5 B. For this purpose, assuming that the boron nuclei comprising the boron icosahedron of the picocrystalline oxysilaborane of the present invention are distributed according to the naturally occurring isotopic ratio, the center of the boron nucleus is shifted from the geometric center of the icosahedron . This tends to alter the symmetrical nuclear configuration of the boron icosahedron. This modification may relate to the isotopic enrichment discussed by Nishizawa in "Isotopic Enrichment of Tritium by Using Guest-Host Chemistry" (Journal of Nuclear Materials, Vol. 130, 1985, p. 465). Nishizawa used guest-host thermochemistry to remove radioactive tritium from the nuclear facility's wastewater via a crown ether and ammonium complex.Ammonium (NH 3 ), weakly entrapped by the crown ether, is three hydrogens at the corners of the triangle. It exists in a symmetrical triangle with the nucleus and the center of gravity at the geometric center.The distance between the hydrogen nuclei along the edge of the triangle is 1.62 A. When one hydrogen atom is replaced by a tritium atom, the center of gravity shifts towards the tritium atom by 0.28 A.

삼중화된 암모늄에서 삼각형의 기하학적 중심으로부터 무게 중심의 이동은 엔트로피의 증가로 인해 깁스 자유 에너지의 감소와 관련된다. 그것은 필수적으로 삼중화된 암모늄(크라운 에테르에 의해 약하게 포획된)의 동위원소 농축은 깁스 자유 에너지의 감소가 엔탈피의 양의 증가를 초과하는 엔트로피의 양의 증가로부터 초래되는 자발적인 열 화학 반응을 구성한다. 유사 조건은 피코결정성 옥시실라보란에서 확립될 수 있다.In tritiated ammonium, the shift of the center of gravity from the geometric center of the triangle is associated with a decrease in Gibbs free energy due to an increase in entropy. It essentially constitutes a spontaneous thermochemical reaction in which the isotopic enrichment of tritiated ammonium (weakly entrapped by the crown ether) results from an increase in the amount of entropy in which the decrease in Gibbs free energy exceeds the increase in the amount of enthalpy. . Similar conditions can be established in phycocrystalline oxysilaborane.

피코결정성 옥시실라보란을 포함하는 붕소 20면체에서 붕소 동위원소 10 5B 및 11 5B의 혼합물로 인한 기하학적 왜곡은, 구성요소 붕소 20면체의 10개 세트의 거의-평행 평면으로 인한 20면체 내의 보강 X-선 회절 패턴과 관련된 브래그 피크의 확장을 야기한다. 그러나 이러한 동위원소 왜곡은 대부분의 붕소 20면체에서 유사하게 보존되어, 브래그 피크가 연속 랜덤 다면체 네트워크의 모서리에서 붕소 20면체에 의해 형성된 평행 평면 사이의 20면체간 보강 X-선 회절 패턴과 관련된다고 여겨진다. 모서리의 붕소 20면체의 본체 중심 사이의 거리는 랜덤하게 변하여, 2θ=13.83°부근의 범위에 걸쳐 각 X-선의 입사각에 대해 평행 20면체면 사이에서 예리한 브래그 피크가 발생한다.The geometric distortion due to the mixture of the boron isotopes 10 5 B and 11 5 B in the boron icosahedron containing phycocrystalline oxysilaborane is, within the icosahedron due to the nearly-parallel planes of the ten sets of component boron icosahedrons. It causes broadening of the Bragg peak associated with the augmented X-ray diffraction pattern. However, this isotopic distortion is similarly conserved for most boron icosahedrons, so it is believed that the Bragg peaks are related to inter-icosahedral reinforced X-ray diffraction patterns between parallel planes formed by boron icosahedrons at the edges of continuous random polyhedral networks. . The distance between the body centers of the boron icosahedron at the edges varies randomly, resulting in sharp Bragg peaks between the parallel icosahedral faces for each X-ray angle of incidence over a range around 2θ = 13.83°.

나노결정성 고체는 전형적으로 결정립 크기가 300nm 미만인 작은 결정립을 갖는 다결정성 고체로 취해진다. 결정립 크기가 감소함에 따라, 주기적인 병진 순서는 보다 짧은 범위로 이루어지고, X-선 회절 피크는 넓어진다. 임의의 전형적인 나노결정성 재료에는 임의의 장거리 순서가 없는 반면, 본 발명의 피코결정성 옥시실라보란은 단거리의 주기적 병진 순서 및 장거리의 결합-배향 순서를 갖는데, 장거리의 결합-배향 순서는 거의-대칭인 핵 구성을 갖는 붕소 20면체의 자체-정렬에 기인한다고 여겨진다. 본 명세서의 정의에 의해, 피코결정성 보란 고체는, 적어도 붕소와 수소로 이루어진 고체이며, 그레이징-입사 x-선 회절(GIXRD)을 조건으로 할 때 예리한 x-선 회절 피크로 인해 장거리 결합-배향 순서를 나타낸다.Nanocrystalline solids are typically taken as polycrystalline solids with small grains with a grain size of less than 300 nm. As the grain size decreases, the periodic translational sequence becomes shorter in scope and the X-ray diffraction peak broadens. Whereas any typical nanocrystalline material does not have any long-range ordering, the picocrystalline oxysilaborane of the present invention has a short periodic translational sequence and a long-range binding-orientation sequence, the long-range binding-orientation sequence being nearly- It is believed to be due to the self-alignment of the boron icosahedron with a symmetrical nuclear configuration. By the definition herein, a picocrystalline borane solid is a solid consisting of at least boron and hydrogen, and is subject to grazing-incident x-ray diffraction (GIXRD) as a long-range bond- Indicates the order of orientation.

피코결정성 옥시실라보란을 특징짓는 장 범위 결합-배향 순서를 이해하기 위하여, 인공 핵(104)에 초점을 맞추는 것이 목적이다. 피코결정성 옥시실라보란을 구성하는 인공 핵(104)은 거의-대칭인 핵 구성을 갖는 붕소 20면체이어서, 단거리 주기적 병진 순서를 지원한다. 인공 핵(104)의 10쌍의 평행면은 이상적으로 d=269pm만큼 분리되며, 이는 2θ=33.27°에서 넓은 20면체 내의 X-선 회절 피크를 지원한다. 상술한 바와 같이, 인공 핵(104)의 20면체 내의 X-선 회절 피크는 두 개의 붕소 동위원소(10 5B 및 11 5B)의 혼합물에 의해 넓어진다. 본 발명의 바람직한 양태에서 "넓은" 및 "예리한" X-선 회절 피크가 의미하는 바를 보다 정확하게 정의하는 것이 목적이다.In order to understand the long-range binding-orientation sequence that characterizes phycocrystalline oxysilaborane, we aimed to focus on the artificial nucleus 104 . The artificial nucleus 104 constituting the picocrystalline oxysilaborane is a boron icosahedron with a near-symmetrical nuclear configuration, supporting a short-range periodic translational sequence. The 10 pairs of parallel planes of the artificial nucleus 104 are ideally separated by d=269 pm, which supports the X-ray diffraction peak within the broad icosahedron at 2θ=33.27°. As described above, the X-ray diffraction peak in the icosahedron of the artificial nucleus 104 is broadened by a mixture of two boron isotopes ( 10 5 B and 11 5 B). It is an object to define more precisely what is meant by "broad" and "sharp" X-ray diffraction peaks in a preferred embodiment of the present invention.

임의의 예리한 x-선 회절 피크는 피크 높이보다 적어도 10배 작은 절반 강도에서의 피크 폭을 특징으로 한다. 반대로, 넓은 X-선 회절 피크는 피크 강도의 절반보다 큰 절반 강도에서의 피크 폭을 특징으로 한다. 도 40에서 2θ=52.07°에서의 x-선 회절 피크는 작은 결정립의 특징인 넓은 X-선 회절 피크이다. 도 39의 ω-2θ XRD 스캔의 2θ=34.16°에서 x-선 회절 피크는 인공 핵(104)에 의한 보강 20면체 내의 x-선 회절에 기인한 넓은 x-선 회절 피크이다. 본 발명의 바람직한 양태는 2θ= 33.27°부근의 넓은 X-선 회절 피크를 지원하는 인공 핵(104)에 의해 구성된다. 피코결정성 옥시실라보란의 확장된 3차원 네트워크는 불규칙한 6면체의 공간을 통한 병진이동에 의해 형성된다.Any sharp x-ray diffraction peak is characterized by a peak width at half intensity that is at least 10 times less than the peak height. Conversely, broad X-ray diffraction peaks are characterized by a peak width at half intensity greater than half the peak intensity. In FIG. 40, the x-ray diffraction peak at 2θ=52.07° is a broad X-ray diffraction peak characteristic of small grains. The x-ray diffraction peak at 2θ=34.16° of the ω-2θ XRD scan of FIG. 39 is a broad x-ray diffraction peak due to x-ray diffraction within the reinforced icosahedron by the artificial nucleus 104 . A preferred embodiment of the present invention is constituted by an artificial nucleus 104 that supports a broad X-ray diffraction peak around 2θ=33.27°. An extended three-dimensional network of phycocrystalline oxysilaborane is formed by translation through an irregular hexahedral space.

정 20면체의 5중 대칭은 정 6면체(입방체)의 4중 대칭과 양립할 수 없기 때문에, 정 20면체 양자점이 정점에 있는 상태로, 병진상 불변의 방식으로 공간에 걸쳐 정 6면체 단위 전지를 주기적으로 병진 이동시키는 것은 불가능하다. 대칭 파괴는 도 10에 도시된 불규칙한 보란 6면체(300)에서 발생해야 한다. 종래 기술에서 대부분의 공지된 붕소-풍부 고체에서, 5중 20면체 대칭은 얀-텔러 왜곡에 의해 파괴되어서, 20면체간 결합은 20면체 내의 결합보다 강한 경향이 있다. 종래 기술에서의 붕소가 풍부한 고체가 역 분자(inverted molecule)로 불리는 것은 이러한 이유 때문이다. 20면체 대칭 파괴에 의한 5중 20면체 대칭의 제거는 붕소 20면체의 결합 국소화와 관련된 구형 방향성을 감소시킨다.Since the fivefold symmetry of an icosahedron is incompatible with the quadruple symmetry of a hexahedron (cube), the icosahedral unit cell spans space in a translationally invariant manner, with the icosahedral quantum dots at their vertices. It is impossible to periodically translate Symmetry breakdown should occur in the irregular borane hexahedron 300 shown in FIG. 10 . In most of the boron-rich solids known in the prior art, the pentahedral icosahedral symmetry is broken by the Jan-Teller distortion, so that the inter-icosahedral bonds tend to be stronger than those within the icosahedron. It is for this reason that boron-rich solids in the prior art are called inverted molecules. Removal of the penta-icosahedral symmetry by breaking the icosahedral symmetry reduces the spherical orientation associated with the bond localization of the boron icosahedron.

20면체 인공 핵(104)의 5중 회전 대칭이 유지되어, 불규칙한 보란 6면체(300)의 4중 대칭은 파괴된다. 각각의 불규칙한 보란 6면체(300)는 6면체 모서리의 인공 핵(104)에 의해 형성된다. 인공 핵(104)은 붕소 20면체에 의해 형성되며, 5중 회전 대칭을 보존하는 거의-대칭인 핵 구성을 갖는 점을 이해해야 한다. x-선 또는 전자 회절에 의해 5중 회전 대칭이 관찰될 수는 없지만, 인공 핵(104)의 5중 회전 대칭에 기인한 새로운 전자 및 진동 특성이 관찰될 수 있다. 인공 핵(104)은 단거리 병진 순서를 지원하는 제 1 및 제 2 가장 인접한 자연 붕소 원자(102)의 규칙적인 배치로 구성된다.The fivefold rotational symmetry of the icosahedral artificial nucleus 104 is maintained, and the quadruple symmetry of the irregular borane hexahedron 300 is broken. Each irregular borane hexahedron 300 is formed by an artificial nucleus 104 of the hexahedral edge. It should be understood that the artificial nucleus 104 is formed by a boron icosahedron, and has a near-symmetrical nuclear configuration that preserves the quintuple rotational symmetry. Although the fivefold rotational symmetry cannot be observed by x-ray or electron diffraction, novel electronic and vibrational properties due to the fivefold rotational symmetry of the artificial nucleus 104 can be observed. The artificial nucleus 104 consists of a regular arrangement of first and second closest natural boron atoms 102 supporting a short-range translational sequence.

자연 원자와 유사하게, 피코결정성 옥시실라보란의 인공 원자(101)는 300pm 미만의 공간 구역에서 에너지 준위의 이산 양자화를 제한한다. 그러나 인공 핵(104)의 이산 에너지 준위는 근본적으로 자연 원자의 이산 에너지 준위와는 다르다. 문제는 기존 화학의 분광학 원리이다. 분광학 원리는 해리스와 베르톨루치(Harris 와 Bertolucci)에 의한 서적, "Symmetry and Spectroscopy"(Oxford Univ. Press, 1978)을 참조하여 구성되었다. 해리스와 베르톨루치는 그들의 서적 1-2쪽에서, 다음과 같이 강조했다, "적외선 주파수의 광은 일반적으로 한 진동 에너지 준위에서 다른 준위로 분자를 활성화시킬 수 있다. 따라서 우리는 적외선 분광학을 진동 분광법이라 지칭한다. 가시광선과 자외선은 훨씬 더 강력하고, 분자 내의 전자의 재분포를 촉진하여 분자의 전자 위치 에너지가 변화될 수 있다. 따라서 우리는 가시광선 및 자외선 분광학을 전자 분광법이라 지칭한다."Similar to the natural atom, the artificial atom 101 of phycocrystalline oxysilaborane limits the discrete quantization of energy levels in the spatial region below 300 pm. However, the discrete energy level of the artificial nucleus 104 is fundamentally different from the discrete energy level of a natural atom. The problem is the spectroscopy principle of conventional chemistry. The spectroscopy principle was constructed with reference to a book by Harris and Bertolucci, "Symmetry and Spectroscopy" (Oxford Univ. Press, 1978). Harris and Bertolucci, on pages 1-2 of their book, emphasized, "Light at infrared frequencies can usually activate molecules from one vibrational energy level to another. Therefore we refer to infrared spectroscopy as vibrational spectroscopy. Visible light and ultraviolet light are much more powerful, and the electron potential energy of a molecule can be changed by promoting the redistribution of electrons within the molecule. Therefore, we refer to visible and ultraviolet spectroscopy as electron spectroscopy."

피코결정성 옥시실라보란의 인공 핵(104)에서, 회전, 진동 및 전자 자유도는 마이크로파 복사에 응답하여 전자의 재분포를 지원하는 회전-진동(rovibronic) 에너지 준위에서 전체적으로 서로 얽혀있다. 마이크로파 에너지 준위 사이에서 전자의 재분포는, 거의-대칭인 20면체의 5중 회전 대칭으로부터 발생하는 에너지 준위의 내부 양자화에 기인하며, 20면체 표면의 반대 쌍 사이의 d=269pm의 이상적인 간격에 대응하는 회절각(2θ=33.27°)에서 넓은 회절 피크를 지원할 수 있다. 자연 핵과 달리, 인공 핵(104)은 검출 가능한 기반 구조를 갖는다.In the artificial nucleus 104 of picocrystalline oxysilaborane, rotation, vibration, and electron degrees of freedom are entirely intertwined at rovibronic energy levels that support redistribution of electrons in response to microwave radiation. The redistribution of electrons between microwave energy levels is due to the internal quantization of the energy levels arising from the fivefold rotational symmetry of the near-symmetric icosahedron, corresponding to an ideal spacing of d=269 pm between opposite pairs of icosahedral surfaces. It can support a wide diffraction peak at the diffraction angle (2θ=33.27°). Unlike natural nuclei, artificial nuclei 104 have a detectable underlying structure.

피코결정성 옥시실라보란의 불규칙한 보란 6면체(300)의 모서리가 인공 핵(104)에 의해 점유되기 때문에, 20면체 사이의 X-선 회절 피크는 최근접-이웃 인공 핵(104)과 관련된다. 도 10을 참조하면, 인공 핵(104)의 대응 20면체의 면은, 바람직한 조성 범위(2≤x≤4, 3≤y≤5 및 0≤z≤2)에 걸친 피코결정성 옥시실라보란(B12H4)xSiyOz에서 이상적으로 자체-정렬된다. 불규칙한 보란 6면체(300)의 대칭 파괴로 인하여, 인공 핵(104)의 20면체의 면의 자체-정렬은, 인공 핵(104)의 20면체 본체의 중심 사이에서의 랜덤 분리의 존재하에서 유지된다. 분자 내에서 자연 원자의 정렬은 원자의 원자가 전자의 결합 각도에 관해 전형적으로 기술된다. 이 속성은 자연 원자가 외부에서 명백한 임의의 핵 기반구조가 없다는 사실과 관련된다.Because the edges of the irregular borane hexahedron 300 of phycocrystalline oxysilaborane are occupied by the artificial nucleus 104 , the X-ray diffraction peak between the icosahedrons is associated with the nearest-neighbor artificial nucleus 104 . . Referring to FIG. 10 , the corresponding icosahedral faces of the artificial nucleus 104 are phycocrystalline oxysilaborane ( B 12 H 4 ) x Si y O z ideally self-aligns. Due to the symmetry breaking of the irregular borane hexahedron 300 , the self-alignment of the faces of the icosahedron of the artificial nucleus 104 is maintained in the presence of random separation between the centers of the icosahedral body of the artificial nucleus 104 . . The alignment of natural atoms within a molecule is typically described in terms of the bonding angles of the atoms' valence electrons. This property is related to the fact that natural atoms do not have any apparent nuclear infrastructure externally.

피코결정성 옥시실라보란에서의 인공 핵(104)은 도 5에 따라 각 20면체 정점에서 붕소 핵(102)을 갖는 거의-대칭인 20면체와 관련된 기반 구조를 나타낸다. 거의-대칭인 핵 구성을 유지하기 위해, 인공 핵(104)의 붕소 핵(102)은 3-중심 결합에 의해 화학적으로 구성되어, 피크 전자 밀도는 도 5에 따라 4개의 k <111> 파동 벡터에 수직인 8개의 20면체 면의 중심 부근에 이상적으로 존재한다. 인공 핵(104)이 방사형 붕소 원자가 전자가 없는 케이지형 붕소 20면체를 포함하는 것이 중요하다. 인공 원자(101)는 수소 원자에 의해 피코결정성 옥시실라보란 내의 자연 원자에 결합하고, 수소 원자는 차례로 디바이(Debye) 힘에 의해 결합된다.The artificial nuclei 104 in phycocrystalline oxysilaborane show a near-symmetrical icosahedron-related underlying structure with boron nuclei 102 at each icosahedral apex according to FIG. 5 . In order to maintain a near-symmetrical nuclear configuration, the boron nucleus 102 of the artificial nucleus 104 is chemically constituted by three-centre bonds, so that the peak electron density is determined by the four k <111> wave vectors according to FIG. 5 . Ideally located near the center of eight icosahedral faces perpendicular to . It is important that the artificial nucleus 104 comprises a caged boron icosahedron devoid of radial boron valence electrons. The artificial atom 101 is bound to a natural atom in the picocrystalline oxysilaborane by a hydrogen atom, which in turn is bound by a Debye force.

불규칙한 보란 6면체(300)에서 인공 원자(101)의 자체-정렬은 k <111> 파동 벡터를 따라 정렬되는 수소 핵(103)의 원자가 전자를 초래한다. 불규칙한 보란 6면체(300) 내의 4가 원자(303)의 4개의 원자가 전자가 k <111> 파동 벡터를 따라 정렬되는 점에서, 이후 인공 원자(101)는 수소 원자에 의해 k <111> 파동 벡터를 따라 4가 원자(303)에 공유결합된다. 인공 원자(101)의 20개의 20면체 면이 자체-정렬되고, 20면체의 본체 중심이 유한 범위에서 랜덤하게 변한다면, 인공 원자(101)와 자연 4가 원자(303) 사이의 결합 각도는 k <111> 파동 벡터를 따라 정렬된다.The self-alignment of the artificial atom 101 in the irregular borane hexahedron 300 results in the valence electrons of the hydrogen nucleus 103 being aligned along the k <111> wave vector. In that the four valence electrons of the tetravalent atom 303 in the irregular borane hexahedron 300 are aligned along the k <111> wave vector, then the artificial atom 101 is replaced by the k <111> wave vector by the hydrogen atom. is covalently bonded to the tetravalent atom (303) along If the 20 icosahedral faces of the artificial atom 101 are self-aligned, and the body center of the icosahedron varies randomly over a finite range, then the bond angle between the artificial atom 101 and the natural tetravalent atom 303 is k <111> is aligned along the wave vector.

20면체 면의 자체-정렬 및 인공 핵(104)의 20면체의 본체 중심의 랜덤 공간 변동은 x-선 회절 분광학에 의해 평가될 수 있다. 이것은 자연 원자와는 달리, 인공 핵(104)이 주기적으로 반복되는 제 1 및 제 2 가장 가까운 이웃 붕소 원자의 기반구조를 보유한다는 사실에 기인한다. 인공 핵(104)의 단거리 주기적 병진 순서는 평행 20면체 면 사이의 면간 간격 d=269pm와 관련된 20면체 내의 회절 피크에 의해 검출된다. 피코결정성 옥시실라보란의 단거리 주기적 병진 순서는, 적어도 부분적으로 회절각 범위(32°< 2θ < 36°)내에 존재하는 통상적인 ω-2θ x-선 회절 하에서, 넓은 x-선 회절 피크를 특징으로 한다. 인공 핵(104)의 단거리 주기적인 병진 순서는 바람직한 조성물 범위에 걸쳐 피코결정성 옥시실라보란을 형성하는 불규칙한 보란 6면체(300)의 모서리의 검출을 지원한다.The self-alignment of the icosahedral face and the random spatial variation of the body center of the icosahedron of the artificial nucleus 104 can be evaluated by x-ray diffraction spectroscopy. This is due to the fact that, unlike natural atoms, the artificial nucleus 104 has a periodically repeating infrastructure of first and second nearest neighbor boron atoms. The short-range periodic translational sequence of the artificial nucleus 104 is detected by the diffraction peak within the icosahedron associated with the interplanar spacing d=269 pm between the parallel icosahedral faces. The short periodic translational sequence of phycocrystalline oxysilaborane is characterized, at least in part, by broad x-ray diffraction peaks under conventional ω-2θ x-ray diffraction that lie within the diffraction angle range (32° < 2θ < 36°). do it with The short-range periodic translational sequence of artificial nuclei 104 supports detection of edges of irregular borane hexahedron 300 forming picocrystalline oxysilaboranes over a range of desirable compositions.

가장 인접한-이웃 인공 핵(104) 내의 평행 면으로 인한 20면체 사이의 X-선 회절 피크는, 회절각 범위(12°< 2θ < 16°)에 포함되는 통상적인 X-선 회절 하에서 넓은 X-선 회절 피크를 집합적으로 초래한다. 통상적인 ω-2θ x-선 회절에서, X-선 입사각(ω)과 회절각(2θ)은 비교적 일정하게 유지되고, 이후 매우 광범위한 회절각에 걸쳐 집합적으로 변화한다. 통상적인 ω-2θ x-선 회절은 그 자체로 피코결정성 옥시실라보란 내에서 인공 핵(104)의 자체-정렬을 구축할 수 없다. 이러한 결함은, 통상적인 ω-2θ x-선 회절이 그레이징-입사 X-선 회절(GIXRD)에 의해 추가로 증대될 때 치유될 수 있다. 다수의 브래그 조건이 통상적인 ω-2θ x-선 회절 하에서 검출될 수 있는 반면, 각 고정된 각 X-선 입사각(ω)에 대해 GIXRD 회절에는 오로지 하나의 특정 브래그 조건만이 존재한다.The X-ray diffraction peaks between the icosahedrons due to the parallel faces in the nearest-neighbor artificial nucleus 104 are broad X-ray diffraction under conventional X-ray diffraction that fall within the diffraction angle range (12°< 2θ < 16°). It collectively results in line diffraction peaks. In conventional ω-2θ x-ray diffraction, the angle of incidence (ω) and diffraction angle (2θ) of the X-ray remains relatively constant and then changes collectively over a very wide range of diffraction angles. Conventional ω-2θ x-ray diffraction by itself cannot establish the self-alignment of the artificial nucleus 104 within the picocrystalline oxysilaborane. This defect can be repaired when conventional ω-2θ x-ray diffraction is further augmented by grazing-incident X-ray diffraction (GIXRD). While many Bragg conditions can be detected under conventional ω-2θ x-ray diffraction, there is only one specific Bragg condition in GIXRD diffraction for each fixed angle X-ray incidence (ω).

범위(6°< 2θ < 8°)의 주어진 고정 X-선 입사각(ω)에 대해, 예리한 X-선 회절 피크는, 모서리 인공 핵(104)의 평행 면들 사이의 20면체 사이의 보강 X-선 간섭으로 인해 피코결정성 옥시실라보란 내에 존재한다. 가장 가까운-이웃 모서리 인공 핵(104)의 20면체 본체 중심은 ~640pm의 제한된 유한 범위에 걸쳐 랜덤하게 분리된다. 피코결정성 옥시실라보란의 불규칙한 보란 6면체(300)에서 모서리 인공 핵(104)의 랜덤 분리는 일정 범위의 예리한 X-선 회절 피크를 초래한다. 임의의 고정된 입사각(ω)에 대해 예리한 x-선 회절 피크의 존재는 장거리 결합-배향 순서의 특성이다. 바람직한 피코결정성 옥시실라보란은 실제 예들을 통해 기술될 것이다.For a given fixed X-ray incidence angle (ω) in the range (6° < 2θ < 8°), a sharp X-ray diffraction peak shows the reinforcement X-ray between the icosahedron between the parallel faces of the corner artificial nucleus 104 . It is present in the phycocrystalline oxysilaborane due to interference. The icosahedral body centers of the nearest-neighbor edge artificial nuclei 104 are randomly separated over a limited finite range of ˜640 pm. The random separation of the edge artificial nuclei 104 in the irregular borane hexahedron 300 of phycocrystalline oxysilaborane results in a range of sharp X-ray diffraction peaks. The presence of a sharp x-ray diffraction peak for any fixed angle of incidence ω is characteristic of the long-range bond-orientation sequence. Preferred phycocrystalline oxysilaborane will be described by way of practical examples.

본 발명의 옥시실라보란 막을 제조하는 방법은 붕소, 수소, 규소 및 산소를 함유하는 가스 증기를 대기압보다 낮은 압력으로 유지되는 밀봉된 챔버 내에서 가열된 기판 위로 통과시킴으로써 고체 막의 침전을 일으키는 화학 증기 증착이다. 바람직한 증기는 아산화 질소(N2O) 및 붕소 및 규소의 저급 수소화물이며, 디보란(B2H6) 및 모노실란(SiH4)이 가장 바람직하다. 두 수소화물은 수소 운반 가스에서 희석될 수 있다. 수소로 희석된 디보란과 모노실란, 그리고 선택적으로 아산화 질소를 ~1 내지 30torr의 압력에서 ~200℃를 초과하여 가열된 샘플 위로 통과시킴으로써, 고체 옥시실라보란 막이 기판 위에서 바람직한 조건하의 피코결정성 옥시실라보란으로 자체-조립된다.The method for preparing an oxysilaborane film of the present invention is chemical vapor deposition causing precipitation of a solid film by passing a gaseous vapor containing boron, hydrogen, silicon and oxygen over a heated substrate in a sealed chamber maintained at sub-atmospheric pressure. am. Preferred vapors are nitrous oxide (N 2 O) and lower hydrides of boron and silicon, most preferably diborane (B 2 H 6 ) and monosilane (SiH 4 ). Both hydrides can be diluted in a hydrogen carrier gas. By passing diborane and monosilane diluted with hydrogen, and optionally nitrous oxide, over a sample heated to above ˜200° C. at a pressure of ˜1 to 30 torr, a solid oxysilaborane film is formed on the substrate to form a picocrystalline oxynitride under the desired conditions. It self-assembles with silaborane.

가열은 반도체 처리 분야의 당업자에게 일반적으로 알려진 장비로 실현될 수 있다. 예로서, 몰리브덴 서셉터는 저항 또는 유도 가열될 수 있는 고체 기판 캐리어를 제공할 수 있다. 기판은 저항 가열식 석영 튜브 내에서 서셉터 없이도 가열될 수 있다. 이러한 모든 방법들에서 옥시실라보란 막이 증착되는 가열된 표면(의도된 증착 기층이 아닌)이 존재할 수 있다. 기판은 사전 증착에 의해 코팅된 가열된 표면으로부터 반응기의 가스방출을 최소화하는 저압 급속 열 화학 증기 증착에서 할로겐 램프에 의한 복사열에 의해 냉-벽 반응기에서 서셉터 없이 가열될 수 있다. 본 발명의 피코결정성 옥시실라보란의 바람직한 제조 방법은 다양한 예에서의 처리가 고려된 후에 기술된다.Heating can be realized with equipment commonly known to those skilled in the art of semiconductor processing. As an example, a molybdenum susceptor may provide a solid substrate carrier that may be resistively or inductively heated. The substrate can be heated without a susceptor in a resistance heated quartz tube. In all of these methods there may be a heated surface (not the intended deposition base layer) on which the oxysilaborane film is deposited. The substrate can be heated without a susceptor in a cold-wall reactor by radiant heat by a halogen lamp in a low pressure rapid thermal chemical vapor deposition that minimizes outgassing of the reactor from the heated surface coated by the pre-deposition. A preferred method for preparing the picocrystalline oxysilaborane of the present invention is described after the treatment in various examples is considered.

증착 온도가 ~350℃를 초과할 때마다, 수소화 효과는 실질적으로 제거될 수 있다. 반대로 증착 온도를 ~350℃ 미만으로 낮추면 얇은 피코결정성 고체가 상당히 수소화되어, 수소가 화학 결합에 적극적으로 포함될 수 있다. ~350℃ 미만에서 증착된 피코결정성 옥시실라보란 고체에서 수소의 상대적인 원자 농도는 산소 포함 정도에 따라 보통 10 내지 25%의 범위 내에 있다. 수소가 피코결정성 옥시실라보란 고체의 화학 결합에 적극적으로 포함되지 않을 때, 보다 구체적으로는 옥시실라보라이드 고체라 불린다. 실질적으로 산소가 없는 옥시실라보란 고체는 보다 구체적으로 실라보란 고체로 지칭된다.Whenever the deposition temperature exceeds ˜350° C., the hydrogenation effect can be substantially eliminated. Conversely, lowering the deposition temperature below ˜350° C. significantly hydrogenates the thin picocrystalline solid, allowing hydrogen to be actively involved in chemical bonding. The relative atomic concentration of hydrogen in picocrystalline oxysilaborane solids deposited below ˜350° C. is usually in the range of 10 to 25%, depending on the degree of oxygen inclusion. When hydrogen is not actively involved in the chemical bonds of the phycocrystalline oxysilaborane solid, it is more specifically called an oxysilaboride solid. An oxysilaborane solid that is substantially free of oxygen is more specifically referred to as a silaborane solid.

산소는 개별 산소 원자에 의해 또는 물 분자의 일부로서 피코결정성 옥시실라보란 고체에 도입될 수 있다. 물 분자를 함유하는 임의의 피코결정성 옥시실라보란 고체가 함수성(hydrous)이라 지칭되는 반면, 상대적으로 무시할 수 있는 양의 물과 함께 개별적인 수소 및 산소 원자로 구성된 피코결정성 옥시실라보란 고체는 무수성이라 지칭된다. 함수성 피코결정성 옥시실라보란 고체가, 명백하게 포획된 물의 변화로 인해 시간에 따라 색 및 화학량론적 변화를 겪는 경향이 관찰되었다. 달리 명시적으로 주장하지 않는 한, 아래에 기술된 양태에서 피코결정성 옥시실라보란 고체는 무수성인 것으로 이해된다. 수화를 최소화하기 위해, 증착 반응기는 반응 챔버를 주변 습기에 대한 직접 노출로부터 차단시키는 로드-락 챔버(load-lock chamber)와 결합된다. 그러나 흡수된 수분은 샘플을 로딩하는 동안 완전히 제거하기가 어렵다.Oxygen can be introduced into the phycocrystalline oxysilaborane solid either by individual oxygen atoms or as part of a water molecule. While any phycocrystalline oxysilaborane solid containing water molecules is termed hydrous, a picocrystalline oxysilaborane solid composed of individual hydrogen and oxygen atoms along with a relatively negligible amount of water is It is called Mercury. A tendency was observed for water-soluble phycocrystalline oxysilaborane solids to undergo color and stoichiometric changes over time, apparently due to changes in entrapped water. Unless explicitly stated otherwise, it is understood that in the embodiments described below the picocrystalline oxysilaborane solid is anhydrous. To minimize hydration, the deposition reactor is coupled with a load-lock chamber that shields the reaction chamber from direct exposure to ambient moisture. However, the absorbed moisture is difficult to completely remove during sample loading.

색상 변화에 덧붙여, 수화는 붕소-대-규소 비를 변화시킬 수 있다. 옥시실라보란의 하나의 바람직한 양태에서, 붕소-대-규소 비는 이상적으로 6이다. 옥시실라보란에 수화되지 않은 원자 산소의 포함은 붕소-대-규소 비를 감소시키는 반면, 함수성 옥시실라보란에 물 분자의 포함은 붕소-대-규소 비를 증가시키는 경향이 있다. 이들 두 가지 효과는 동시에 존재할 수 있다. 무수성 옥시실라보란으로의 산소의 바람직한 도입은 아산화 질소에 의한 것이다. 붕소, 규소 및 산소 원자 중 옥시실라보란 내의 붕소의 상대적 원자 농도는 이상적으로 ~83%이다. 임의의 수화 효과가 없으면, 붕소, 규소 및 산소 원자 중 붕소의 상대적 원자 농도는 ~89%를 크게 초과하지 않다. 수화에 대한 민감성은 부분적으로 옥시실라보란 막의 상대적 산소 원자 농도와 산소가 도입되는 방법에 의존한다.In addition to changing color, hydration can change the boron-to-silicon ratio. In one preferred embodiment of the oxysilaborane, the boron-to-silicon ratio is ideally 6. The incorporation of unhydrated atomic oxygen in the oxysilaborane tends to decrease the boron-to-silicon ratio, whereas the inclusion of water molecules in the hydrous oxysilaborane tends to increase the boron-to-silicon ratio. These two effects can exist simultaneously. The preferred introduction of oxygen into the anhydrous oxysilaborane is by nitrous oxide. The relative atomic concentration of boron in oxysilaborane among the boron, silicon and oxygen atoms is ideally -83%. In the absence of any hydration effect, the relative atomic concentrations of boron among boron, silicon and oxygen atoms do not significantly exceed -89%. The sensitivity to hydration depends in part on the relative oxygen atom concentration of the oxysilaborane film and the method by which oxygen is introduced.

자체-조립된 피코결정성 옥시실라보란은 단결정성 규소와 같은 공유 반도체를 사용하는 전자 집적 회로에 유용한 특성을 갖는다. 옥시실라보란 고체의 전자 특성은 웨이퍼 증착 동안 처리 조건에 의해 제어된 방식으로 변형될 수 있다. 피코결정성 옥시실라보란은 장거리 결합-배향 순서를 나타낸다. X-선 광전자 분광법(XPS)은 피코결정성 옥시실라보란 내에서 붕소 1s 전자의 결합 에너지를 ~188eV로 확립하였는데, 이는 20면체 붕소 분자에서 화학 결합의 특성이다. 산소 1s 전자의 결합 에너지, ~532eV는 금속 산화물 내의 산소 1s 전자 결합 에너지와 매우 유사하며, 고체의 산소 1s 전자의 결합 에너지와는 다르다.Self-assembled picocrystalline oxysilaborane has properties useful in electronic integrated circuits using shared semiconductors such as monocrystalline silicon. The electronic properties of oxysilaborane solids can be modified in a controlled manner by processing conditions during wafer deposition. The phycocrystalline oxysilaborane exhibits a long-range bond-orientation sequence. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) established the binding energy of boron 1s electrons to ˜188 eV in picocrystalline oxysilaborane, which is characteristic of chemical bonding in icosahedral boron molecules. The binding energy of oxygen 1s electrons, ~532 eV, is very similar to that of oxygen 1s electrons in metal oxides, and is different from that of oxygen 1s electrons in solids.

본 발명의 옥시실라보란 고체의 규소 2p 전자 결합 에너지는 조성 범위에 걸쳐 약 ~99.6eV의 예리한 에너지 피크를 나타낸다. 이것은 몇 가지 이유로 중요하다. 첫 번째로, 옥시실라보란 내의 2개의 에너지 피크의 부재는 Si-Si와 Si-B 결합이 동일한 결합 에너지를 가지고 있음을 의미한다. 두 번째로, 옥시실라보란피 내의 규소 2p 전자의 측정된 결합 에너지는 본질적으로 다이아몬드 격자 내의 4면체 화학 결합에 의해 형성된 단결정성 규소의 결합 에너지이다. 이산화규소에서의 규소 2p 전자 결합 에너지는 ~103.2eV이다. 옥시실라보란이 비정질 이산화규소 상에 증착될 때, 두 조성물에서 규소 2p 전자 결합 에너지에 뚜렷한 차이가 존재한다. 옥시실라보란 내의 규소 2p 전자 결합 에너지는, 피코결정성 옥시실라보란의 자체-조립에 기인한 비정질 산화물 위에 증착됨에도 불구하고, 다이아몬드 격자의 단결정성 규소의 결합 에너지이다.The silicon 2p electron binding energy of the oxysilaborane solid of the present invention exhibits a sharp energy peak of about ˜99.6 eV over the composition range. This is important for several reasons. First, the absence of two energy peaks in oxysilaborane means that the Si-Si and Si-B bonds have the same binding energy. Second, the measured binding energy of the silicon 2p electrons in the oxysilaborane is essentially the binding energy of monocrystalline silicon formed by tetrahedral chemical bonds in the diamond lattice. The silicon 2p electron binding energy in silicon dioxide is -103.2 eV. When oxysilaborane is deposited on amorphous silicon dioxide, there is a distinct difference in the silicon 2p electron binding energy in the two compositions. The silicon 2p electron binding energy in oxysilaborane is the binding energy of monocrystalline silicon in the diamond lattice, despite deposition on the amorphous oxide due to the self-assembly of picocrystalline oxysilaborane.

화학 증기 증착 처리 조건을 적절히 제어함으로써, 피코결정성 옥시실라보란 (B12H4)xSiyOz는, 하나의 조성 극한에서 피코결정성 옥시실라보란 (B12H4)4Si4에 의해, 그리고 다른 조성 극한에서의 피크결정 옥시실라보란 (B2- 12H4)2Si4 2 +에 의해 구속되는 바람직한 조성 범위(2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤2)로 자체-조립된다. 피코결정성 옥시실라보란 (B12H4)xSiyOz의 바람직한 조성 범위의 자체 조립은 아래에 전개될 이유들에 기인한 것이다. 바람직한 처리 조건을 보다 잘 이해하기 위하여, 옥시실라보란 (B12)xSiyOzHw의 넓은 범위(0≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤3)로 바람직하지 않은 종의 처리가 피코결정성 붕소 고체의 제한된 수의 예들에 의해 교시될 것이다.By appropriately controlling the chemical vapor deposition treatment conditions, picocrystalline oxysilaborane (B 12 H 4 ) x Si y O z can be converted to picocrystalline oxysilaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 in one composition limit. The preferred composition range (2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤) constrained by oxysilaborane (B 2 - 12 H 4 ) 2 Si 4 2 + 2) self-assembled. The self-assembly of the preferred composition range of phycocrystalline oxysilaborane (B 12 H 4 ) x Si y O z is due to the reasons developed below. To better understand the preferred processing conditions, a wide range of oxysilaborane (B 12 ) x Si y O z H w (0≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤ 3) treatment of undesirable species will be taught by a limited number of examples of picocrystalline boron solids.

이제, 본 발명에 따른 옥시실라보란 조성의 다양한 양태가 예들에 의해 기술되지만, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명은 그 사상 또는 본질적인 특징으로부터 벗어나지 않고 다른 형태로 구현될 수 있다. 이하의 개시 및 설명은 본 발명의 범위를 예시하기 위한 것이지 제한하려는 것은 아니다. 첫 번째 몇 가지 예는, (B12)xSiyOzHw의 넓은 범위(0≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤3)에서 실라보라이드와 옥시실라보란의 처리가 교시되는 2가지 예의 도움으로, 피코결정성 옥시실라보란 (B12H4)4Si4의 바람직한 처리를 교시한다.Now, various embodiments of the oxysilaborane composition according to the present invention are described by way of examples, but the scope of the present invention is not limited thereto. As will be understood by those skilled in the art, the present invention may be embodied in other forms without departing from its spirit or essential characteristics. The following disclosure and description are intended to be illustrative of the scope of the invention and not to limit it. The first few examples are silaborides over a wide range (0≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤3) of (B 12 ) x Si y O z H w . Preferred treatment of phycocrystalline oxysilaborane (B 12 H 4 ) 4 Si 4 is taught, with the aid of the two examples in which treatment with oxysilaborane is taught.

실시예 1Example 1

4-점 프로브로 측정했을 때 8.7Ω/□ 저항이 되도록, 15Ω-cm의 고유저항을 갖는 직경 100mm의 단결정성 (001) p-형 규소 기판(504) 내로 인이 확산되었다. 산화막은 불화수소산 디글레이즈(deglaze)에 의해 샘플 웨이퍼로부터 제거되었다. 샘플은, "A Model for Rapid Thermal Processing" (IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, Vol. 4, No. 1, 1991, p.9)에서 규르시크(Gyurcsik) 등이 기술한 유형의 급속 열 화학 증기 증착(RTCVD) 챔버에 삽입되었다. 샘플 웨이퍼를 석영 링에 로딩한 후, RTCVD 챔버는 닫히고 10mtorr의 압력까지 기계적으로 펌핑되었다. 364sccm의 유량으로 수소내 체적 3%의 디보란 혼합물 B2H6(3%)/H2(97%) 및 390sccm의 유량으로 수소내 체적 7%의 모노실란 혼합물 SiH4(7%)/H2(93%)가 진공배기된 RTCVD 증착 챔버에 도입되었다.Phosphorus was diffused into a monocrystalline (001) p-type silicon substrate 504 with a diameter of 100 mm with a resistivity of 15 Ω-cm to yield a resistance of 8.7 Ω/□ as measured with a four-point probe. The oxide film was removed from the sample wafer by hydrofluoric acid deglaze. The sample was subjected to rapid thermal chemical vapor deposition (CVD) of the type described by Gyurcsik et al. in "A Model for Rapid Thermal Processing" (IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, Vol. 4, No. 1, 1991, p. 9). RTCVD) chamber. After loading the sample wafer into the quartz ring, the RTCVD chamber was closed and mechanically pumped to a pressure of 10 mtorr. Diborane mixture B 2 H 6 (3%)/H 2 (97%) of 3% by volume in hydrogen at a flow rate of 364 sccm and monosilane mixture SiH 4 (7%)/H by volume 7% in hydrogen at a flow rate of 390 sccm 2 (93%) was introduced into an evacuated RTCVD deposition chamber.

반응 가스 유량은 3.29torr의 압력에서 안정화되었고, 여기에서 텅스텐-할로겐 램프는 30초 동안 턴온되고, 샘플 웨이퍼를 605℃로 유지하도록 조절되었다. 도 42에 도시된 바와 같이, 얇은 실라보라이드 고체(506)가 도너-도핑된 구역(505) 위에 증착되었다. 실라보라이드 고체(506)의 조성은 x-선 광전자 분광법(XPS)에 의해 연구되었다. 붕소 1s 전자의 결합 에너지는 20면체 붕소와 일치하는 187.7eV로 측정되었다. 규소 2p 전자의 결합 에너지는 단결정성 (001) n형 규소의 특징인 99.46eV로 측정되었다. 실라보라이드 고체(506)의 XPS 깊이 프로파일은 실라보라이드 고체(506) 내의 붕소 및 규소의 상대 원자 농도를 각각 86% 및 14%로 측정 하였다. 러더포드 후방산란 분광법(RBS)은 얇은 실라보라이드 고체(506)의 붕소와 규소의 상대 원자 농도를 각각 83.5%와 16.5%로 측정하였다.The reaction gas flow rate was stabilized at a pressure of 3.29 torr, where the tungsten-halogen lamp was turned on for 30 seconds and adjusted to hold the sample wafer at 605°C. 42 , a thin silaboride solid 506 was deposited over the donor-doped region 505 . The composition of the silaboride solid 506 was studied by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The binding energy of boron 1s electrons was measured to be 187.7 eV, which is consistent with icosahedral boron. The binding energy of silicon 2p electrons was measured to be 99.46 eV, which is characteristic of monocrystalline (001) n-type silicon. The XPS depth profile of the silaboride solid 506 measured the relative atomic concentrations of boron and silicon in the silaboride solid 506 as 86% and 14%, respectively. Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) measured the relative atomic concentrations of boron and silicon in the thin silaboride solid 506 as 83.5% and 16.5%, respectively.

얇은 실라보라이드 고체(506) 내의 상대 수소 농도는 수소 원자가 입사하는 고-에너지 헬륨 원자에 의해 탄성적으로 산란되는 수소 전방 산란(HFS)에 의해 측정되었다. 수소 전방 산란(HFS)은 다양한 샘플에서 전하 집적의 변화를 일으키는 입사 헬륨 원자의 경사각 때문에 러더퍼드 후방 산란 분광법(RBS)만큼 정량적이지 않다. 단위 입체각 당 수소 카운트가 일정하더라도, 입체각 자체는 상이한 샘플 사이에서 변할 수 있다. 수소는 검출되지 않았다. 수소가 없는 상태에서 붕소 및 규소로 구성된 임의의 고체는 실라보라이드 조성물로 지칭된다.The relative hydrogen concentration in the thin silaboride solid 506 was determined by hydrogen forward scattering (HFS), in which the hydrogen atoms are elastically scattered by the incident high-energy helium atoms. Hydrogen forward scattering (HFS) is not as quantitative as Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) because of the tilt angle of the incident helium atoms, which causes changes in charge accumulation in various samples. Although the number of hydrogens per unit solid angle is constant, the solid angle itself can vary between different samples. No hydrogen was detected. Any solid composed of boron and silicon in the absence of hydrogen is referred to as a silaboride composition.

2차 이온 질량 분광법(SIMS) 분석은 실라보라이드 고체(506)의 11 5B/10 5B 비를 자연-발생 비 4.03으로 확립시켰다. 이 예의 실라보라이드 고체(506)에서의 임의의 수소 또는 동위원소 농축의 부재는 증착 온도에 기인한다. 실라보란의 수소화는 증착 온도가 ~350℃ 미만일 때 또는 산소가 도입될 때 실현될 수 있는데, 이는 아래의 예들에서 논의될 것이다. 본 예의 실라보라이드 고체(506)는 x-선 회절에 의해 피코결정성 붕소 고체인 것으로 확인되었다. 본 예의 피코결정성 실라보라이드 고체(506)의 GIXRD 스캔이 도 43에 도시된다. 2θ=14.50°의 회절 피크는 GIXRD 스캔의 X-선 입사각 ω=7.25°와 관련된 브래그 조건에 해당한다.Secondary ion mass spectrometry (SIMS) analysis established the 11 5 B/ 10 5 B ratio of the silaboride solid 506 as a naturally-occurring ratio of 4.03. The absence of any hydrogen or isotopic enrichment in the silaboride solid 506 in this example is due to the deposition temperature. Hydrogenation of silaborane can be realized when the deposition temperature is below ˜350° C. or when oxygen is introduced, which will be discussed in the examples below. The silaboride solid 506 of this example was confirmed to be a picocrystalline boron solid by x-ray diffraction. A GIXRD scan of the picocrystalline silaboride solid 506 of this example is shown in FIG. 43 . The diffraction peak at 2θ=14.50° corresponds to the Bragg condition associated with the X-ray incident angle ω=7.25° of the GIXRD scan.

실시예 2Example 2

희석되지 않은 아산화질소(N2O)가 704sccm의 유량으로 도입되고, 2개의 수소화물 가스의 유량이 2배가 된다는 2가지를 제외하고, 실시예 1에서 상술한 절차가 수행되었다. 728sccm의 유량으로 수소내 체적 3%의 디보란 혼합물 B2H6(3%)/H2(97%), 780sccm의 유량으로 수소내 체적 7%의 모노실란 혼합물 SiH4(7%)/H2(93%), 및 704sccm의 유량으로 희석되지 않은 아산화질소(N2O)가 도입되었다. 증기 유속은 9.54torr에서 안정화되었고, 여기에서 텅스텐-할로겐 램프는 30초 동안 턴온되어, 샘플 기판(504)을 605℃로 유지하도록 조절되었다. 도 44에 도시된 바와 같이, 실라보라이드 고체(507)가 도너-도핑된 구역(505) 위에 증착되었다. 얇은 실라보라이드 고체(506)의 조성은 x-선 광전자 분광법(XPS)에 의해 평가되었다. The procedure described above in Example 1 was carried out with the two exceptions that undiluted nitrous oxide (N 2 O) was introduced at a flow rate of 704 sccm and the flow rates of the two hydride gases were doubled. Diborane mixture of 3% by volume in hydrogen B 2 H 6 (3%)/H 2 (97%) at a flow rate of 728 sccm, monosilane mixture SiH 4 (7%)/H of 7% by volume in hydrogen at a flow rate of 780 sccm 2 (93%), and undiluted nitrous oxide (N 2 O) was introduced at a flow rate of 704 sccm. The vapor flow rate was stabilized at 9.54 torr, where the tungsten-halogen lamp was turned on for 30 seconds, adjusted to hold the sample substrate 504 at 605°C. 44 , a silaboride solid 507 was deposited over the donor-doped region 505 . The composition of the thin silaboride solid 506 was evaluated by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

얇은 옥시실라보란 고체(507)의 통상적인 ω-2θ XRD 스캔이 도 45에 도시된다. 2θ=13.78°및 2θ=33.07°부근의 얼룩진 회절 피크는 피코결정성 붕소 고체의 특징이다. 이것은 도 46의 GIXRD 스캔에 의해 더욱 확증되고, 2θ=13.43°에서의 회절 피크는 X-선 입사각 ω=6.70°와 관련된 브래그 조건에 대응한다. 옥시실라보란 고체(507)의 조성은 XPS 분광법에 의해 구축되었다. 붕소 1s 전자의 결합 에너지는 187.7eV이며, 규소 2p 전자의 결합 에너지는 99.46eV이고, 이는 실시예 1과 동일하다. 산소 1s 전자의 결합 에너지는 524eV이었다. XPS로 측정 한 붕소, 규소 및 산소의 상대 벌크 원자 농도는 각각 81%, 12% 및 7%이었다.A typical ω-2θ XRD scan of a thin oxysilaborane solid 507 is shown in FIG. 45 . The speckled diffraction peaks around 2θ = 13.78° and 2θ = 33.07° are characteristic of picocrystalline boron solids. This is further corroborated by the GIXRD scan of FIG. 46 , the diffraction peak at 2θ=13.43° corresponding to the Bragg condition associated with the X-ray incident angle ω=6.70°. The composition of the oxysilaborane solid (507) was established by XPS spectroscopy. The binding energy of boron 1s electrons is 187.7 eV, and the binding energy of silicon 2p electrons is 99.46 eV, which is the same as in Example 1. The binding energy of oxygen 1s electrons was 524 eV. The relative bulk atomic concentrations of boron, silicon and oxygen measured by XPS were 81%, 12% and 7%, respectively.

러더퍼드 후방 산란 분광법(RBS) 및 수소 전방 산란(HFS) 모두에 의해, 본 예의 옥시실라보란 막(507) 내의 붕소, 수소, 규소 및 산소의 상대 벌크 원자 농도는 각각 72%, 5.6%, 13.4% 및 9.0%로 결정되었다. 본 예의 피코결정성 붕소 고체(507)는 보란 고체가 아니고, 오히려 수소 원자가 산소에 결합되어 있을 가능성이 가장 높은 산소-풍부 조성물 (B12)2Si3 . 5O2 .5H을 더 특징으로 한다. 2차 이온 질량 분광법(SIMS)은 자연적으로 발생하는 2가지 붕소 동위원소의 비율로서 동위원소 비율 11 5B/10 5B를 실험 오차 내로 설정했다. 곧바로 확립되는 바와 같이, 11 5B/10 5B의 자연 발생 동위원소 비율의 존재는, 마이크로웨이브 복사에 응답하여 전자의 재분포를 촉진할 수 있는 뒤얽힌 회전-진동 에너지 준위의 부재를 나타낸다.By both Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) and hydrogen forward scattering (HFS), the relative bulk atomic concentrations of boron, hydrogen, silicon and oxygen in the oxysilaborane film 507 of this example were 72%, 5.6%, and 13.4%, respectively. and 9.0%. The picocrystalline boron solid 507 of this example is not a borane solid, but rather an oxygen-rich composition (B 12 ) 2 Si 3 , in which the hydrogen atom is most likely bound to the oxygen . 5 O 2 .5 H is further characterized. Secondary ion mass spectroscopy (SIMS) set the isotopic ratio 11 5 B/ 10 5 B as the ratio of the two naturally occurring boron isotopes within the experimental error. As is immediately established, the presence of a naturally occurring isotopic ratio of 11 5 B/ 10 5 B indicates the absence of entangled rotational-oscillation energy levels that can promote the redistribution of electrons in response to microwave radiation.

실시예 3Example 3

붕소 및 규소 하이드라이드의 열분해는 테이블상에 고정된 직경 5인치의 석영 증착 튜브를 포함하는 수평 저항-가열식 반응기 내에서 저압 화학 기상 증착(LPCVD)에 의해 수행되었다. 저항성 가열 요소는 75mm 규소 기판이 실온에서 튜브 전면의 석영 홀더에 로딩될 수 있도록, 전동식 트랙에 장착되었다. 샘플 로딩 중에 석영 벽에 흡착된 수증기는 후속 화학 반응을 위한 수증기의 소스를 제공했다. 20Ω-cm의 고유저항을 갖는 직경 75mm의 단결정성 (001) n형 규소 기판(508)이 석영 튜브 내의 석영 홀더상에 로딩되었고, 석영 홀더는 밀봉되어 30mtorr의 기본 압력까지 기계적으로 펌핑되었다.The pyrolysis of boron and silicon hydride was performed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) in a horizontal resistance-heated reactor containing a 5 inch diameter quartz deposition tube fixed on a tabletop. The resistive heating element was mounted on a motorized track so that a 75 mm silicon substrate could be loaded into a quartz holder in front of the tube at room temperature. Water vapor adsorbed on the quartz wall during sample loading provided a source of water vapor for subsequent chemical reactions. A single crystalline (001) n-type silicon substrate 508 with a diameter of 75 mm with a resistivity of 20 Ω-cm was loaded onto a quartz holder in a quartz tube, and the quartz holder was sealed and mechanically pumped up to a base pressure of 30 mtorr.

도 47에 도시된 바와 같이, 180sccm의 유량으로 수소내 체적 3%의 디보란 혼합물 B2H6(3%)/H2(97%) 및 120sccm의 유량으로 수소내 체적 10%의 모노실란 혼합물 SiH4(10%)/H2(90%)을 도입함으로써, 붕소-풍부 막(509)이 (001) n-형 규소 기판(508)상에 증착되었다. 가스 유량은 360mtorr의 증착 압력에서 안정화되었다. 동력을 받은 가열 요소는 샘플 위로 옮겨졌다. 석영 튜브와 석영 샘플 홀더의 열적 질량으로 인해, 증착 온도는 ~20분의 온도 상승 후 230℃에서 안정화되었다. 열분해는 230℃에서 8분 동안 지속되었고, 이때 전동식 가열 요소는 원위치 되었고, 반응성 가스가 확보되었다. 실라보란 막(509)내의 붕소 및 규소의 상대 원자 농도는 상이한 유형의 분광법에 의해 측정되었다.As shown in FIG. 47 , a diborane mixture B 2 H 6 (3%)/H 2 (97%) of 3% by volume in hydrogen at a flow rate of 180 sccm and a monosilane mixture of 10% by volume in hydrogen at a flow rate of 120 sccm By introducing SiH 4 (10%)/H 2 (90%), a boron-rich film 509 was deposited on the (001) n-type silicon substrate 508 . The gas flow was stabilized at a deposition pressure of 360 mtorr. A powered heating element was moved over the sample. Due to the thermal mass of the quartz tube and the quartz sample holder, the deposition temperature stabilized at 230 °C after a temperature rise of ~20 min. The pyrolysis was continued at 230°C for 8 min, at which time the electric heating element was repositioned and the reactive gas was established. The relative atomic concentrations of boron and silicon in the silaborane film 509 were measured by different types of spectroscopy.

실라-보란 막(509)의 X-선 광전자 스펙트럼 분석(XPS) 깊이 프로파일이 수행되었다. 실라보란 막(509) 내의 산소는 석영 벽으로부터의 수증기의 배출에 기인한다. 도 48은 실라보란 고체(509)내의 붕소, 규소 및 산소의 상대적인 원자 농도를 각각 85%, 14% 및 1%인 것으로 도시한다. 붕소 1s 전자의 결합 에너지는 20면체 붕소 분자 내의 결합의 특징인 187eV였다. 규소 2p 전자의 XPS 결합 에너지는 (001) 단결정성 규소 내의 규소 2p 전자의 특성인 99.6eV였다. 산소 1s 전자의 XPS 결합 에너지는 532eV로 측정되었다. 러더퍼드 후방 산란 분광법(RBS)에 의한 고체(509)의 깊이 분석은 붕소 및 규소의 상대 벌크 원자 농도를 각각 82.6% 및 17.4%로 측정했다.An X-ray photoelectron spectral analysis (XPS) depth profile of the sila-borane film 509 was performed. Oxygen in the silaborane film 509 is due to the release of water vapor from the quartz wall. FIG. 48 shows the relative atomic concentrations of boron, silicon and oxygen in silaborane solid 509 to be 85%, 14%, and 1%, respectively. The binding energy of boron 1s electrons was 187 eV, which is characteristic of bonds in icosahedral boron molecules. The XPS binding energy of silicon 2p electrons was 99.6 eV, which is characteristic of silicon 2p electrons in (001) monocrystalline silicon. The XPS binding energy of oxygen 1s electrons was measured to be 532 eV. Depth analysis of the solid 509 by Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) determined the relative bulk atomic concentrations of boron and silicon to be 82.6% and 17.4%, respectively.

도 49의 오제(Auger) 전자 분광법(AES) 깊이 프로파일은, 실라보란 고체(509)내의 붕소, 규소 및 산소의 상대 원자 농도를 각각 73.9%, 26.1% 및 0.1%인 것으로 도시한다. 고체(509)의 두께는 XPS, AES 및 RBS에 의해 998Å, 826Å 및 380Å으로 설정되었다. 붕소, 수소 및 규소의 상대적인 벌크 원자 농도는본 예의 실라보란 고체(509)의 RBS/HFS 깊이 프로파일에 의해 66.5%, 19.5% 및 14.0%로 모두 설정되었다. 임의의 동위원소 농축의 존재를 설정하기 위해, 2차 이온 질량 분광법(SIMS) 깊이 프로파일이 수행되었다. 붕소 11 5B에 대한 붕소 10 5B의 동위원소 농축은 SIMS 깊이 프로파일에 의해 입증되었다. 자연 발생 11 5B/10 5B 비율이 4.03인 반면, SIMS 분석은 실라보란 고체(509)내의 11 5B/10 5B 비율을 3.81로 측정했다.The Auger electron spectroscopy (AES) depth profile of FIG. 49 shows the relative atomic concentrations of boron, silicon and oxygen in the silaborane solid 509 to be 73.9%, 26.1%, and 0.1%, respectively. The thickness of the solid 509 was set to 998A, 826A and 380A by XPS, AES and RBS. The relative bulk atomic concentrations of boron, hydrogen and silicon were all set at 66.5%, 19.5% and 14.0% by the RBS/HFS depth profile of the silaborane solid 509 of this example. To establish the presence of any isotopic enrichment, a secondary ion mass spectroscopy (SIMS) depth profile was performed. The isotopic enrichment of boron 10 5 B to boron 11 5 B was demonstrated by SIMS depth profiles. The naturally occurring 11 5 B/ 10 5 B ratio was 4.03, whereas SIMS analysis determined the 11 5 B/ 10 5 B ratio in the silaborane solid (509) to be 3.81.

실시예 3의 막은 산소의 작은 상대적 원자 농도가 물의 형태로 여겨지므로 실라보란 고체(509)로 지칭된다. 결과적으로, 이 막은 수화 실라보란 고체(509)로 더 잘 지칭된다. 도 39의 통상적인 ω-2θ XRD 회절 패턴 및 도 41의 GIXRD 회절 패턴은 둘 모두 실시예 3의 수화 실라보란 고체(509)로부터 얻어졌다. 그 결과, 수화 실라보란 고체(509)는 위의 정의에 의해 피코결정성 보란 고체이다. 도 39의 수화 실라보란 고체(509)의 통상적인 ω-2θ XRD 회절 패턴은 실질적으로 도 45의 옥시실라보란 고체(507)의 회절 패턴이고, 피코결정성 붕소 고체는 붕소 11 5B에 대한 붕소 10 5B의 동위원소 농축에 의해 근본적으로 구별된다. 이 구별은 본 발명의 바람직한 양태에 영향을 미친다.The film of Example 3 is referred to as a silaborane solid 509 because the small relative atomic concentration of oxygen is considered to be in the form of water. Consequently, this membrane is better referred to as hydrated silaborane solid 509 . The conventional ω-2θ XRD diffraction pattern of FIG. 39 and the GIXRD diffraction pattern of FIG. 41 were both obtained from the hydrated silaborane solid 509 of Example 3. As a result, the hydrated silaborane solid 509 is a picocrystalline borane solid by the definition above. The typical ω-2θ XRD diffraction pattern of the hydrated silaborane solid 509 of FIG. 39 is substantially the diffraction pattern of the oxysilaborane solid 507 of FIG. 45 , wherein the picocrystalline boron solid is boron to boron 11 5 B They are fundamentally distinguished by isotopic enrichment of 10 5 B. This distinction affects preferred embodiments of the present invention.

본 발명의 한 가지 목적은, 붕소 11 5B에 대한 붕소 10 5B의 동위원소 농축을 특징으로 하는 엔트로피의 보상되지 않은 증가에 기인한 마이크로파 복사에 응답하여 회전-진동 에너지 준위들 사이에서 전자의 재분포를 촉진시키는 자체-조립된 피코결정성 옥시실라보란의 새로운 부류를 확립하는 것이다. 마이크로파 복사에 의한 이러한 전자의 재분포의 신규성과 유용성은 다른 예들에 의해 더 잘 이해될 수 있다.One object of the present invention is to provide an object of transfer of electrons between rotational-oscillation energy levels in response to microwave radiation due to an uncompensated increase in entropy characterized by isotopic enrichment of boron 10 5 B to boron 11 5 B. To establish a new class of self-assembled phycocrystalline oxysilaboranes that promote redistribution. The novelty and usefulness of this redistribution of electrons by microwave radiation can be better understood by other examples.

실시예 4Example 4

도 50을 참조하면, 30Ω-cm의 고유저항을 갖는 100mm 직경의 단결정성 (001) p-형 규소 기판(510)이 대기로부터 증착 챔버를 차단하는 로드-록 시스템에 의해 EMCORE D-125 MOCVD 반응기 내의 저항-가열된 몰리브덴 서셉터상에 삽입된다. 챔버는 50mtorr 미만으로 펌핑되고, 거기서 360sccm의 유량으로 수소내 체적 3%의 디보란 혼합물 B2H6(3%)/H2(97%) 및 1,300sccm의 유량으로 수소내 체적 2%의 모노실란 혼합물 SiH4(2%)/H2(98%)가 챔버내에 도입되었고, 이후 반응 가스가 혼합되었다. 가스 유량의 안정화시, 챔버 압력은 9torr로 조절되었고, 몰리브덴 서셉터는 1,100rpm으로 회전되었다.50, the EMCORE D-125 MOCVD reactor by a load-lock system in which a 100 mm diameter monocrystalline (001) p-type silicon substrate 510 with a resistivity of 30 Ω-cm is isolated from the atmosphere in the deposition chamber. It is inserted onto a resistance-heated molybdenum susceptor in the The chamber is pumped to less than 50 mtorr, where the diborane mixture B 2 H 6 (3%)/H 2 (97%) by volume 3% in hydrogen at a flow rate of 360 seem and mono 2% by volume in hydrogen at a flow rate of 1,300 seem A silane mixture SiH 4 (2%)/H 2 (98%) was introduced into the chamber, and then the reaction gases were mixed. Upon stabilization of the gas flow rate, the chamber pressure was adjusted to 9 torr, and the molybdenum susceptor was rotated at 1,100 rpm.

기판 온도는 저항-가열형 회전 서셉터에 의해 280℃로 증가되었다. 280℃의 증착 온도에서 안정화되면, 화학 반응은 5분 동안 진행되었고, 여기서 서셉터 가열은 정지되고, 샘플은 증착 챔버로부터 제거되기 전에 80℃ 미만으로 냉각되었다. 폴리머 반투명 색을 갖는 얇은 막(511)은 도 50에 도시된 바와 같이 기판(510)상에 증착되었다. 실라보란 고체(511)의 두께는 가변-각도 분광 타원계측법에 의해 166nm로 측정되었다. 실라보란 고체(511)는 결정립 구조의 징후가 없이 매끄러웠다. 실라보란 고체(511)는 눈에 보이는 수화 효과를 나타내지 않았다. 도 51의 XPS 깊이 프로파일은 벌크 고체(511) 내의 붕소와 규소의 상대적 원자 농도를 각각 89%와 10%로 측정하였다.The substrate temperature was increased to 280° C. by a resistance-heated rotating susceptor. Upon stabilization at the deposition temperature of 280°C, the chemical reaction proceeded for 5 minutes, where the susceptor heating was stopped, and the sample was cooled to below 80°C before being removed from the deposition chamber. A thin film 511 having a polymer translucent color was deposited on the substrate 510 as shown in FIG. The thickness of the silaborane solid 511 was measured to be 166 nm by variable-angle spectroscopic ellipsography. The silaborane solid 511 was smooth with no signs of grain structure. Silaborane solid 511 did not show any visible hydration effect. The XPS depth profile of FIG. 51 measured the relative atomic concentrations of boron and silicon in the bulk solid 511 as 89% and 10%, respectively.

RBS 및 HFS 분석은 붕소, 수소 및 규소의 상대 원자 농도를 66%, 22% 및 11%로 결정하였다. 본 예의 실라보란 고체(511)는, 본 예의 실라보란 고체(511)가 측정 가능한 수화 효과를 나타내지 않았다는 점을 제외하고는 실시예 3의 실라보란 고체(509)와 매우 유사하다. 실라보란 고체(511)의 전기적 특성은 수은 프로브에 의한 스위핑 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정되었다. 실라보란 고체(511)의 전류-전압 특성의 선형 그래프 및 로그-로그 그래프는 도 52 및 도 53에 도시된다. 실라보란 고체(511)의 비선형 전류-전압 특성은 도 53에 따라 옴의 법칙으로부터 이완의 시작을 넘어 벗어나는 공간-전하-제한 전도 전류에 기인한다.RBS and HFS analysis determined the relative atomic concentrations of boron, hydrogen and silicon to be 66%, 22% and 11%. The silaborane solid 511 of this example is very similar to the silaborane solid 509 of Example 3, except that the silaborane solid 511 of this example did not exhibit a measurable hydration effect. The electrical properties of the silaborane solid 511 were measured by a HP-4145 parametric analyzer through a sweep signal by a mercury probe. A linear graph and a log-log graph of the current-voltage characteristic of the silaborane solid 511 are shown in FIGS. 52 and 53 . The nonlinear current-voltage characteristic of the silaborane solid 511 is due to the space-charge-limited conduction current deviating beyond the onset of relaxation from Ohm's law according to FIG. 53 .

임의의 고체에서의 공간-전하-제한 전류 전도는 "Electronic Processes in Ionic Crystals"(Oxford University Press, second edition, 1948, pp.168-173)에서 모트와 거어니(Mott and Gurney)에 의해 제안되었다. 진공관 디바이스의 칠드 법칙(child's law)과 유사하게, 모트와 거어니는 고체 유전체가 개재된 전극 사이의 공간-전하-제한 전류 밀도(J)가 인가된 기전력(V)에 따라 2차적으로 변하는 것을 전개하였고, 여기서, d는 전극 분리간격이고, μ는 전하 이동도이고, ε는 고체-상태 유전체 또는 반도체의 유전율이다. 모트-거어니 법칙은, 가우스 법칙에 따른 전계의 소멸되지 않는 발산으로 인해 단극성 초과 이동 전하가 존재할 때마다, 충족된다. 전개될 것으로 예상되는 바와 같이, 피코결정성 옥시실라보란에서의 공간-전하-제한 전도 전류는 종래 기술에서 지금까지 알려지지 않은 전하 전도 메커니즘에 기인한다.Space-charge-limited current conduction in any solid was proposed by Mott and Gurney in "Electronic Processes in Ionic Crystals" (Oxford University Press, second edition, 1948, pp.168 - 173). . Similar to the child's law of vacuum tube devices, Mott and Gurney observed that the space-charge-limiting current density (J) between an electrode interposed with a solid dielectric changes quadratically with the applied electromotive force (V). where d is the electrode separation interval, μ is the charge mobility, and ε is the permittivity of the solid-state dielectric or semiconductor. The Mott-Gurney law is satisfied whenever there is a unipolar excess mobile charge due to the non-dissipating divergence of the electric field according to Gauss' law. As expected, the space-charge-limited conduction current in phycocrystalline oxysilaborane is due to a hitherto unknown charge conduction mechanism in the prior art.

Figure 112019066792969-pct00119
Figure 112019066792969-pct00119

전하 중성이 보존되도록 순 전하 밀도가 임의의 고체에서 소멸될 때, 전도 전류 밀도(J)는 아래 관계에 따른 옴의 법칙에 따라 V에 대해 선형적으로 변화하며, 여기서 n은 이동-전하 농도이다. 전도 메커니즘 사이의 구분은 완화시간 τ와 관련된다.When the net charge density is dissipated in any solid such that charge neutrality is conserved, the conduction current density (J) changes linearly with V according to Ohm's law according to the relationship below, where n is the moving-charge concentration . The distinction between conduction mechanisms is related to the relaxation time τ.

Figure 112019066792969-pct00120
Figure 112019066792969-pct00120

고체 내에서 전도 전류 밀도는 옴의 법칙, 식(65) 및 모트-거어니 법칙, 식(65)에 의해 통상적으로 구속된다. 옴의 법칙이 충족되면, 이동-전하 전이 시간 t는 전하 중성이 이와 같이 유지되도록 완화시간 τ보다 필연적으로 커야 한다. 전이 시간이 완화 시간보다 작으면, 전도 전류는 모트-거어너 법칙에 따라 공간-전하-제한된 상태가 된다. 공간-충전-제한 전류의 조건은 다음과 같다:Conduction current density in a solid is usually constrained by Ohm's Law, Equation (65) and Mott-Gurney Law, Equation (65). If Ohm's law is satisfied, then the transfer-charge transition time t must necessarily be greater than the relaxation time τ so that charge neutrality remains in this way. If the transition time is less than the relaxation time, the conduction current becomes space-charge-limited according to the Mott-Gunner law. The space-charge-limiting current conditions are:

Figure 112019066792969-pct00121
Figure 112019066792969-pct00121

모트 및 거어니에 의한 고체-상태의 공간-전하-제한 전도의 전개는, 유전체에 내재된 낮은 이동-전하 밀도로 인해 유전체에 집중되었다. 그러나 유전체는 대개 모바일 공간-전하의 존재에 대립하는 큰 포획 밀도를 갖는다. "Simplified Theory of Space-Charge-limited Currents in an Insulator with Traps"(Physical Review, Vol. 103, No. 6, 1956, p.1648)에서 램퍼트(Lampert)에 의해 구축된 바와 같이, 반도체 내의 단일-캐리어의 전류-전압 특성은 일반적으로 옴의 법칙, 모트-거어니 법칙 및 트랩-필드형 제한 곡선의 3개 곡선에 의해 구속된다. 2차 전류-전압 의존성은 2-캐리어 전하 전도에 대한 3차 의존성으로 확장된다.The evolution of solid-state space-charge-limited conduction by Mott and Gurney has been concentrated in the dielectric due to the low moving-charge density inherent in the dielectric. However, the genome usually has a large capture density that opposes the presence of mobile space-charges. As built by Lampert in "Simplified Theory of Space-Charge-limited Currents in an Insulator with Traps" (Physical Review, Vol. 103, No. 6, 1956, p. 1648), - The current-voltage characteristic of a carrier is generally constrained by three curves: Ohm's Law, Mott-Gurney Law, and Trap-Field type limiting curve. The secondary current-voltage dependence extends to the third order dependence on the two-carrier charge conduction.

실시예 5Example 5

아산화질소가 40sccm의 유량으로 도입된다는 한 가지를 제외하고 실시예 4에 기술된 절차가 수행되었다. 도 54에 도시된 바와 같이, 폴리머 반투명 색을 갖는 얇은 옥시실라보란 막(512)이 (001) 단결정성 p-형 규소 기판(510)상에 증착되었다. 옥시실라보란 막의 두께는 가변-각도 분광 타원계측법에 의해 159nm로 측정되었다. 도 55의 XPS 깊이 프로파일은 벌크 옥시실라보란 고체(512) 내의 붕소, 규소 및 산소의 상대적 원자 농도를 각각 88.0%, 10.4% 및 1.6%로 결정했다. 산소의 포함은 실시예 4의 도 50의 실라보란 고체(511)를 본 예의 도 54의 옥시실라보란 고체(512)로 변환시켰다. 산소의 혼입은 본 예의 옥시실라보란 고체(512)를 실시예 4의 실라보란 고체(511)에 대해 변화시켰다.The procedure described in Example 4 was followed with one exception that nitrous oxide was introduced at a flow rate of 40 seem. As shown in FIG. 54, a thin oxysilaborane film 512 having a polymer translucent color was deposited on a (001) monocrystalline p-type silicon substrate 510 . The thickness of the oxysilaborane film was measured to be 159 nm by variable-angle spectroscopy ellipsography. The XPS depth profile of FIG. 55 determined the relative atomic concentrations of boron, silicon and oxygen in the bulk oxysilaborane solid 512 to be 88.0%, 10.4%, and 1.6%, respectively. The inclusion of oxygen transformed the silaborane solid 511 of FIG. 50 of Example 4 to the oxysilaborane solid 512 of FIG. 54 of this example. The incorporation of oxygen changed the oxysilaborane solid 512 of this example to the silaborane solid 511 of Example 4.

본 예의 옥시실라보란 막(512)의 전기 임피던스는 수은 프로브에 의해 제공되는 스위핑 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정되었다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512)의 임피던스 특성의 선형 그래프 및 로그-로그 그래프는 각각 도 56 및 도 57에 도시되었다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512)의 임피던스는 실시예 4의 실라보란 고체(511)에 비해 증가되었다. 실라보란 고체(511) 내의 공간-전하-제한 전류가 4차 전류-전압 특성에서 포화된 반면, 본 예의 옥시실라보란 고체(512)의 공간-전하-제한 전류는 도 57에 도시된 바와 같이 5차 전류-전압 특성에서 포화되었다. 공간-전하 전류는 이동 전하 드리프트에 의해 제한된다.The electrical impedance of the oxysilaborane film 512 of this example was measured by an HP-4145 parametric analyzer through a sweep signal provided by a mercury probe. A linear graph and a log-log graph of the impedance characteristic of the oxysilaborane solid 512 of this example are shown in FIGS. 56 and 57, respectively. The impedance of the oxysilaborane solid 512 of this example was increased compared to the silaborane solid 511 of Example 4. While the space-charge-limiting current in the silaborane solid 511 is saturated in the quaternary current-voltage characteristic, the space-charge-limiting current of the oxysilaborane solid 512 of this example is 5, as shown in FIG. Saturated in the differential current-voltage characteristic. Space-charge current is limited by mobile charge drift.

실시예 6Example 6

아산화질소의 유량이 40sccm에서 80sccm으로 증가된 한 가지를 제외하고, 실시예 5에 기술된 절차가 수행되었다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512)의 두께는 가변 각도 분광 타원계측법에 의해 147nm로 측정되었다. 도 58의 XPS 깊이 프로파일은 벌크 옥시실라보란 고체(512) 내의 붕소, 규소 및 산소의 상대적 원자 농도를 각각 88.1%, 9.5% 및 2.5%로 결정했다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512) 내의 붕소의 상대 원자 농도는 실시예 5의 옥시실라보란 고체(512)와 동일하다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512) 내의 규소의 원자 농도는 실시예 5의 옥시실라보란 고체(512)의 규소 원자 농도에 비해 감소되었다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512) 내의 산소의 벌크 원자 농도는 실시예 5의 피코결정성 옥시실라보란 고체(512)의 산소 벌크 원자 농도에 비해 증가하였다.The procedure described in Example 5 was followed with one exception that the flow rate of nitrous oxide was increased from 40 sccm to 80 sccm. The thickness of the oxysilaborane solid 512 in this example was measured to be 147 nm by variable angle spectroscopy ellipsography. The XPS depth profile of FIG. 58 determined the relative atomic concentrations of boron, silicon and oxygen in the bulk oxysilaborane solid 512 to be 88.1%, 9.5%, and 2.5%, respectively. The relative atomic concentration of boron in the oxysilaborane solid 512 of this example is the same as that of the oxysilaborane solid 512 of Example 5. The atomic concentration of silicon in the oxysilaborane solid 512 of this example was reduced compared to the silicon atomic concentration of the oxysilaborane solid 512 of Example 5. The bulk atomic concentration of oxygen in the oxysilaborane solid 512 of this example was increased compared to the oxygen bulk atomic concentration of the picocrystalline oxysilaborane solid 512 of Example 5.

RBS 및 HFS 분석은 붕소, 수소, 규소 및 산소의 벌크 상대 원자 농도를 63%, 23%, 11% 및 3%로 측정하였다. 산소의 상대적인 원자 농도는 RBS 검출 한계에 가깝기 때문에 정확하지 않다. 본 예의 옥시실라보란 막의 임피던스는 수은 프로브에 의해 얻어진 스위핑 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 측정되었다. 옥시실라보란 고체(512)의 임피던스 특성의 선형 그래프 및 로그 그래프는 각각 도 59 및 도 60에 도시되었다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512)의 임피던스 특성은 실시예 5의 옥시실라보란 고체(512)의 임피던스 특성보다 약간 큰 임피던스를 나타냈다.RBS and HFS analysis determined the bulk relative atomic concentrations of boron, hydrogen, silicon and oxygen as 63%, 23%, 11% and 3%. The relative atomic concentration of oxygen is not accurate because it is close to the limit of RBS detection. The impedance of the oxysilaborane membrane of this example was measured on an HP-4145 parametric analyzer through a sweep signal obtained by a mercury probe. A linear graph and a logarithmic graph of the impedance characteristics of the oxysilaborane solid 512 are shown in FIGS. 59 and 60, respectively. The impedance characteristic of the oxysilaborane solid 512 of this example showed an impedance slightly larger than that of the oxysilaborane solid 512 of Example 5.

실시예 7Example 7

아산화질소의 유량이 80sccm에서 100sccm으로 증가된 한 가지를 제외하고는 실시예 6에서 기술된 절차가 수행되었다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512)의 두께는 가변-각도 분광 타원계측법에 의해 140nm로 측정되었다. 도 61의 XPS 깊이 프로파일은 옥시실라보란 고체(512)의 붕소, 규소 및 산소의 상대 원자 농도를 각각 85.9%, 10.7% 및 3.4%로 측정했다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512)의 임피던스는 수은 프로브에 의해 얻어진 2개의 스위핑 신호를 통해 HP-4145 분석기에 의해 측정되었다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512)의 전류-전압 특성의 선형 그래프 및 로그-로그 그래프가 도 62 및 도 63에 도시되었다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512)는 실시예 6의 것보다 약간 더 높은 임피던스를 나타내었다.The procedure described in Example 6 was performed with one exception that the flow rate of nitrous oxide was increased from 80 sccm to 100 sccm. The thickness of the oxysilaborane solid 512 in this example was measured to be 140 nm by variable-angle spectroscopy ellipsography. The XPS depth profile of FIG. 61 measured the relative atomic concentrations of boron, silicon and oxygen of the oxysilaborane solid 512 to be 85.9%, 10.7%, and 3.4%, respectively. The impedance of the oxysilaborane solid 512 of this example was measured by an HP-4145 analyzer through two sweeping signals obtained by a mercury probe. A linear graph and a log-log graph of the current-voltage characteristic of the oxysilaborane solid 512 of this example are shown in FIGS. 62 and 63 . The oxysilaborane solid 512 of this example exhibited a slightly higher impedance than that of Example 6.

실시예 8Example 8

아산화질소의 유량이 100sccm에서 300sccm으로 증가된 한 가지를 제외하고, 실시예 7에 기술된 절차가 수행되었다. 본 예의 얇은 옥시실라보란 고체(512)의 두께는 가변-각도 분광 타원계측법에 의해 126nm로 측정되었다. 도 64의 XPS 깊이 프로파일은 본 예의 옥시실라보란 고체(512)에서의 붕소, 규소 및 산소의 상대 원자 농도를 83.4%, 10.5% 및 6.2%로 측정하였다. 옥시실라보란 고체(512)의 임피던스는 HP-4145 파라미터 분석기로 측정되었다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512)의 임피던스 특성의 선형 그래프 및 로그-로그 그래프가 도 65 및 도 66에 도시되었다.The procedure described in Example 7 was carried out with the exception that the flow rate of nitrous oxide was increased from 100 sccm to 300 sccm. The thickness of the thin oxysilaborane solid 512 of this example was measured to be 126 nm by variable-angle spectroscopy ellipsography. The XPS depth profile of FIG. 64 measured the relative atomic concentrations of boron, silicon and oxygen in the oxysilaborane solid 512 of this example to be 83.4%, 10.5%, and 6.2%. The impedance of the oxysilaborane solid 512 was measured with an HP-4145 parametric analyzer. A linear graph and a log-log graph of the impedance characteristic of the oxysilaborane solid 512 of this example are shown in FIGS. 65 and 66 .

실시예 9Example 9

아산화질소 유량을 300sccm에서 500sccm으로 증가시킨 것을 제외하고 실시예 8의 절차가 수행되었다. 본 예의 얇은 옥시실라보란 고체(512)의 두께는 가변-각도 분광 타원계측법에 의해 107㎚로 측정되었다. 도 67의 XPS 깊이 프로파일은 본 예의 벌크 옥시실라보란 고체(512) 내의 붕소, 규소 및 산소의 상대 원자 농도를 82.4%, 10.0% 및 7.6%로 설정하였다. RBS 및 HFS 분석은 붕소, 수소, 규소 및 산소의 벌크 상대 원자 농도를 66%, 20%, 9% 및 5%로 설정했다. 산소의 상대적인 원자 농도는 RBS 검출 한계에 가깝다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512)의 임피던스는 수은 프로브에 의해 얻어진 스위핑 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정되었다. 본 예의 옥시실라보란 고체(512)의 임피던스 특성의 선형 그래프 및 로그-로그 그래프가 도 68 및 도 69에 도시되었다.The procedure of Example 8 was followed except that the nitrous oxide flow rate was increased from 300 sccm to 500 sccm. The thickness of the thin oxysilaborane solid 512 of this example was measured to be 107 nm by variable-angle spectroscopic ellipsography. The XPS depth profile of FIG. 67 sets the relative atomic concentrations of boron, silicon and oxygen in the bulk oxysilaborane solid 512 of this example to 82.4%, 10.0%, and 7.6%. RBS and HFS analyzes set the bulk relative atomic concentrations of boron, hydrogen, silicon and oxygen at 66%, 20%, 9% and 5%. The relative atomic concentration of oxygen is close to the limit of RBS detection. The impedance of the oxysilaborane solid 512 of this example was measured by an HP-4145 parametric analyzer through a sweep signal obtained by a mercury probe. A linear graph and a log-log graph of the impedance characteristic of the oxysilaborane solid 512 of this example are shown in FIGS. 68 and 69 .

본 예의 옥시실라보란 고체(512)는 산소가 풍부하여, 피코결정성 옥시실라보란 (B12H4)xSiyOz의 바람직한 조성 범위(2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤2) 내에 존재하지 않지만, 옥시실라보란(B12)xSiyOzHw의 더 넓은 조성 범위(0≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤3)에 포함된다. 피코결정성 옥시실라보란이 단결정성 규소의 표면 페르미 준위를 고정해제하여, 단결정성 규소의 표면 전기화학 전위를 조절하고, 동시에 전기를 전도하는 것이 중요하다. 이 특성을 보다 충분히 이해하기 위해, 전기화학 정류기가 단결정성 규소로 형성된 예를 고려하는 것이 목적이다.The oxysilaborane solid 512 of this example is oxygen-rich, so that the preferred composition range of picocrystalline oxysilaborane (B 12 H 4 ) x Si y O z (2≤x≤4, 3≤y≤5, 0) ≤z≤2), but a wider composition range of oxysilaborane (B 12 ) x Si y O z H w (0≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤ z≤3). It is important that picocrystalline oxysilaborane unfixes the surface Fermi level of monocrystalline silicon, thereby controlling the surface electrochemical potential of monocrystalline silicon and simultaneously conducting electricity. In order to understand this property more fully, it is an object to consider an example in which the electrochemical rectifier is formed of monocrystalline silicon.

종래 기술에서는, 상이한 일 함수의 단결정성 규소 구역과 결합된 재료 사이의 이동-전하 확산과 관련된 바람직하지 않은 접촉 전위로 인해, 전기 전하를 또한 도통시키면서, 금지된 에너지 구역을 통해 단결정성 규소 구역의 전기화학적 전위를 변화시키는 것은 가능하지 않다. 이러한 결함은 실제 예를 통해 자체-조립된 피코결정성 옥시실라보란에 의해 치유된다.In the prior art, due to the undesirable contact potentials associated with transfer-charge diffusion between monocrystalline silicon regions of different work function and the bonded material, it also conducts electrical charge in the region of monocrystalline silicon through forbidden energy regions. It is not possible to change the electrochemical potential. This defect is cured by self-assembled phycocrystalline oxysilaborane by way of practical example.

실시예 10Example 10

단결정성 규소가 직경 100mm 및 두께 525㎛의 (001) 붕소-도핑 p-형 단결정성 기판(521) 위에 에피택셜 증착되었다. 축퇴 단결정성 규소 기판(521)의 고유저항은 0.02Ω-cm이고, 이는 ~4×1018-3의 억셉터 농도에 해당한다. 비축퇴 p-형 단결정성 규소 층(522)이 규소 기판(521)상에 증착되었다. 에피택셜 규소 층(522)은 15㎛의 두께 및 2Ω-cm의 고유저항을 가지며, 이는 ~7×1015-3의 억셉터 불순물 농도에 해당한다. 모든 산화물은 불화수소산 디글레이즈에 의해 제거되었다. 산성 디글레이즈 이후, 규소 기판(521)은 주변으로부터 증착 챔버를 차단시키는 로드-록 시스템에 의해 EMCORE MOCVD 반응기 내의 저항-가열된 서셉터 상에 삽입되었다. 증착 챔버는 50mtorr 미만으로 펌핑되었고, 거기서, 150sccm의 유량으로 수소내 체적 3%의 디보란 혼합물 B2H6(3%)/H2(97%) 및 300sccm의 유량으로 수소내 체적 2%의 모노실란 혼합물 SiH4(2%)/H2(98%)가 증착 챔버 내에 도입되었다. 아산화질소(N2O)는 100sccm의 유량으로 도입되었다.Monocrystalline silicon was epitaxially deposited on a (001) boron-doped p-type monocrystalline substrate 521 with a diameter of 100 mm and a thickness of 525 μm. The resistivity of the degenerate monocrystalline silicon substrate 521 is 0.02 Ω-cm, which corresponds to an acceptor concentration of ˜4×10 18 cm −3 . A non-degenerate p-type monocrystalline silicon layer 522 was deposited on a silicon substrate 521 . The epitaxial silicon layer 522 has a thickness of 15 μm and a resistivity of 2 Ω-cm, which corresponds to an acceptor impurity concentration of ˜7×10 15 cm −3 . All oxides were removed by hydrofluoric acid deglaze. After the acid deglaze, a silicon substrate 521 was inserted onto a resistance-heated susceptor in the EMCORE MOCVD reactor by a load-lock system that shuts off the deposition chamber from the surroundings. The deposition chamber was pumped to less than 50 mtorr, where it contained a diborane mixture B 2 H 6 (3%)/H 2 (97%) of 3% by volume in hydrogen at a flow rate of 150 seem and 2% by volume in hydrogen at a flow rate of 300 seem. A monosilane mixture SiH 4 (2%)/H 2 (98%) was introduced into the deposition chamber. Nitrous oxide (N 2 O) was introduced at a flow rate of 100 sccm.

가스는 증착 챔버에 들어가기 전에 혼합되도록 허용되었다. 반응 가스의 안정화시, 챔버 압력은 서셉터가 1,100rpm으로 회전되는 동안 1.5torr로 조절되었다. 기판 온도는 2분 동안 230℃로 증가되었다. 서셉터 온도는 추가로 260℃로 증가되었고, 거기서 서셉터는 안정화되었고, 화학 반응은 12분 동안 진행되도록 허용되었다. 서셉터 가열이 확보되었고, 샘플은 증착 챔버에서 제거되기 전에 반응 가스에서 80℃ 이하로 냉각되도록 허용되었다. 옥시실라보란 막(523)이 증착되었다. 두께는 가변-각도 분광 타원계측법에 의해 12.8nm로 측정되었다. 두께 때문에, 옥시실라보란 막(523)은 착색을 나타내지 않았다.The gases were allowed to mix before entering the deposition chamber. Upon stabilization of the reaction gas, the chamber pressure was adjusted to 1.5 torr while the susceptor was rotated at 1,100 rpm. The substrate temperature was increased to 230° C. for 2 minutes. The susceptor temperature was further increased to 260° C., where the susceptor stabilized and the chemical reaction was allowed to proceed for 12 minutes. Susceptor heating was ensured and the sample was allowed to cool below 80° C. in the reaction gas before being removed from the deposition chamber. An oxysilaborane film 523 was deposited. The thickness was measured to be 12.8 nm by variable-angle spectroscopy ellipsography. Because of the thickness, the oxysilaborane film 523 did not show coloration.

알루미늄은 종형 증발기 내에서 전체 기판(521) 배면에 걸쳐 증발되었고, 이후 알루미늄의 유사한 층은 종형 증발기 내에서 섀도 마스크를 통해 옥시실라보란 막(523) 상에 증착되었다. 도 70에 도시된 바와 같이, 상부측 알루미늄은 캐소드 전극(524)을 형성하였고, 후면측 알루미늄은 애노드 전극(525)을 형성하였다. 본 예의 p-아이소타입 전기화학 정류기(520)의 전기적 특성은, 마이크로프로브에 의해 애노드 전극(525) 및 캐소드 전극(524)으로부터 얻어진 스위핑 신호를 통해, HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정되었다. 본 예의 p-아이소타입 전기화학 정류기(520)의 선형 전류-전압 특성은 도 71 및 도 72 내에서 2가지 별개의 전류-전압 범위로 도시되었다. 전기화학 정류기(520)는 표면 전기화학 전위의 변동에 의해 p-n 접합의 도움 없이, 비대칭 전기 전도성을 달성한다.Aluminum was evaporated over the entire backside of the substrate 521 in a vertical evaporator, and then a similar layer of aluminum was deposited on the oxysilaborane film 523 through a shadow mask in the vertical evaporator. As shown in FIG. 70 , the aluminum on the upper side forms the cathode electrode 524 , and the aluminum on the rear side forms the anode electrode 525 . The electrical properties of the p-isotype electrochemical rectifier 520 of this example were measured by a HP-4145 parameter analyzer through sweeping signals obtained from the anode electrode 525 and the cathode electrode 524 by a microprobe. The linear current-voltage characteristics of the p-isotype electrochemical rectifier 520 of this example are shown as two distinct current-voltage ranges in FIGS. 71 and 72 . The electrochemical rectifier 520 achieves asymmetric electrical conductivity without the aid of a p-n junction by fluctuations in surface electrochemical potential.

도 71에 도시된 바와 같이, 캐소드 전극(524)이 애노드 전극(525)에 대해 음으로 바이어스(순방향-바이어스)될 때 상당히 큰 전류가 흐른다. 캐소드 전극(524)이 애노드 전극(525)에 대하여 양으로 바이어스(역-바이어스)될 때, ~1V 넘어 증가된 역-바이어스를 통해 훨씬 더 작은 전류가 증가한다. 증가된 역-바이어스 전류는 비-이상적인 공정 조건으로 인한 유해한 계면 효과에 기인한 것으로 여겨진다. 순방향-바이어스 및 역-바이어스 로그 전류-전압 그래프가 도 73 및 도 74에 도시되었다. 비대칭 전류 전도는 내장된 전계로 인한 것이다.71, when the cathode electrode 524 is negatively biased (forward-biased) with respect to the anode electrode 525, a fairly large current flows. When the cathode electrode 524 is positively biased (reverse-biased) with respect to the anode electrode 525, a much smaller current increases through the reverse-bias increased beyond ˜1V. The increased reverse-bias current is believed to be due to detrimental interfacial effects due to non-ideal process conditions. Forward-biased and reverse-biased log current-voltage graphs are shown in FIGS. 73 and 74 . Asymmetric current conduction is due to the built-in electric field.

실시예 11Example 11

아산화 질소(N2O)의 유량이 20sccm에서 65sccm으로 증가된 한 가지를 제외하고, 실시예 10에 기술된 절차가 수행되었다. 본 예의 옥시실라보란 막(523)의 두께는 가변-각도 분광 타원계측법에 의해 12.4nm로 측정되었다. 본 예의 p-아이소타입 전기화학 정류기(520)의 전기적 특성은 마이크로프로브에 의해 애노드 전극(525) 및 캐소드 전극(524)으로부터 얻어진 스위핑 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정되었다. 이러한 본 예의 p-아이소타입 전기화학 정류기(520)의 선형 전류-전압 특성은 도 75 및 도 76에서 2개의 상이한 범위로 도시된다. 순방향-바이어스 및 역-바이어스 로그 전류-전압 그래프가 도 77 및 도 78에 도시된다. 본 예의 옥시실라보란 막(523)의 벌크 조성이 실질적으로 원형의 옥시실라보란 (B2- 12H4)2Si4O2+ 2의 벌크 조성이지만, 이후 논의될 이유 때문에 정류가 이상적이지 않은 것으로 보인다.The procedure described in Example 10 was performed, with one exception that the flow rate of nitrous oxide (N 2 O) was increased from 20 sccm to 65 sccm. The thickness of the oxysilaborane film 523 in this example was measured to be 12.4 nm by variable-angle spectroscopy ellipsography. The electrical properties of the p-isotype electrochemical rectifier 520 of this example were measured by a HP-4145 parameter analyzer through sweeping signals obtained from the anode electrode 525 and the cathode electrode 524 by a microprobe. The linear current-voltage characteristic of this example p-isotype electrochemical rectifier 520 is shown in two different ranges in FIGS. 75 and 76 . Forward-biased and reverse-biased log current-voltage graphs are shown in FIGS. 77 and 78 . Although the bulk composition of the oxysilaborane film 523 of this example is a bulk composition of substantially circular oxysilaborane (B 2 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2+ 2 , rectification is not ideal for reasons to be discussed later. seems to be

실시예 12Example 12

260℃에서 반응 시간이 12분에서 6분으로 감소된 한 가지를 제외하고 실시예 11에서 상술한 절차가 수행되었다. 본 예의 옥시실라보란 막(523)의 두께는 가변-각도 분광 타원계측법에 의해 7.8㎚로 측정되었다. 본 예의 p-아이소타입 전기화학 정류기(520)의 전기적 특성은 2개의 마이크로프로브에 의해 애노드 전극(525) 및 캐소드 전극(524)으로부터 얻어진 스위핑 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정되었다. 본 예의 p-아이소타입 전기화학 정류자(520)의 선형 전류-전압 특성은 도 79 내지 도 81의 3개의 상이한 전류-전압 범위로 도시된다. 순방향-바이어스 및 역-바이어스의 로그 전류-전압 특성은 도 82 및 도 83에 제공된다. 본 예의 정류 특성은 대부분 더 얇은 막(523)으로 인해 실시예 10 및 실시예 11에 비해 향상된다.The procedure described above in Example 11 was carried out with the exception that the reaction time at 260° C. was reduced from 12 minutes to 6 minutes. The thickness of the oxysilaborane film 523 in this example was measured to be 7.8 nm by variable-angle spectroscopic ellipsography. The electrical properties of the p-isotype electrochemical rectifier 520 of this example were measured by an HP-4145 parameter analyzer through sweeping signals obtained from the anode electrode 525 and the cathode electrode 524 by two microprobes. The linear current-voltage characteristics of the p-isotype electrochemical commutator 520 of this example are shown in three different current-voltage ranges in FIGS. The log current-voltage characteristics of forward-bias and reverse-bias are provided in FIGS. 82 and 83 . The rectifying properties of this example are improved compared to Examples 10 and 11, mostly due to the thinner film 523.

실시예 13Example 13

아산화질소(N2O)가 전혀 도입되지 않은 것을 제외하고, 실시예 12의 절차가 수행되었다. 도 84에 나타낸 실라보란 막(526)의 두께는 가변-각도 분광 타원계측법에 의해 11.4nm로 측정되었다. 디바이스(520)의 전기적 특성은 마이크로프로브에 의해 애노드 전극(525) 및 캐소드 전극(524)으로부터 얻어진 스위핑 신호를 통해 HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정되었다. 디바이스(520)의 선형 전류-전압 특성은 도 85 및 도 86에 도시된다. 순방향-바이어스 및 역-바이어스의 로그 전류-전압 그래프는 도 87 및 도 88에 도시된다.The procedure of Example 12 was followed except that no nitrous oxide (N 2 O) was introduced. The thickness of the silaborane film 526 shown in Fig. 84 was measured to be 11.4 nm by variable-angle spectroscopic ellipsography. The electrical properties of the device 520 were measured by an HP-4145 parameter analyzer through sweeping signals obtained from the anode electrode 525 and the cathode electrode 524 by a microprobe. The linear current-voltage characteristic of device 520 is shown in FIGS. 85 and 86 . The log current-voltage graphs of forward-bias and reverse-bias are shown in FIGS. 87 and 88 .

피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 및 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 사이의 근본적인 차이점은 산소의 결정적인 역할로 인해 실시예 11과 실시예 13의 전기화학 디바이스(520)의 정류의 근본적인 차이점에 의해 예시된다. 이들 예의 디바이스(520)의 차이는 피코결정성 막(523 및 526)의 산소 농도이다. 이제, 도 75를 참조하면, 실시예 11의 p-아이소타입 전기화학 정류기(520)의 전류는 캐소드 전극(524)이 애노드 전극(525)에 대해 점점 순방향-바이어스(즉, 음으로-바이어스)됨에 따라 상당히 증가한다. 도 77에 도시된 바와 같이, 실시예 11의 p-아이소타입 전기화학 정류기(520)의 순방향-바이어스 전류는 저-전류에서 바이어스 전압에 따라 선형적으로 증가하고, 완화 전압을 넘어 4차 전압 의존성에 따라 증가한다. 실시예 11의 정류기(520)의 순방향-바이어스 전류-전압 특성은 완화 전압 넘어 옥시실라보란 막(523)에 의해 공간-전하-제한되고, 거기서 전이 시간은 완화 시간보다 짧다.A fundamental difference between p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 and p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 picocrystalline oxysilaborane is that oxygen plays a crucial role. This is illustrated by the fundamental difference in rectification of the electrochemical device 520 due to Example 11 and Example 13. The difference in device 520 of these examples is the oxygen concentration of picocrystalline films 523 and 526 . Referring now to FIG. 75 , the current in the p-isotype electrochemical rectifier 520 of Example 11 is progressively forward-biased (ie, negatively-biased) with the cathode electrode 524 relative to the anode electrode 525 . increases considerably as the 77, the forward-bias current of the p-isotype electrochemical rectifier 520 of Example 11 increases linearly with the bias voltage at low-current, and beyond the relaxation voltage, the quaternary voltage dependence increases according to The forward-bias current-voltage characteristic of the rectifier 520 of Embodiment 11 is space-charge-limited by the oxysilaborane film 523 beyond the relaxation voltage, where the transition time is shorter than the relaxation time.

전기화학 정류기(520)가 역-바이어스되는 경우 다른 상황이 발생한다. 도 75를 참조하면, 실시예 11의 p-아이소타입 전기화학 정류자(520)의 전류는, 캐소드 전극(524)이 애노드 전극(525)에 대해 역-바이어스(즉, 양으로 바이어스)됨에 따라 감소된 비율로 증가한다. 이것은 실시예 11의 옥시실라보란 막(523)이 거의, 폐쇄-쉘 전자 구성의 고체를 구성하는 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2인 사실에 기인한다. 도 77의 로그-로그 그래프에 의해 표현된 전도 전류는 주입된 전하 플라즈마의 특성이다.Another situation arises when the electrochemical rectifier 520 is reverse-biased. Referring to FIG. 75 , the current of the p-isotype electrochemical commutator 520 of Example 11 decreases as the cathode electrode 524 is reverse-biased (ie, positively biased) with respect to the anode electrode 525 . increases at a given rate. This is due to the fact that the oxysilaborane film 523 of Example 11 is almost picocrystalline oxysilaborane p-(B 2 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 constituting a solid of closed-shell electronic configuration. is due to The conduction current represented by the log-log graph of FIG. 77 is a characteristic of the injected charged plasma.

전하 플라즈마가 반도체 또는 유전체에 주입될 때, 전류 밀도 및 전압은 충분히 높은 레벨의 전하 주입이 전하 중립성의 파괴로 인해 공간-전하-제한 전류 밀도를 초래할 때까지 선형적으로 변화한다. 반도체에서의 높은-준위의 전하 주입은 전압에 대한 공간-전하-제한 전류 밀도의 2차 의존성을 초래하는 경향이 있는 반면, 유전체에서의 높은-준위의 전하 주입은 전압에 대한 공간-전하-제한의 3차 의존성을 초래하는 경향이 있다. 반도체와 유전체 사이의 주된 차이점은 반도체가 음의 또는 양의 극성의 큰 이동-전하 농도를 특징으로 하는 반면, 유전체는 무시할만한 이동-전하 농도를 특징으로 한다는 점이다.When a charge plasma is injected into a semiconductor or dielectric, the current density and voltage change linearly until a sufficiently high level of charge injection results in a space-charge-limited current density due to the breakdown of charge neutrality. High-level charge injection in semiconductors tends to result in a quadratic dependence of space-charge-limiting current density on voltage, whereas high-level charge injection in dielectrics is space-charge-limiting on voltage. tends to lead to a tertiary dependence of The main difference between semiconductors and dielectrics is that semiconductors are characterized by large mobile-charge concentrations of negative or positive polarity, whereas dielectrics are characterized by negligible mobile-charge concentrations.

원칙적으로, 도 77에 도시된 정류기(520)의 로그-로그 전류-전압 특성은, 실시예 11의 옥시실라보란 막(523)이 유전체의 것과 유사한 이상적으로 폐쇄된-쉘 전자 구성을 갖는 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2의 벌크 구성을 갖기 때문에, 유전체에 주입된 전하 플라즈마의 특성이어야 한다. "Current Injection in Solids"라는 제목의 서적(Academic Press, 1970, pp. 250-275)에서 램퍼트(Lampert)와 마크(Mark)에 의해 구축된 바와 같이, 이동-전하 확산은 어느 한 접촉의 확산 길이 내에서 임의의 유전체의 플라즈마-주입 전류-전압 특성을 압도하여, 전류 밀도가 전압에 따라 기하급수적으로 변한다. 유전체 길이가 확산 길이보다 훨씬 큰 경우, 이동-전하 드리프트는 전류-전압 특성을 압도하여, 전류가 완화 전압(Vτ)까지의 전압에 따라 선형적으로 변화하고, 거기서 입방체 변형으로 공간-전하-제한된다. In principle, the log-log current-voltage characteristic of the rectifier 520 shown in Fig. 77 is such that the oxysilaborane film 523 of Example 11 is a picocrystal having an ideally closed-shell electronic configuration similar to that of a dielectric. Since the sex oxysilaborane has a bulk configuration of p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 , it should be characteristic of the charged plasma injected into the dielectric. As established by Lampert and Mark in a book titled "Current Injection in Solids" (Academic Press, 1970, pp. 250 - 275), transfer-charge diffusion is the diffusion of either contact. Overwhelms the plasma-injecting current-voltage characteristic of any dielectric within its length, so that the current density changes exponentially with voltage. When the dielectric length is much larger than the diffusion length, the moving-charge drift overwhelms the current-voltage characteristic, where the current changes linearly with the voltage up to the relaxation voltage (V τ ), where the space-charge- Limited.

예를 들어, 램퍼트와 마크에 의한 위의 참조문헌에 따라, 4mm의 고유 규소 구역 길이를 갖는 규소 p-i-n 다이오드는 10V의 완화 전압을 넘어 인가 전압에 대한 전류밀도의 3차 의존성을 갖는 공간-전하-제한 전류-전압 특성을 나타낸다. p-i-n 다이오드의 진성 규소 구역의 길이가 대략 1mm로 감소하면, 전류 밀도는 이동-전하 확산의 지배로 인하여 인가된 전압에 따라 기하급수적으로 변한다. 다시 도 77를 참조하면, 실시예 11의 전기화학 정류기(520)는 단지 12.4nm의 얇은 옥시실라보란 막(523) 내에서 드리프트 공간-전하-제한 전류-전압 특성을 가지며, 이는 실질적으로 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2의 벌크 구성인 벌크 조성을 갖는다.For example, according to the above reference by Lampert and Mark, a silicon pin diode with an intrinsic silicon domain length of 4 mm has a space-charge with a third-order dependence of the current density on the applied voltage beyond a relaxation voltage of 10 V. -Limited current-voltage characteristic. When the length of the intrinsic silicon region of the pin diode decreases to approximately 1 mm, the current density changes exponentially with the applied voltage due to the dominance of moving-charge diffusion. Referring again to FIG. 77, the electrochemical rectifier 520 of Example 11 has a drift space-charge-limiting current-voltage characteristic within a thin oxysilaborane film 523 of only 12.4 nm, which is substantially picocrystalline. Holy oxysilaborane has a bulk composition of p-( B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 .

이것은 외부 이동-전하 농도가 옥시실라보란 막(523)의 디바이 길이가 대략 4nm보다 작을 정도로 충분히 큰 경우에만 가능하다. 바람직한 조성 범위(2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤2)에 걸쳐 자체-조립된 피코결정성 옥시실라보란 (B12H4)xSiyOz의 외부 이동-전하 농도는, 이상적으로 대칭인 핵 구성을 가진 붕소 20면체의 핵 전기 4중극 모멘트에 기인하여, 이상적으로

Figure 112019066792969-pct00122
근처에서 일정하다. 외부 농도(p0)는 밴드갭 축소의 개시에 기여하는 단결정성 규소에서의 불순물 도핑 농도에 대응한다. 피코결정성 옥시실라보란 (B12H4)xSiyOz은, 폐쇄-쉘 전자 구성 및 또한 규소에서 밴드갭 축소의 시작 근처에서 외부 이동-전하 농도를 나타낸다는 점에서 새로운 구성이다.This is possible only when the external transfer-charge concentration is sufficiently large such that the Debye length of the oxysilaborane film 523 is less than approximately 4 nm. External transfer-charge of self-assembled picocrystalline oxysilaborane (B 12 H 4 ) x Si y O z over the preferred composition range (2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤2) The concentration is ideally due to the nuclear electric quadrupole moment of a boron icosahedron with an ideally symmetrical nuclear configuration.
Figure 112019066792969-pct00122
constant nearby. The external concentration p 0 corresponds to the impurity doping concentration in monocrystalline silicon that contributes to the onset of bandgap narrowing. The phycocrystalline oxysilaborane (B 12 H 4 ) x Si y O z is a novel configuration in that it exhibits a closed-shell electronic configuration and also an external transfer-charge concentration near the onset of bandgap narrowing in silicon.

바람직한 조성물 범위(2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤2)에 걸쳐 피코결정성 옥시실라보란 (B12H4)xSiyOz에서의 전하 전도의 주요한 요소는 붕소 20면체의 핵 전기 4중극 모멘트로부터 초래되는 불변성 외부 전하 농도(p0)이고, 결과적으로 통상적인 반도체 불순물 도핑에 의해 영향을 받지 않는다. 외부 전하 농도(p0)는 옥시실라보란 막에서의 산소의 혼입에 의해 영향을 받지 않는다. 이를 이해하기 위해 식 (66)-식 (67)이 결합되어, 다음 관계를 얻는다.A major component of charge conduction in phycocrystalline oxysilaborane (B 12 H 4 ) x Si y O z over the preferred composition range (2≤x≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤2) is boron It is an invariant external charge concentration (p 0 ) resulting from the nuclear electric quadrupole moment of an icosahedron, and consequently not affected by conventional semiconductor impurity doping. The external charge concentration (p 0 ) is not affected by the incorporation of oxygen in the oxysilaborane film. To understand this, equations (66)-(67) are combined to obtain the following relation.

Figure 112019066792969-pct00123
Figure 112019066792969-pct00123

완화 시간(τ)은 전하 이동도(μ)와 외부 전하 농도(p0) 모두에 의존하는 반면, 이완 전압(Vτ)은 선호 조성 범위(2≤X≤4, 3≤y≤5, 0≤z≤2)에 걸쳐 피코결정성 옥시실라보란 (B12H4)xSiyOz에서 불변성인 후자에 의존한다. 결과적으로, 공통 두께를 갖는 옥시실라보란 막은 공통 완화 전압(Vτ)을 갖는다. 실시예 13에 따라 증착된 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 고체(526)는 도 87 및 도 88에서 11.4nm의 두께 및 완화 전압(

Figure 112019066792969-pct00124
)을 나타낸다. 실시예 11에 따른 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 고체(523)는 도 77 및 도 78에서 12.4nm의 두께 및 완화 전압(
Figure 112019066792969-pct00125
)을 나타낸다. 실시예 13에 따라 증착된 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 고체(526) 및 실시예 11에 따른 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 고체(523)가 공통 완화 전압(Vτ)을 갖지만, 이들은 상이한 전하 이동도(μ)로 인해 상이한 전도율(σ)을 갖는다. 결과적으로, 엔탈피는 본질적으로 일정하여, 전하 확산이 근본적으로 혼합의 엔트로피에 기인한다.The relaxation time (τ) depends on both the charge mobility (μ) and the external charge concentration (p 0 ), while the relaxation voltage (V τ ) is in the favored composition range (2≤X≤4, 3≤y≤5, 0). ≤z≤2) depends on the latter being invariant in phycocrystalline oxysilaborane (B 12 H 4 ) x Si y O z . As a result, oxysilaborane films having a common thickness have a common relaxation voltage (V τ ). The picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 solid 526 deposited according to Example 13 had a thickness of 11.4 nm and a relaxation voltage (
Figure 112019066792969-pct00124
) is indicated. The phycocrystalline oxysilaborane p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 solid 523 according to Example 11 had a thickness of 12.4 nm and a relaxation voltage (
Figure 112019066792969-pct00125
) is indicated. Picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 solid 526 as deposited according to Example 13 and picocrystalline oxysilaborane p-(B 2 12 H 4 ) 2 according to Example 11 Although Si 4 O 2 + 2 solids 523 have a common relaxation voltage (V τ ), they have different conductivity (σ) due to different charge mobility (μ). Consequently, the enthalpy is essentially constant, such that charge diffusion is essentially due to the entropy of mixing.

이중 폴라론 홀-쌍은 약 2개의 디바이 길이만큼 포노볼테익 전지(400)의 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 캐소드 구역(402)으로 확산된다. 구역(401 및 402)의 야금학적 접합부에 근방의 공간-전하 구역에서, 개방-회로 전계(E)는 도 21의 구역(402) 내의 옥시실라보란 이중 양이온으로부터 나와, 포노볼테익 전지(400)의 구역(401) 내의 실라보란 이중 음이온에서 종료된다. 전계 라인이 전하 쌍과 관련되고, 전계의 확장이 구역(402) 내로 약 2 디바이 길이의(LD)이므로, 포노볼테익 전지(400)의 결합 구역(401 및 402) 사이의 개방-회로 전계(E)는 제 1 근사에 의해 다음과 같이 주어진다.The double polaron hole-pair is about two Dibye long into the phycocrystalline oxysilaborane p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 cathode region 402 of the phonovoltaic cell 400 . It spreads. In the space-charge zone near the metallurgical junction of zones 401 and 402 , an open-circuit electric field E emanates from the oxysilaborane double cation in zone 402 of FIG. 21 , phonovoltaic cell 400 . It terminates at the silaborane double anion in the region 401 of The open-circuit electric field between the coupling regions 401 and 402 of the phonovoltaic cell 400 as an electric field line is associated with a pair of charges, and the extension of the electric field into region 402 is about 2 diby long (L D ) into region 402 . ( E ) is given by the first approximation as

Figure 112019066792969-pct00126
Figure 112019066792969-pct00126

양자 열중성자화에 의해 생성된 플랑크 공진기가 3k의 이상적인 열용량을 가지므로, 식 (69)의 전계는 다음과 같이 된다.Since the Planck resonator generated by quantum thermal neutronization has an ideal heat capacity of 3k, the electric field in Equation (69) becomes as follows.

Figure 112019066792969-pct00127
Figure 112019066792969-pct00127

실온에서, 식(70)에 따른 전계(E)는 ~4nm의 디바이 길이(LD)에 대해 ~5×104V/cm이다. 도 21의 포노볼테익 전지(400)의 캐소드 구역(402)의 두께가 확산 길이보다 작은 경우에만, 식 (70)의 개방-회로 전계는 결합된 애노드와 캐소드 구역(401 및 402) 사이의 개방-회로 기전력(V)으로서 부분적으로 나타날 것이다. 상온에서 전계에 저장된 전기 에너지는 ~39meV이다. 식 (70)의 전계는, 공간-전하-제한 전류 밀도가 적어도 부분적으로 확산 제한될 경우, 그리고 오로지 이 경우에만 외부 전극에서 나타날 수 있다.At room temperature, the electric field ( E ) according to equation (70) is ∼5×10 4 V/cm for a Debye length ( LD ) of ∼4 nm. Only when the thickness of the cathode region 402 of the phonovoltaic cell 400 of FIG. 21 is less than the diffusion length, the open-circuit electric field in equation (70) is the open-circuit field between the coupled anode and cathode regions 401 and 402 - will appear partially as the circuit electromotive force (V). The electrical energy stored in the electric field at room temperature is ~39meV. The electric field in equation (70) can appear at the outer electrode if, and only in this case, the space-charge-limited current density is at least partially diffusion limited.

위의 예들에서 가장 얇은 피코결정성 옥시실라보란 막이 실시예 12에서 7.8㎚인 반면, 공간-전하-제한 전류 밀도가 적어도 부분적으로 이동 전하의 확산에 기인하기 때문에 막 두께는 충분히 얇지 않다. 포노볼테익 전지(400) 내의 외부 캐소드 전극(403)과 외부 애노드 전극(403) 사이의 개방-회로 전압(Vout)을 발생시키기 위해, 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 및 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 캐소드 구역(402)의 두께는 ~4nm보다 작아야 한다. 이것은 아래 예에서 기술하는 바와 같이 문제를 야기한다.While the thinnest picocrystalline oxysilaborane film in the above examples is 7.8 nm in Example 12, the film thickness is not thin enough because the space-charge-limiting current density is at least partially due to diffusion of mobile charges. To generate an open-circuit voltage (V out ) between the external cathode electrode 403 and the external anode electrode 403 in the phonovoltaic cell 400 , picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 The thickness of the Si 5 anode region 401 and the picocrystalline oxysilaborane p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 cathode region 402 should be less than ˜4 nm. This causes problems, as described in the example below.

실시예 14Example 14

도 89를 참조하면, 5Ω-cm의 고유저항을 갖는 100mm 직경의 단결정성 (001) p-형 규소 기판(527)이 증착 챔버를 차단하는 로드-록 시스템에 의해 EMCORE D-125 MOCVD 반응기 내의 저항-가열된 몰리브덴 서셉터상에 로딩되었다. 증착 챔버는 50mtorr 미만으로 펌핑되었고, 거기서 150sccm의 유량으로 수소내 체적 3%의 디보란 혼합물 B2H6(3%)/H2(97%) 및 300sccm의 유량으로 수소내 체적 2%의 모노실란 혼합물 SiH4(2%)/H2(98%)가 증착 챔버 내에 도입되었다. 동시에 희석되지 않은 아산화질소(N2O)가 20sccm의 유량으로 도입되었다. 반응 가스는 증착 챔버에 들어가기 전에 함께 혼합되도록 허용되었다. 반응 가스의 안정화시, 챔버 압력은 서셉터가 1,100 rpm으로 회전되는 동안 1.2torr로 조절되었다. 기판 온도는 온도를 더 높이기 전에 저항-가열 서셉터에 의해 230℃로 증가되었다.Referring to FIG. 89, a 100 mm diameter monocrystalline (001) p-type silicon substrate 527 with a resistivity of 5 Ω-cm is resisted in an EMCORE D-125 MOCVD reactor by a load-lock system that shuts off the deposition chamber. - Loaded on a heated molybdenum susceptor. The deposition chamber was pumped to less than 50 mtorr, where the diborane mixture B 2 H 6 (3%)/H 2 (97%) by volume 3% in hydrogen at a flow rate of 150 seem and mono 2% by volume in hydrogen at a flow rate of 300 seem. A silane mixture SiH 4 (2%)/H 2 (98%) was introduced into the deposition chamber. At the same time, undiluted nitrous oxide (N 2 O) was introduced at a flow rate of 20 sccm. The reactant gases were allowed to mix together before entering the deposition chamber. Upon stabilization of the reaction gas, the chamber pressure was adjusted to 1.2 torr while the susceptor was rotated at 1,100 rpm. The substrate temperature was increased to 230° C. by a resistance-heated susceptor before raising the temperature further.

2분 후, 서셉터 온도는 260℃로 추가로 상승되어 안정화되었고, 화학 반응은 12분 동안 진행되었다. 서셉터 가열은 확보되었고, 샘플은 증착 챔버에서 제거되기 전에 반응 가스 내에서 80℃ 미만으로 냉각되었다. 도 89에 도시된 바와 같이, 얇은 옥시실라보란 막(528)이 규소 기판(527)상에 증착되었다. 본 예의 옥시실라보란 막(528)의 두께는 가변-각도 분광 타원계측법에 의해 8.2nm로 설정되었다. 작은 두께는 유해한 비정상을 옥시실라보란 막(528) 내에 도입한다.After 2 minutes, the susceptor temperature was further increased to 260° C. to stabilize, and the chemical reaction proceeded for 12 minutes. Susceptor heating was ensured and the sample was cooled to less than 80° C. in the reaction gas before being removed from the deposition chamber. 89, a thin oxysilaborane film 528 was deposited on the silicon substrate 527. As shown in FIG. The thickness of the oxysilaborane film 528 in this example was set to 8.2 nm by variable-angle spectroscopic ellipsography. The small thickness introduces deleterious abnormalities into the oxysilaborane film 528 .

본 예의 옥시실라보란 막(528)의 X-선 광전자 분광법(XPS)은 작은 두께에 의해 방해받았다. XPS는 다수의 반복된 표면 측정 사이에서 샘플의 아르곤 스퍼터링에 의해 깊이 프로파일을 설정하는데 사용할 수 있는 표면 분석 방법이다. 광전자는 실제 표면에 국한되지 않고, 오히려 5.0nm 이상의 표면 아래의 깊이에서 방출될 수 있다. 깊이 프로파일 해상도를 더 양호하게 개선하기 위해, 광전자의 탈출 깊이가 2.5nm 정도가 되도록 이탈 각도는 20°로 감소되었다. 본 예의 옥시실라보란 막(528)의 두께가 8.2nm이기 때문에, 각각의 벌크 측정값은 계면 효과를 그것으로 통합시킨다. 최고의 데이터 포인트는 각 계면에서 오로지 4.1nm이다. 이러한 이해를 조건으로, 도 90의 본 예의 옥시실라보란 막(528)의 XPS 깊이 프로파일은, 피크 붕소 농도에서 붕소, 규소 및 산소의 상대 벌크 원자 농도를 83.4%, 11.1% 및 5.5%로 결정했다.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the oxysilaborane film 528 of this example was hampered by its small thickness. XPS is a surface analysis method that can be used to establish a depth profile by argon sputtering of a sample between multiple repeated surface measurements. The photoelectrons are not confined to the actual surface, but rather can be emitted at depths below the surface of 5.0 nm or more. To better improve the depth profile resolution, the escape angle was reduced to 20° so that the escape depth of the photoelectrons was on the order of 2.5 nm. Since the thickness of the oxysilaborane film 528 in this example is 8.2 nm, each bulk measurement incorporates the interfacial effect into it. The best data point is only 4.1 nm at each interface. Subject to this understanding, the XPS depth profile of the oxysilaborane film 528 of this example of FIG. 90 determined that the relative bulk atomic concentrations of boron, silicon and oxygen at peak boron concentrations were 83.4%, 11.1%, and 5.5%. .

피크 붕소 농도에서의 조성물은 원형 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2+ 2에 따른다. 유해한 조성 변동(실제 및 측정 이상)은 계면들 모두의 근처에서 발생한다. 본 예에서 XPS 깊이 프로파일에 의해 측정된 원형 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 내의 조성 편차는 내부 광전자의 결합 에너지, 특히 규소 2p 전자 결합 에너지의 변화에 관련된다. 산소 1s 전자 결합 에너지는 표면에서 531.5eV로, 본 예의 옥시실라보란 막(528)의 중간 부근에서 531.4eV로, 그리고 규소 기판(527) 부근에서 530.8eV로 측정되었다. 본 예의 붕소 1s 전자 결합 에너지는 XPS에 의해, 표면에서 187.3eV로, 본 예의 옥시실라보란 막(528)의 중간에서 187.6eV로, 그리고 규소 기판(527) 근처에서 187.6eV로 측정되었다. 위의 결합 에너지는 거의 이상적이다.The composition at the peak boron concentration is according to the circular phycocrystalline oxysilaborane p-( B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2+ 2 . Detrimental compositional variations (actual and measurable) occur in the vicinity of both interfaces. In this example, the compositional deviations in the circular picocrystalline oxysilaborane p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 measured by XPS depth profile were determined by the binding energies of internal photoelectrons, especially silicon 2p electron binding energies. is related to the change of The oxygen 1s electron binding energy was measured to be 531.5 eV at the surface, 531.4 eV near the middle of the oxysilaborane film 528 of this example, and 530.8 eV near the silicon substrate 527 . The boron 1s electron binding energy of this example was measured by XPS to be 187.3 eV at the surface, 187.6 eV in the middle of the oxysilaborane film 528 of this example, and 187.6 eV near the silicon substrate 527 . The above binding energies are almost ideal.

이들 결합 에너지는 위의 이전의 예에서 XPS에 의해 측정된 붕소 결합 에너지와 일치한다. 그러나 다른 모든 예와 상당히 다른 것은, 표면 근처의 규소 2p 전자 결합 에너지에 이중 에너지 피크의 존재이며, 낮은 피크는 99.7eV이다. 규소 2p 전자의 결합 에너지는 옥시실라보란 막(528)의 중간 및 규소 기판(527) 근처에서 99.3eV이다. 이 단일 에너지 피크의 결합 에너지는 위에서 개시된 종래 예에서의 단일 에너지 피크와 일치한다. 본 예와 유사한 피코결정성 옥시실라보란 고체의 열처리 프로파일이 도 91에 도시된다. 온도는 세로축을 따라 표시되고, 경과 시간은 횡좌표를 따라 초 단위로 표시된다.These binding energies are consistent with the boron binding energies measured by XPS in the previous example above. However, significantly different from all other examples is the presence of a dual energy peak at the silicon 2p electron binding energy near the surface, the lower peak being 99.7 eV. The binding energy of silicon 2p electrons is 99.3 eV in the middle of the oxysilaborane film 528 and near the silicon substrate 527 . The binding energy of this single energy peak coincides with the single energy peak in the conventional example disclosed above. A heat treatment profile of a picocrystalline oxysilaborane solid similar to this example is shown in FIG. 91 . Temperature is displayed along the vertical axis, and elapsed time is displayed in seconds along the abscissa.

도 91에서 냉각 시간이 12분(840초에서 1680초까지)인 것을 주목할 만하다. 막 무결성은 더 신속한 냉각으로 개선될 수 있다. 본 예의 옥시실라보란 막(528)의 바람직하지 않은 표면 산화는 샘플 냉각 중에 발생하는 것으로 공지되어 있다. 이러한 유해한 산화는 도 21에 도시된 포노볼테익 전지(400)에서 제거되어야 한다. 과도한 산소 및 규소는 바람직한 온도로의 온도 상승 동안 도입된 자연 산화물 및 다른 흡착된 오염물로 인해 규소 기판(527) 근처의 옥시실라보란 막(528)에 혼입되는 것이 추가로 공지되어 있다. 도 34의 고-해상도 투과 전자 현미경 사진(HRTEM)에 도시된 바와 같이, 유해 계면 층(503)은 ~2nm 두께이다. 계면 층은 도 21에 도시된 포노볼테익 전지(400)의 성공적인 동작을 방해한다.It is noteworthy that the cooling time in FIG. 91 is 12 minutes (from 840 seconds to 1680 seconds). Film integrity can be improved with faster cooling. Undesirable surface oxidation of the oxysilaborane film 528 of this example is known to occur during sample cooling. This detrimental oxidation must be removed in the phonovoltaic cell 400 shown in FIG. 21 . It is further known that excess oxygen and silicon are incorporated into the oxysilaborane film 528 near the silicon substrate 527 due to native oxides and other adsorbed contaminants introduced during temperature rise to the desired temperature. As shown in the high-resolution transmission electron micrograph (HRTEM) of FIG. 34 , the hazardous interfacial layer 503 is ˜2 nm thick. The interfacial layer prevents successful operation of the phonovoltaic cell 400 shown in FIG. 21 .

피코결정성 애노드 구역(401) 및 캐소드 구역(402)의 조성물의 유해한 변동을 치유하기 위해, 도 21의 포노볼테익 전지(400)는 원 위치에서 불변의 증착 온도로 처리되어야 한다. 포노볼테익 전지(400) 내의 금속 전극(403)은 적합한 알루미늄 전구체를 사용하여 MOCVD 증착에 의해 원 위치에 증착된다. 하나의 이러한 전구체는 트리메틸아민 알란(TMAA) H3AlN(CH3)3이다. TMAA에 의한 알루미늄 나노와이어의 증착은 벤슨(Benson) 등에 의해 "Chemical Vapor Deposition of Aluminum Nanowires on Metal Substrates for Electrical Energy Storage Applications"(ACS Nano 6(1), pp. 118-125(2012))에서 상세하게 논의되었다. 예로서, 규소 웨이퍼와 같은 적합한 기판이 50mtorr 미만으로 펌핑되는 실시예 14에 따른 EMCORE D-125 MOCVD 반응기에 삽입될 수 있다.To compensate for deleterious variations in the composition of the picocrystalline anode region 401 and cathode region 402, the phonovoltaic cell 400 of FIG. 21 must be subjected to an in situ and constant deposition temperature. The metal electrode 403 in the phonovoltaic cell 400 is deposited in situ by MOCVD deposition using a suitable aluminum precursor. One such precursor is trimethylamine alan (TMAA) H 3 AlN(CH 3 ) 3 . Deposition of aluminum nanowires by TMAA is detailed in "Chemical Vapor Deposition of Aluminum Nanowires on Metal Substrates for Electrical Energy Storage Applications" (ACS Nano 6(1), pp. 118-125(2012)) by Benson et al. has been discussed For example, a suitable substrate, such as a silicon wafer, may be inserted into an EMCORE D-125 MOCVD reactor according to Example 14 that is pumped to less than 50 mtorr.

트리메틸아민 알란(TMAA) H3AlN(CH3)3은 50sccm의 유량으로 수소 캐리어 가스에 의해 증착 챔버 내로 도입된다. 기판이 ~230℃로 가열되는 동안 증착 챔버 압력은 2 내지 4torr로 조절된다. 대략 10nm의 알루미늄이 증착된 후, TMAA의 흐름을 정지시키고, 150sccm의 유량으로 수소내 체적 3%의 디보란 혼합물 B2H6(3%)/H2(97%)과 300sccm의 유량으로 수소내 체적 2%의 모노실란 혼합물 SiH4(2%)/H2(98%)이 함께 증착 챔버 내에 도입된다. 기판 온도는 ~230℃로 유지되고, ~1 내지 3nm의 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5의 얇은 층이 증착될 때까지 반응이 수 분 동안 진행되는 것이 허용되고, 거기서 희석되지 않은 아산화질소(N2O)가 20sccm의 유량으로 수소화물 가스가 흐르는 동안 증착 챔버 내로 갑자기 도입된다.Trimethylamine alan (TMAA) H 3 AlN(CH 3 ) 3 is introduced into the deposition chamber by a hydrogen carrier gas at a flow rate of 50 sccm. The deposition chamber pressure is adjusted to 2-4 torr while the substrate is heated to ~230°C. After approximately 10 nm of aluminum was deposited, the flow of TMAA was stopped, and the diborane mixture B 2 H 6 (3%)/H 2 (97%) of 3% by volume in hydrogen at a flow rate of 150 sccm and hydrogen at a flow rate of 300 sccm A monosilane mixture SiH 4 (2%)/H 2 (98%) of 2% internal volume is introduced into the deposition chamber together. The substrate temperature is maintained at ˜230° C., and the reaction is allowed to proceed for several minutes until a thin layer of ˜1 to 3 nm of picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 is deposited, There undiluted nitrous oxide (N 2 O) is suddenly introduced into the deposition chamber while flowing a hydride gas at a flow rate of 20 sccm.

기판 온도는 ~230℃로 유지되고, ~1 내지 3nm의 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2+ 2의 얇은 층이 증착될 때까지 반응이 수 분 동안 진행되는 것이 허용되고, 거기서 수소화물 및 아산화질소의 흐름이 정지되고, TMAA의 수소 캐리어 가스가 50sccm의 유량으로 증착 챔버 내로 재도입된다. 반응은 대략 10nm의 알루미늄이 증착될 때까지 진행하도록 허용된다. 공정의 이 시점에, 원 위치에 p-이소타입 정류기(404)가 형성되었다. 알루미늄 증착 동안 탄소의 공-증착을 최소화하고, 얇은 애노드 구역(401) 및 캐소드 구역(402)의 성장 속도를 최적화하기 위해, 증착 압력 및 온도가 조절될 수 있음을 이해해야 한다.The substrate temperature is maintained at ~230 °C, and the reaction takes several minutes until a thin layer of ~1-3 nm picocrystalline oxysilaborane p-(B 2-12 H 4 ) 2 Si 4 O 2+ 2 is deposited. is allowed to proceed, where the flow of hydride and nitrous oxide is stopped, and the hydrogen carrier gas of TMAA is reintroduced into the deposition chamber at a flow rate of 50 seem. The reaction is allowed to proceed until approximately 10 nm of aluminum has been deposited. At this point in the process, a p-isotype rectifier 404 was formed in situ. It should be understood that the deposition pressure and temperature can be adjusted to minimize the co-deposition of carbon during aluminum deposition and to optimize the growth rate of the thin anode region 401 and cathode region 402 .

피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 및 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 캐소드 구역(402)의 증착 시간은 상기 구역의 두께를 최소화하도록 조절될 수 있다. 상술한 바와 같이, p-아이소타입 정류기(404)의 원 위치 증착은, 포노볼테익 파일로 불리는 다수의 p-아이소타입 정류기(404)를 초래하는 원 위치의 MOCVD 증착에 의해, 도 21에 도시된 포노볼테익 전지(400)를 형성하도록, 원 위치 기반으로 반복될 수 있다. 원 위치 포노볼테익 전지(400)는 20 내지 50개의 p-아이소타입 정류기(404)를 갖는 포노볼테익 파일을 포함한다. MOCVD 증착 챔버로부터 제거시, 개별 포노볼테익 전지(400)는 통상적인 리소그래피를 사용하여 p-아이소타입 정류기(404)의 포노볼테익 파일을 에칭하는 플라즈마에 의해 형성된다.phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 and picocrystalline oxysilaborane p-(B 2 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 cathode region 402 The deposition time of can be adjusted to minimize the thickness of the zone. As discussed above, the in situ deposition of the p-isotype rectifier 404 is shown in FIG. 21 by in situ MOCVD deposition resulting in a number of p-isotype rectifiers 404 called phonovoltaic piles. It can be repeated on an in situ basis to form a phonovoltaic cell 400 that has been replaced. The in situ phonovoltaic cell 400 includes a phonovoltaic pile with 20 to 50 p-isotype rectifiers 404 . Upon removal from the MOCVD deposition chamber, individual phonovoltaic cells 400 are formed by plasma etching the phonovoltaic piles of p-isotype rectifier 404 using conventional lithography.

위에서 논의된 바와 같이, p-아이소타입 정류기(404)의 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 및 결합된 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2+ 2 캐소드 구역(402)의 야금 접합부를 가로지르는 개방-회로 전계(E)는 약 2 디바이 길이(LD)만큼 각각의 이러한 구역 내로 연장된다. p-아이소타입 정류기(404)의 개방-회로 전계(E)의 크기는 이상적으로 식 (70)에 의해 주어진다. 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 및 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 캐소드 구역(402)의 두께를 디바이 길이보다 짧게(즉, ~4nm보다 작게) 형성함으로써, 개방-회로 전계의 압축에 의해 수행되는 작업은 각각의 p-아이소타입 정류기(404)의 개방-회로 전압으로서 나타난다. 각각의 p-아이소타입 정류기(404)의 개방-회로 전압은 ~26mV에서 최적화될 수 있다. 본 발명의 바람직한 양태는 개방-회로 전압을 유지한다.As discussed above, phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 of p-isotype rectifier 404 and bound picocrystalline oxysilaborane p-(B 2 ) - 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2+ 2 The open-circuit electric field E traversing the metallurgical junction of cathode region 402 extends into each such region by about 2 Diby lengths L D . The magnitude of the open-circuit electric field E of the p-isotype rectifier 404 is ideally given by equation (70). phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 and picocrystalline oxysilaborane p-(B 2 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 cathode region 402 By making the thickness of m shorter than the diby length (ie, less than ˜4 nm), the work performed by the compression of the open-circuit electric field appears as the open-circuit voltage of each p-isotype rectifier 404 . The open-circuit voltage of each p-isotype rectifier 404 can be optimized at ˜26 mV. A preferred aspect of the present invention maintains an open-circuit voltage.

본 발명에 따라 제조된 포노볼테익 전지(400)의 고도로 새로운 동작 모드의 논리적 설명은 깁스 자유 에너지 및 깁스 자유 엔트로피와 관련하여 주어질 수 있다고 믿어진다. 이들 두 실체는 "A Method of Geometrical Representation of the Thermodynamic Properties of Substances by Means of Surfaces"(Transactions of the Connecticut Academy, II. pp. 382-404, 1873 12월)에서 엄밀히 Gibbs(1873)를 따르는 방식으로 한정될 것이다. 여기에 사용된 깁스 자유 에너지는 하나의 본체 또는 다체 시스템이 체적을 증가시키거나, 엔트로피를 감소시키지 않고 감소될 수 있게 하는 에너지이다. 깁스(1873)에 따르면, 깁스의 자유 에너지는 도 92에서 "[E]축에 평행하게 측정된 소산 에너지의 표면으로부터 초기 상태를 나타내는 점(A)의 거리에 의해 기하학적으로 표현된다".It is believed that a logical description of the highly novel mode of operation of a phonovoltaic cell 400 made in accordance with the present invention can be given in terms of Gibbs free energy and Gibbs free entropy. These two entities are described in "A Method of Geometrical Representation of the Thermodynamic Properties of Substances by Means of Surfaces" (Transactions of the Connecticut Academy, II. pp. 382-404, December 1873) in a manner strictly following Gibbs (1873). will be limited As used herein, Gibbs free energy is the energy that allows a body or multibody system to decrease without increasing its volume or decreasing its entropy. According to Gibbs (1873), Gibbs' free energy is "geometrically represented by the distance of the point A representing the initial state from the surface of the dissipated energy measured parallel to the [E] axis" in FIG.

본 명세서에서 사용된 깁스 자유 엔트로피는, 하나의 본체 또는 다체 시스템이 그 에너지를 변화시키거나, 체적을 증가시키지 않고, 증가될 수 있게 하는 엔트로피이다. 깁스(1873)의 초기 방향에 뒤이어, 깁스 자유 엔트로피는 "도 93에서 [S] 축에 평행하게 측정된 소산 에너지의 표면으로부터 초기 상태를 나타내는 점의 거리에 의해 기하학적으로 표현된다". 깁스 자유 에너지는 종래 기술에서 비평형 상태의 평형에 널리 사용된다. 본 발명의 바람직한 양태는 새롭고 유용한 방식으로 깁스 자유 엔트로피를 이용한다. 깁스 자유 에너지 및 깁스 자유 엔트로피는 도 21의 포노볼테익 전지(400)의 동작을 나타내는 도 23의 양자 열역학 사이클에 포함된다. 초기 초점은 도 23에서 등온 상 전이(B->C) 동안의 깁스 자유 엔트로피에 집중된다.Gibbs free entropy, as used herein, is the entropy that allows a body or multiple body system to increase without changing its energy or increasing its volume. Following the initial orientation of Gibbs (1873), the Gibbs free entropy is "geometrically represented in FIG. 93 by the distance of the point representing the initial state from the surface of the dissipated energy measured parallel to the [S] axis". Gibbs free energy is widely used in the prior art for equilibrium in a non-equilibrium state. A preferred aspect of the present invention exploits Gibbs free entropy in a novel and useful way. Gibbs free energy and Gibbs free entropy are included in the quantum thermodynamic cycle of FIG. 23 , which represents the operation of the phonovoltaic cell 400 of FIG. 21 . The initial focus is on the Gibbs free entropy during the isothermal phase transition (B->C) in FIG. 23 .

피코결정성 옥시실라보란을 포함하는 인공 핵(104)의 체적은 포노볼테익 전지(400)의 동작시 불변으로 유지된다. 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401)의 에너지 및 온도는 모두 등온 상 전이(B->C) 도중에 불변으로 유지된다. 상 전이 엔트로피(Strans)의 감소는 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 내의 인공 핵(104)의 깁스 자유 엔트로피에 기인한다. 등온 상 전이(B->C) 동안 깁스 자유 엔트로피(20면체 내의 얽힌 엔트로피(Sent)의 형태)는 보상되지 않는 증가를 겪어, 깁스 자유 엔트로피의 전개시 깁스(1873)가 예측한 바와 같이 상 전이 엔트로피(Strans)의 감소에 의해 이와 같이 수반되는 인공 핵(104)의 양자 국소화가 존재한다. The volume of the artificial nucleus 104 containing the phycocrystalline oxysilaborane remains unchanged during the operation of the phonovoltaic cell 400 . Both the energy and temperature of the phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 remain unchanged during the isothermal phase transition (B->C). The decrease in the phase transition entropy (S trans ) is due to the Gibbs free entropy of the artificial nucleus 104 in the picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 . During the isothermal phase transition (B->C), the Gibbs free entropy (in the form of entangled entropy (S ent ) within the icosahedron) undergoes an uncompensated increase, so that upon the development of the Gibbs free entropy, the phase as predicted by Gibbs (1873) There is this concomitant quantum localization of the artificial nucleus 104 by a decrease in the transition entropy (S trans ).

얽힘 엔트로피(Sent)와 관련된 깁스 자유 엔트로피의 자발적 증가를 겪는 인공 핵(104)의 새로운 능력은 본 발명의 바람직한 양태의 새롭고 유용한 특성이고, 이는 종래 기술에서 다른 임의의 알려진 20면체의 붕소-풍부한 고체에 의해 설명되지 못했다. 포노볼테익 전지(400)에서 깁스 자유 엔트로피를 이용할 수 있는 능력은, 종래 기술에서의 다른 모든 20면체의 붕소-풍부 고체에서 얀-텔러 왜곡에 의한 다 원자 전자 궤도 축퇴의 들어올림 대신에, 스핀-궤도 결합에 의한 다 원자 전자 궤도 축퇴의 들어올림에 기인한 20면체 대칭을 보유하는 인공 핵(104)의 결과이다. 이것은 맥스웰이 1861년에 처음으로 고려하였고, 종래 기술에서 곧 영구적으로 손실된, 고도로 새롭고 유용한 로렌츠(Lorentz)의 힘에 기인한다.The novel ability of the artificial nucleus 104 to undergo a spontaneous increase in Gibbs free entropy associated with entanglement entropy (S ent ) is a novel and useful property of a preferred aspect of the present invention, which is a boron-rich icosahedral of any other known in the art. could not be explained by the solid. The ability to take advantage of Gibbs free entropy in the phonovoltaic cell 400 is that, instead of lifting of polyatomic electron orbital degeneracy due to Jan-Teller distortion in all other icosahedral boron-rich solids in the prior art, spin, The result is an artificial nucleus 104 that retains icosahedral symmetry due to the lifting of polyatomic electron orbital degeneracy by orbital bonding. This is due to the highly new and useful Lorentz power, first considered by Maxwell in 1861, and soon permanently lost in the prior art.

전하의 실제 변위 없이 공간 전체에 걸쳐 전기적 작용을 대체할 수 있는 능력은 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)에 의해 전자기학의 초기 전개시 처음으로 고려되었다. "A Dynamic Theory of the Electromagnetic Field"라는 제목의 1865년 세미나 논문(The Scientific Papers of James Clerk Maxwell, Vol. I, Dover, 2003, p.526)에서, 맥스웰은 아래에 현대 형태로 요약된 바와 같이, 전자기장에 대한 그의 일반적인 방정식을 공식적으로 소개했다.The ability to displace electrical action throughout space without the actual displacement of an electric charge was first considered by James Clerk Maxwell in his early developments in electromagnetism. In an 1865 seminar paper entitled "A Dynamic Theory of the Electromagnetic Field" (The Scientific Papers of James Clerk Maxwell, Vol. I, Dover, 2003, p. 526), Maxwell, as summarized below in modern form, , formally introduced his general equations for electromagnetic fields.

총 전류의 방정식 (A)

Figure 112019066792969-pct00128
Equation of total current (A)
Figure 112019066792969-pct00128

자기력 방정식 (B)

Figure 112019066792969-pct00129
Magnetic force equation (B)
Figure 112019066792969-pct00129

전류의 방정식 (C)

Figure 112019066792969-pct00130
Equation of Current (C)
Figure 112019066792969-pct00130

기전력 방정식 (D)

Figure 112019066792969-pct00131
electromotive force equation (D)
Figure 112019066792969-pct00131

전기 탄성의 방정식 (E)

Figure 112019066792969-pct00132
Equation of Electrical Elasticity (E)
Figure 112019066792969-pct00132

방정식의 전기 저항 (F)

Figure 112019066792969-pct00133
Electrical resistance (F) in the equation
Figure 112019066792969-pct00133

자유 전기의 방정식 (G)

Figure 112019066792969-pct00134
Equation of free electricity (G)
Figure 112019066792969-pct00134

연속 방정식 (H)

Figure 112019066792969-pct00135
Continuity Equation (H)
Figure 112019066792969-pct00135

방정식(71a 내지 71f)은 맥스웰이 18개의 데카르트 성분을 포함하는 18개의 방정식으로 규정한 6개의 벡터 방정식을 포함한다. 식 (71g)의 스칼라 방정식은 가우스 법칙의 표현인 반면, 식 (71h)의 스칼라 방정식은 연속 방정식이다. 1865년 맥스웰은 20개의 변수를 이용하여 20개의 방정식으로 전자기장의 일반 방정식을 표현했다. 맥스웰에 의해 도입된 매우 중요한 개념이 존재하는데, 이것은 종래 기술에서 수년에 걸쳐 손실되었다. 이 손실된 개념의 최신 집적 회로에 대한 깊은 영향으로 맥스웰의 손실된 개념에 대한 간결한 논의가 제공된다.Equations 71a to 71f contain six vector equations defined by Maxwell as 18 equations containing 18 Cartesian components. The scalar equation in equation (71g) is an expression of Gaussian law, whereas the scalar equation in equation (71h) is a continuity equation. In 1865 Maxwell expressed the general equation of the electromagnetic field in 20 equations using 20 variables. There is a very important concept introduced by Maxwell, which has been lost over the years in the prior art. With the profound impact of this lost concept on modern integrated circuits, a concise discussion of Maxwell's lost concept is provided.

맥스웰은 항상 벡터 전위(A) 및 스칼라 전위(Ψ)의 관점에서 전자기장의 그의 방정식을 표현했다. 맥스웰의 전위(A 및 Ψ)를 포함하지 않는 전자기장 방정식의 관점에서 전자기장의 맥스웰의 일반 방정식을 표현하는 것이 현시대에 보편적이다. 현대의 집적 회로에 영향을 미치는 맥스웰의 전자기학에서 중요한 손실 개념을 더 잘 이해하기 위해, 맥스웰 방정식의 현대 형태와 관련된 전자기장 방정식으로 식 (71a 내지 71h)를 규정하는 것이 목적이다. 이 목적에 따라 다음 세트의 전자기장 방정식을 고려한다.Maxwell always expressed his equations of electromagnetic fields in terms of a vector potential ( A ) and a scalar potential (Ψ). It is common in modern times to express Maxwell's general equations of electromagnetic fields in terms of electromagnetic field equations that do not include Maxwell's potentials ( A and Ψ). In order to better understand the important loss concept in Maxwell's electromagnetics that affects modern integrated circuits, it is the purpose to define equations (71a to 71h) as electromagnetic field equations related to modern forms of Maxwell's equations. For this purpose, consider the following set of electromagnetic field equations.

Figure 112019066792969-pct00136
Figure 112019066792969-pct00136

뉴턴의 도트 규약은 식 (72a 내지 72d)에서 사용되어, 위의 도트는 임의의 변수의 전체 시간 도함수를 나타내는 것으로 이해된다. 이는 시간 변동이 명시적으로 또는 내재적으로 발생할 수 있기 때문에 중요하다. "Classical Electrodynamics, Second Edition, John Wiley & Sons, 1975, p.212"에서 잭슨(Jackson)에 의해 논의 된 바와 같이, 총 시간 미분은 속도(v)를 포함함으로써 대류 도함수의 도움으로 확장될 수 있어서, 식 (72b 및 72c)의 대류 도함수는 식 (73b)의 발산이 식 (73d)에 따라 소멸되는 다음의 관계를 초래한다.Newton's dot convention is used in equations (72a to 72d), so that the above dot is understood to represent the overall temporal derivative of any variable. This is important because time fluctuations can occur either explicitly or implicitly. As discussed by Jackson in "Classical Electrodynamics, Second Edition, John Wiley & Sons, 1975, p.212", the total time derivative can be extended with the help of the convective derivative by including the velocity v , the convective derivatives of equations (72b and 72c) result in the following relation in which the divergence of equation (73b) dissipates according to equation (73d).

Figure 112019066792969-pct00137
Figure 112019066792969-pct00137

일반적으로, 순간 속도(v)는 1861 내지 1865년에 맥스웰에 의해 인식된 두 개의 별개의 속도로 분해될 수 있다. 일반적으로, 임의의 극소의 전자기 교란은 공간을 통한 확장할 수 없는 전자기 교란의 운동으로 인한 속도(

Figure 112019066792969-pct00138
), 또는 전자기 교란의 주기적인 진동으로 인한 위상 속도(
Figure 112019066792969-pct00139
)로 규정될 수 있다. 맥스웰에 의한 패러데이 유도 법칙의 일반화는, 기존의 로렌츠 힘이 아니라 할지라도, 로렌츠 힘의 자기 성분(v×B)을 발생시켰다. 확립될 수 있는 바와 같이, 맥스웰 유도의 시험은 순간 속도(v)가 위상 속도(
Figure 112019066792969-pct00140
)임을 나타내어, 식 (73a 내지 73d)는 다음과 같다:In general, the instantaneous velocity v can be decomposed into two distinct velocities recognized by Maxwell in 1861-1865. In general, any microscopic electromagnetic disturbance is the velocity due to the motion of a non-extensible electromagnetic disturbance through space
Figure 112019066792969-pct00138
), or the phase velocity due to periodic oscillations of electromagnetic disturbances (
Figure 112019066792969-pct00139
) can be defined as The generalization of Faraday's law of induction by Maxwell gave rise to the magnetic component ( v×B ) of the Lorentz force, if not the existing Lorentz force. As can be established, the test of Maxwell's induction shows that the instantaneous velocity ( v ) is the phase velocity (
Figure 112019066792969-pct00140
), so that the formulas (73a to 73d) are:

Figure 112019066792969-pct00141
Figure 112019066792969-pct00141

Figure 112019066792969-pct00142
을 포함하는 항은 공간을 통해 확장할 수 없는 전자기 교란(
Figure 112019066792969-pct00143
= 0)의 변위와 관련된 전도 전류 밀도(J)이어서, 식 (74a 내지 74d)는 보다 친숙한 형태로 규정될 수 있다. 그것은 외적의 반가환성 피승수로 인해
Figure 112019066792969-pct00144
×B
Figure 112019066792969-pct00145
가 극성이 다르다는 것을 언급할 이유가 된다. 비슷한 조건은
Figure 112019066792969-pct00146
Figure 112019066792969-pct00147
×D에도 존재한다.
Figure 112019066792969-pct00142
A term containing is an electromagnetic disturbance that is not extensible through space (
Figure 112019066792969-pct00143
= 0), the conduction current density ( J ) associated with the displacement, so that equations (74a to 74d) can be defined in a more familiar form. It is due to the semi-commutative multiplicand of the cross product
Figure 112019066792969-pct00144
×B and
Figure 112019066792969-pct00145
is reason to mention that the polarities are different. A similar condition is
Figure 112019066792969-pct00146
Wow
Figure 112019066792969-pct00147
It is also present in ×D .

Figure 112019066792969-pct00148
Figure 112019066792969-pct00148

식 (75a 내지 75d)의 두 항, 스펙트럼 유도(

Figure 112019066792969-pct00149
B)와 스펙트럼 변위 전류 밀도(
Figure 112019066792969-pct00150
D)는 종래 기술에서 알려지지 않았다. 이들 두 항은 다른 논문, "On Physical Lines of Force"(The Scientific Papers of James Clerk Maxwell, Vol. I, Dover, 2003, p.526)에서 1861년 Maxwell에 의해 물리학에 도입된 로렌츠 힘의 형태에 속한다. 이 논문에서 맥스웰(Maxwell)은 Prob. XI의 목적을 "움직이는 본체에서 기전력을 발견하는 것"으로 표현했다. Prop. XI에서 맥스웰의 식 (69)은 현대 용어로 다음과 같이 표현된다.Two terms in equations (75a to 75d), the spectral derivation (
Figure 112019066792969-pct00149
B ) and the spectral displacement current density (
Figure 112019066792969-pct00150
D ) is unknown in the prior art. These two terms refer to the form of the Lorentz force introduced into physics by Maxwell in 1861 in another paper, "On Physical Lines of Force" (The Scientific Papers of James Clerk Maxwell, Vol. I, Dover, 2003, p. 526). belong In this paper, Maxwell (Prob. The purpose of XI was expressed as "to discover electromotive force in a moving body". Prop. In XI, Maxwell's equation (69) is expressed in modern terms as

Figure 112019066792969-pct00151
Figure 112019066792969-pct00151

괄호 안의 항은 확장 가능한 전자기 교란의 x-좌표의 미소한 변화를 포함한다. 이러한 좌표 변화의 무시는 따라서 식 (76)이 패러데이 유도 법칙의 x-성분으로 감소되게 한다. Prop. XI 미분의 수학적 실행에서, 맥스웰은 1861년에 다음과 같은 관계식(현대의 공식)을 얻었다.The terms in parentheses include small changes in the x-coordinate of extensible electromagnetic disturbances. Ignoring this coordinate change causes Eq. (76) to be reduced to the x-component of Faraday's law of induction. Prop. In the mathematical implementation of the XI derivative, Maxwell obtained the following relation (modern formula) in 1861:

Figure 112019066792969-pct00152
Figure 112019066792969-pct00152

Prop. XI의 식 (77)에서의 맥스웰의 전계(E)는 다음과 같이 표현된다.Prop. Maxwell's electric field ( E ) in Equation (77) of XI is expressed as

Figure 112019066792969-pct00153
Figure 112019066792969-pct00153

이러한 전계의 관계는 헨드릭 로렌츠(Hendrik Lorentz)가 단지 7살이었을 때 1861년 맥스웰(Maxwell)에 의해 처음으로 유도된 새로운 유형의 로렌츠 힘을 지원한다. 식 (77)에서 스펙트럼 유도(

Figure 112019066792969-pct00154
B)의 심오한 물리적 중요성을 이해하기 위해, 하나의 미분이 미국 가특허출원 제62/591,848호의 [0682] 내지 [0703]에 제공되고, 본 명세서에 참조로서 통합된다.This relationship of electric fields supports a new type of Lorentz force first induced by Maxwell in 1861 when Hendrik Lorentz was only seven years old. From Eq. (77), the spectral derivation (
Figure 112019066792969-pct00154
In order to understand the profound physical significance of B ), one derivative is provided in US Provisional Patent Application No. 62/591,848 [0682] to [0703], which is incorporated herein by reference.

인공 핵(104)은 12개의 자연 붕소 원자의 거의-대칭 핵 구성을 갖는 20면체로의 화학 융합에 의해 형성되며, 모든 36개의 붕소 원자가 전자가 20면체의 결합 및 반결합 하위궤도를 점유한다. 이전에 개시한 바와 같이, 융합은 물질의 양의 에너지로 변환을 필연적으로 포함한다. 도 5의 인공 핵(104)에서, 소량의 물질은 디락의 준입자의 "떨림 운동"(지터베베궁:zitterbewegung)으로 변환된다. 미국 가특허출원 제62/591,848호에서 유도되고 본원에 참고로 통합된 바와 같이, 디락의 준입자의 "떨림 운동"(zitterbewegung)은 다음을 야기한다:The artificial nucleus 104 is formed by chemical fusion of 12 natural boron atoms into an icosahedron with a nearly-symmetrical nuclear configuration, with all 36 boron valence electrons occupying the bonding and antibonding suborbitals of the icosahedron. As previously disclosed, fusion necessarily involves the transformation of matter into positive energy. In the artificial nucleus 104 of FIG. 5 , a small amount of matter is transformed into the "tremor motion" (zitterbewegung) of Dirac's quasi-particles. As derived from U.S. Provisional Patent Application No. 62/591,848 and incorporated herein by reference, the "quivering motion" (zitterbewegung) of Dirac's quasiparticles results in:

Figure 112019066792969-pct00155
Figure 112019066792969-pct00155

슈뢰딩거는 1930년 임의의 디락 준입자에서 처음으로 지터베베궁(zitterbewegung)(떨림 운동)를 발견하고 명명했다. 그러나 슈뢰딩거는 식 (79a)에서 콤프턴(Compton) 지터베베궁 주파수(2mc2/

Figure 112019066792969-pct00156
)만을 발견했다. 종래 기술에서는 알려지지 않았지만, 식 (79b)에서 한정된 마이크로파 지터베베궁 주파수(
Figure 112019066792969-pct00157
)는 본 발명의 바람직한 양태에서 중요한 역할을 한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 음향 양자(phonon)는 주기적이고 탄성적인 배열로 인해 균일한 주파수의 원자 또는 분자의 집단 진동이다. 식 (26a 및 26b)의 우측에 있는 2개의 진동 구속-에너지 항은 질량 감소에 의해 지터베베궁을 유도한다.Schrödinger first discovered and named zitterbewegung (tremor motion) in random Dirac quasiparticles in 1930. However, Schrödinger in Equation (79a) shows the Compton Jitterbewegung frequency (2mc 2 /
Figure 112019066792969-pct00156
) was found only. Although not known in the prior art, the microwave jitter-webgong frequency (
Figure 112019066792969-pct00157
) plays an important role in a preferred embodiment of the present invention. As used herein, an acoustic phonon is a group vibration of atoms or molecules of uniform frequency due to their periodic and elastic arrangement. The two oscillation confinement-energy terms on the right side of equations (26a and 26b) induce a Jitterbewe curve by mass reduction.

Figure 112019066792969-pct00158
Figure 112019066792969-pct00158

식 (26a 및 26b)의 우측에 있는 괄호 안의 첫 번째 구속-에너지의 지터베베궁은 전자 질량을 ~α2/8π만큼 감소시키고, 이것은 20면체 내의 반결합 및 결합 궤도를 지원하는 ~1.08eV의 에너지 차이를 야기한다. 상응하는 지터베베궁 주파수가 전기적 작용의 전도에 기여하기에는 너무 높지만, 20면체 내의 얽힌 엔트로피(Sent)의 보상되지 않은 증가로 인해 20면체 내의 결합 하위궤도로부터 20면체 내의 반결합 하위궤도로의 원자가 전자의 스펙트럼 유도를 지원한다. 얽힘 엔트로피(Sent)는 포노볼테익 전지(400)의 스펙트럼 유도에 의해 이동 전자-홀 쌍의 생성을 지원하는 깁스 자유 엔트로피를 구성한다.The jitterbewe curve of the first constraint-energy in parentheses on the right-hand side of equations (26a and 26b) reduces the electron mass by α 2 /8π, which is of ∼1.08 eV supporting antibonding and bonding orbitals within the icosahedron. cause an energy difference. Although the corresponding jitterbewegong frequency is too high to contribute to the conduction of electrical action, the valence of atoms from bonding suborbitals in the icosahedron to antibonding suborbitals in the icosahedron is due to an uncompensated increase in the entangled entropy (S ent ) within the icosahedron. Supports the spectral induction of electrons. The entanglement entropy (S ent ) constitutes the Gibbs free entropy that supports the generation of mobile electron-hole pairs by spectral induction of the phonovoltaic cell 400 .

이것은, 포노볼테익 전지(400)의 p-아이소타입 정류기(404)를 규소 포토볼테익 전지의 p-n 언아이소타입 정류기(414)와 비교함으로써 더 잘 이해될 수 있다. 이 목적에 따라, 어두운 곳에서 p-n의 언아이소타입 정류기(414)가 도 94a에 도시되고, p-아이소타입 정류기(404)가 도 94b에 도시된다. 다양한 치수는 이들 및 기타 관련 도면에서 새로운 개념의 쉬운 표현을 위해 크게 과장되어 있다. 도 94a의 p-n 언아이소타입 정류기(414)는 억셉터-도핑된 단결정성 규소 p-Si 애노드 구역(411) 및 결합된 도너-도핑된 단결정성 규소 n-Si 캐소드 구역(412)으로 구성된다. 이러한 구역은 2개의 알루미늄 전극(413)에 의해 전기적으로 접촉된다. 열 평형은 결합 구역(411 및 412) 사이에서 이동 홀 및 이동 전자의 확산에 의해 p-n 언아이소타입 정류기(414) 내에서 구축되어, 개방-회로의 전계는 부동(immobile) 도너 이온과 억셉터 이온 사이에서 존재하게 된다.This can be better understood by comparing the p-isotype rectifier 404 of a phonovoltaic cell 400 to a p-n unisotype rectifier 414 of a silicon photovoltaic cell. For this purpose, an unisotype rectifier 414 of p-n in the dark is shown in FIG. 94A and a rectifier p-isotype 404 is shown in FIG. 94B. Various dimensions are greatly exaggerated in these and other related drawings for easy representation of new concepts. The p-n unisotype rectifier 414 of FIG. 94A consists of an acceptor-doped monocrystalline silicon p-Si anode region 411 and a combined donor-doped monocrystalline silicon n-Si cathode region 412 . These regions are electrically contacted by two aluminum electrodes 413 . A thermal equilibrium is established in the pn anisotype rectifier 414 by diffusion of mobile holes and mobile electrons between the bonding regions 411 and 412 so that the open-circuit electric field is immobile donor ions and acceptor ions. exist between

p-n 언아이소타입 정류기(414) 내의 부동 도너 및 억셉터 이온 사이의 개방-회로 전계 라인은 부동 전하 농도가 이동 전하 농도를 훨씬 초과하는 공핍 공간-전하 구역에 존재한다. 그 결과, p-n 언아이소타입 정류기(414)에서의 결정성 복원력은 이동 전하 재결합이다. 대조적으로, 도 94b 내의 p-아이소타입 정류기(404)에서개방-회로 전계는, 이동 이중 양이온과 이중 음이온 사이에 우세하다. p-아이소타입 정류기(404) 내의 이동 이중 양이온과 이중 음이온은 개방-회로 조건 하에서 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 및 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2+ 2 캐소드 구역(402)의 야금 접합부를 가로지르는 전하 확산에 기인한다.The open-circuit electric field line between the floating donor and acceptor ions in the pn unisotype rectifier 414 exists in the depletion space-charge region where the floating charge concentration far exceeds the moving charge concentration. As a result, the crystallinity restoring force in the pn unisotype rectifier 414 is mobile charge recombination. In contrast, in the p-isotype rectifier 404 in FIG. 94B the open-circuit electric field dominates between the moving double cation and the double anion. The migrating double cations and double anions in the p-isotype rectifier 404 are picocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 and picocrystalline oxysilaborane p under open-circuit conditions. -(B 2 - 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2+ 2 due to charge diffusion across the metallurgical junction of cathode region 402 .

p-아이소타입 정류기(404)에서 모바일 이중 양이온 및 이중 음이온 사이의 개방-회로 전계 라인은, 이동 전하 농도가 부동 전하 농도를 훨씬 초과하는 축적된 공간-전하 구역 내에 존재한다. 결과적으로, p-아이소타입 정류기(404)에서의 결정성 복원력은 이동 전하 생성이다. 피코결정성 실라보란 p-(B12H4)3Si5 애노드 구역(401) 및 피코결정성 옥시실라보란 p-(B2- 12H4)2Si4O2 + 2 캐소드 구역(402)의 두께가 모두 디바이 길이보다 작기 때문에, 애노드 전위는 음극 전위 아래로 부유하여, 도 94b의 p-아이소타입 정류기(404)에서 개방-회로 전류를 정지시킨다. 전도를 위해 이용 가능한 이동 전자-홀 쌍의 부재로 인해, 개방-회로 전압은 어둠 속에서 p-n 언아이소타입 정류기(414)에서 전혀 발생하지 않는다. 이것은 입사하는 복사(hv)에 반응하여 도 95a에서 이동 전자-홀 쌍의 복사 생성에 의해 해결된다. The open-circuit electric field line between the mobile double positive ion and the double negative ion in the p-isotype rectifier 404 exists in the accumulated space-charge region where the moving charge concentration far exceeds the floating charge concentration. Consequently, the crystallinity restoring force in the p-isotype rectifier 404 is mobile charge generation. phycocrystalline silaborane p-(B 12 H 4 ) 3 Si 5 anode region 401 and picocrystalline oxysilaborane p-(B 2 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 + 2 cathode region 402 Since the thicknesses of are all less than the Diby length, the anode potential floats below the cathode potential, stopping the open-circuit current in the p-isotype rectifier 404 of FIG. 94B. Due to the absence of a moving electron-hole pair available for conduction, no open-circuit voltage develops in the pn unisotype rectifier 414 in the dark at all. This is solved by the radiation generation of moving electron-hole pairs in FIG. 95a in response to the incident radiation (hv).

p-n 언아이소타입 정류기(414)에서 부동 억셉터와 도너 이온 사이의 개방-회로의 전계는 공핍 공간-전하 구역으로 랜덤하게 확산하는 이동 전자-홀 쌍을 분리한다. 이러한 전하 분리는 이동 홀이 애노드 전극(413)을 향해 확산되고, 이동 전자가 캐소드 전극(413)을 향해 확산되게 한다. 개방-회로 조건하에서 전류 흐름이 존재하지 않기 때문에, 애노드 전위는 도 96a에 따라 캐소드 전위를 초과하여 부유한다. 전류 흐름은, 도 97a의 포토볼테익 전지의 p-n의 언아이소타입 정류기(414) 및 도 97b의 포노볼테익 전지의 p-아이소타입 정류기(404)의 애노드와 캐소드 사이에 전기 부하가 인가될 때, 존재한다. p-n 언아이소타입 정류기(414)의 개방-회로 전압은 ~0.6V이지만, p-아이소타입 정류기(404)의 개방-회로 전압은 ~26mV이다.The open-circuit electric field between the floating acceptor and donor ions in the p-n unisotype rectifier 414 separates mobile electron-hole pairs that diffuse randomly into the depletion space-charge region. This charge separation causes mobile holes to diffuse toward the anode electrode 413 and mobile electrons to diffuse toward the cathode electrode 413 . Since there is no current flow under open-circuit conditions, the anode potential floats above the cathode potential according to FIG. 96A. Current flow occurs when an electrical load is applied between the anode and cathode of the pn unisotype rectifier 414 of the photovoltaic cell of FIG. 97A and the p-isotype rectifier 404 of the phonovoltaic cell of FIG. 97B , exist. The open-circuit voltage of the p-n unisotype rectifier 414 is -0.6V, but the open-circuit voltage of the p-isotype rectifier 404 is -26mV.

포노볼테익 전지(404)의 p-아이소타입 정류기(404)의 출력 전압은 포토볼테익 전지의 p-n 언아이소타입 정류기(414)의 출력 전압보다 몇 자릿수 낮은 크기이다. 고체-상태 디바이스의 전력 밀도가 일반적으로 전류 밀도의 변동으로 인해 몇 자릿수만큼 변하기 때문에 이러한 불일치는 매우 기만적이다. 이 점에서, p-n 언아이소타입 정류기(414)와 p-아이소타입 정류기(404) 사이의 반대 극성 차이가 중요하다. 양극이 음극 위로 부유하기 때문에, 도 97a의 포토볼테익 전지의 p-n 언아이소타입 정류기(414)에 의해 역-바이어스 전류는 인가된 전기 부하에 전달된다. 반대로, 양극이 음극 아래로 부유하기 때문에, 도 97b의 포노볼테익 전지(400)의 p-아이소타입 정류기(404)에 의해 순방향-바이어스 전류는 인가된 전기 부하에 전달된다. 이 구별은 매우 중요하다.The output voltage of the p-isotype rectifier 404 of the phonovoltaic cell 404 is several orders of magnitude lower than the output voltage of the p-n unisotype rectifier 414 of the photovoltaic cell. This discrepancy is very deceptive because the power density of solid-state devices typically varies by several orders of magnitude due to fluctuations in current density. In this regard, the opposite polarity difference between the p-n unisotype rectifier 414 and the p-isotype rectifier 404 is important. As the anode floats over the cathode, a reverse-bias current is delivered to the applied electrical load by the p-n unisotype rectifier 414 of the photovoltaic cell of Figure 97A. Conversely, since the positive electrode floats below the negative electrode, a forward-bias current is delivered to the applied electrical load by the p-isotype rectifier 404 of the phonovoltaic cell 400 of FIG. 97B . This distinction is very important.

정류기의 순방향-바이어스 전류 밀도는 일반적으로 역-바이어스 전류 밀도보다 몇 자릿수 큰 크기이다. 포토볼테익 전지의 p-n 언아이소타입 정류기(414)에 의해 전기 부하에 전달된 역-바이어스 전류 밀도의 이러한 제한은 태양 복사 조도의 제한과 완전히 일치한다. 규소 포토볼테익 전지의 최대 출력 밀도는 태양 복사 조도에 의해 34mW/㎠ 미만으로 제한된다. 포토볼테익 전지의 효율은 근본적으로 p-n 언아이소타입 정류기(414)의 결정성 복원력이 전하 생성의 바람직한 결정성 복원력에 반대되는 이동 전하 재조합인 점에서 근본적으로 제한적이다. 이것은 공간에 걸쳐확장된 전도 및 원자가 에너지 밴드를 지원하는 단결정성 반도체의 접촉 기술의 한계에 기인한다.The forward-bias current density of a rectifier is typically several orders of magnitude larger than the reverse-bias current density. This limitation of the reverse-bias current density delivered to the electrical load by the p-n unisotype rectifier 414 of the photovoltaic cell is fully consistent with the limitation of solar irradiance. The maximum power density of silicon photovoltaic cells is limited by solar irradiance to less than 34 mW/cm 2 . The efficiency of photovoltaic cells is fundamentally limited in that the crystallinity resilience of the p-n non-isotype rectifier 414 is a mobile charge recombination as opposed to the desired crystallinity resilience of charge generation. This is due to the limitations of the contact technology of monocrystalline semiconductors that support extended conduction and valence energy bands across space.

임의의 기계적 작업이 없을 때 고유 상태의 광범위한 변화를 지원하기 위해 단결정성 규소 격자의 능력을 이용하는 실제적인 수단은 그 구조에 의해 근본적으로 제한된다. 첫째, 단결정성 규소는 단결정성 규소 기판 위에 오로지 에피택셜 증착될 수 있다. 둘째, 단결정성 규소 격자를 전기적으로 접촉시키기 위한 단결정성 규소 격자의 말단은 탐-쇼클리(Tamm-Shockley) 상태를 초래하고, 이러한 상태는 전도대의 바닥과 원자가 밴드의 상단 사이의 금지된 에너지 구역 내에 전기화학적 전위를 고정시킨다. 이러한 전기화학 전위의 고정은 전극의 금속 일함수와는 독립적인 정류 접촉을 초래한다. 예컨대, 바딘(Bardeen)에 의한 문헌, "Surface States at a Metal Semi-Conductor Contact"(Phys. Rev. 10, No. 11, 1947, p.471)을 참조한다. 탐-쇼클리 계면 상태 밀도는 감소되어야 한다.The practical means of exploiting the ability of a monocrystalline silicon lattice to support a wide range of changes in intrinsic state in the absence of any mechanical action is fundamentally limited by its structure. First, monocrystalline silicon can only be epitaxially deposited onto a monocrystalline silicon substrate. Second, the ends of the monocrystalline silicon lattice to electrically contact the monocrystalline silicon lattice result in a Tamm-Shockley state, which is in the forbidden energy region between the bottom of the conduction band and the top of the valence band. Fix the electrochemical potential. This fixation of the electrochemical potential results in a rectifying contact independent of the metal workfunction of the electrode. See, eg, Bardeen, "Surface States at a Metal Semi-Conductor Contact" (Phys. Rev. 10 , No. 11, 1947, p.471). The density of Tom-Shockley interface states should be reduced.

잘 알려진 프로세싱 기술에 의해, 탐-쇼클리 계면 상태 밀도의 실질적인 감소는 결정성 규소 구역을 비정질 이산화규소 막으로 종결시킴으로써 실현될 수 있어서, 표면 전기화학 전위는 디바이스 동작시, 금지된 에너지 구역 전체에 걸쳐 변조될 수 있다. 전계-효과 트랜지스터는 이산화규소 얇은-막을 개재시킴으로써 용량성-결합 전극에 의해 단결정성 규소 표면의 전기 전도성을 변조하는 능력을 사용한다. 그러나 이산화규소의 매우 높은 고유저항(~1016Ω-㎝)으로 인해 어떠한 이산화규소라도 반도체 접촉 구역으로부터 제거되어야 한다. 반도체 접촉 구역에서의 탐-쇼클리 상태를 상당히 감소시키기 위해, 반도체 표면은 아이소타입 동종접합을 형성하여 반도체 표면의 전기화학 전위가 전도성 또는 원자가 에너지 밴드에 고정되도록, 축퇴적으로 도핑된다.With well-known processing techniques, a substantial reduction in the density of Tom-Shockley interfacial states can be realized by terminating the crystalline silicon region with an amorphous silicon dioxide film such that, upon device operation, the surface electrochemical potential spreads across the forbidden energy region. can be tampered with. Field-effect transistors use the ability to modulate the electrical conductivity of a monocrystalline silicon surface by means of a capacitively-coupled electrode by interposing a silicon dioxide thin-film. However, due to the very high resistivity (~10 16 Ω-cm) of silicon dioxide, any silicon dioxide must be removed from the semiconductor contact area. In order to significantly reduce the tom-shockley state in the semiconductor contact region, the semiconductor surface is degenerately doped to form an isotype homojunction so that the electrochemical potential of the semiconductor surface is fixed in the conductive or valence energy band.

금속 또는 실리사이드는 축퇴된 반도체 표면에 합금화될 수 있어서, 이동 전하가 전위 배리어를 통해 아이소타입 동종접합으로 터널링될 수 있다. 저-준위의 주입 하에서, 아이소타입 동종접합은 임의의 높은-고유저항의 반도체 구역에 대한 오믹 접촉으로서 작용한다. 그러나 이러한 유형의 오믹 접촉은 전기화학적 전위가 외부 전극 사이에서 변하는 전기화학 정류기에서 단결정성 반도체의 사용을 금지한다. 이러한 결함은, 위에서 이전에 논의된 바와 같이, 단결정성 규소와 양립 가능한 결합-배향 순서를 나타내는 자체-조립된 피코결정성 옥시실라보란을 형성하도록, 자연 규소 원자를 피코결정성 인공 보란 원자(101)로 대체함으로써 치유될 수 있다.A metal or silicide can be alloyed on the degenerate semiconductor surface so that mobile charges can tunnel through the potential barrier into the isotype homojunction. Under low-level implantation, the isotype homojunction acts as an ohmic contact to any high-resistivity semiconductor region. However, this type of ohmic contact precludes the use of monocrystalline semiconductors in electrochemical rectifiers where the electrochemical potential varies between external electrodes. These defects, as previously discussed above, replace the native silicon atom with the picocrystalline artificial borane atom 101 to form a self-assembled picocrystalline oxysilaborane that exhibits a bond-orientation sequence compatible with monocrystalline silicon. ) can be cured by replacing

p-아이소타입 정류기(404)에서의 이동 전하 전도는 ~0.01㎠/V-sec의 이동도를 갖는 피코결정성 보란 원자(101)의 인공 핵(104) 사이의 도약에 의해 이루어진다. 포노볼테익 전지(400)가 순방향-바이어스 조건하에서 전기 부하에 전류를 전달하지만, 전류 밀도는 도약 이동도로 인해 감소된다. 그러나 이러한 절충은 포토볼테익 전지의 것보다 훨씬 더 유리한 출력 밀도를 제공한다. 이러한 이점을 보다 충분히 이해하기 위해, 포노볼테익 전지(400)의 제안된 제조 비용 분석이 도 98에 제공된다. 확립된 바와 같이, 포노볼테익 전지(400)에서 p-아이소타입 정류기(404)의 포노볼테익 파일은 컴퓨터 제어하에 MOCVD 반응기 내의 원래 위치에서 증착된다. 효과적인 처리 비용은 포노볼테익 전지(400)의 포노볼테익 파일의 처리 비용으로 취해진다.Mobile charge conduction in the p-isotype rectifier 404 is achieved by jumping between the artificial nuclei 104 of picocrystalline borane atoms 101 with a mobility of ˜0.01 cm 2 /V-sec. Although the phonovoltaic cell 400 delivers current to an electrical load under forward-bias conditions, the current density is reduced due to the jump mobility. However, this trade-off provides a much more advantageous power density than that of a photovoltaic cell. To better understand these advantages, a proposed manufacturing cost analysis of the phonovoltaic cell 400 is provided in FIG. 98 . As established, the phonovoltaic file of the p-isotype rectifier 404 in the phonovoltaic cell 400 is deposited in situ within the MOCVD reactor under computer control. The effective processing cost is taken as the processing cost of the phonovoltaic pile of the phonovoltaic cell 400 .

도약 이동도에 기인한 비저항은 100μΩ-㎠라고 가정한다. 이러한 비저항은 다른 추가적인 엔지니어링 향상에 의해 감소될 수 있다고 생각된다. 6.76W/㎠의 전력 밀도는 포토볼테익 전지의 p-n 언아이소타입 정류기보다 200배 이상 크다. 포토볼테익 전지와는 달리, 포노볼테익 전지(400)의 p-아이소타입 정류기(404)는 컴퓨터 제어 하에서, 포노볼테익 파일 내에서 원래 위치에 증착될 수 있다. 비교를 위해, 도 98의 포노볼테익 파일은 36개의 p-아이소타입 정류기(404)를 포함하는 것으로 가정된다. 도 99a의 열이온 변환기의 전력 밀도와 일치하는 243W/㎠의 전력 밀도는 하나의-포토볼테익 전지의 전력 밀도보다 4 자릿수 더 크다. $2.25/kW의 전력 비용은 임의의 알려진 형태의 재생가능 에너지의 비용보다 훨씬 적으며, 연소에 대해 경쟁력을 갖는다.It is assumed that the resistivity due to the jump mobility is 100 μΩ-cm 2 . It is contemplated that this resistivity may be reduced by other additional engineering improvements. The power density of 6.76W/cm2 is more than 200 times greater than that of the p-n non-isotype rectifier of the photovoltaic cell. Unlike the photovoltaic cell, the p-isotype rectifier 404 of the phonovoltaic cell 400 can be deposited in situ within the phonovoltaic file under computer control. For comparison, the phonovoltaic file of FIG. 98 is assumed to contain 36 p-isotype rectifiers 404 . The power density of 243 W/cm 2 consistent with the power density of the thermionic converter of FIG. 99A is four orders of magnitude greater than that of the one-photovoltaic cell. The cost of electricity at $2.25/kW is significantly less than the cost of any known form of renewable energy, and is competitive with combustion.

미국특허 제307,031호는 임의의 전자 디바이스에 대해 최초로 부여된 특허이다. 이 특허의 발명자인 토마스 에이. 에디슨(Thomas A. Edison)은 새로운 현상을 발표했다: "나는 전도성 물질이 백열 전등의 구체 내의 진공 공간의 어느 곳이라도 삽입되고, 상기 전도성 물질이 백열 전도체의 하나의 단자, 바람직하게는 양의 단자를 통해 외부로 연결된다면, 전류의 일부는 램프의 작동 중에, 램프 내부의 진공 공간의 일부를 포함하는 이렇게 형성된 션트-회로를 통과할 것임을 발견하였다." 위의 현상은 나중에 에디슨 효과로 알려졌다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 에디슨 효과는, 하나의 금속 전극(캐소드 전극으로 언급됨)이 다른 금속 전극(애노드 전극으로 언급됨)을 초과하여 충분히 큰 온도차만큼 가열될 때, 진공 구역 내의 한 쌍의 금속 전극 사이에서 전하의 흐름 현상이다.US Patent No. 307,031 is the first patent granted for any electronic device. Thomas A., the inventor of this patent. Edison (Thomas A. Edison) announced a new phenomenon: "I believe that a conductive material is inserted anywhere in the vacuum space within the sphere of an incandescent lamp, said conductive material being one terminal of the incandescent conductor, preferably the positive terminal. It has been found that if connected to the outside via , part of the current will pass through the shunt-circuit thus formed comprising part of the vacuum space inside the lamp during operation of the lamp.” This phenomenon was later known as the Edison effect. As used herein, the Edison effect is when one metal electrode (referred to as the cathode electrode) is heated by a sufficiently large temperature difference over the other metal electrode (referred to as the anode electrode), a pair in a vacuum region It is a phenomenon of the flow of electric charges between the metal electrodes.

도 99a에 도시된 바와 같이, 캐소드 전극이 애노드 전극을 초과하여 충분히 큰 온도차만큼 가열될 때, 자유 전자는 캐소드 전극으로부터 진공 구역 내로 열이온적으로 방출되고, 거기서 상기 자유 전자는 스스로 저온 애노드 전극을 향해 확산된다. 개방-회로 전류가 존재할 수 없기 때문에, 캐소드 전위는 애노드 전위 미만으로 부유하여 임의의 개방-회로 전류를 정지시킨다. 열이온 변환기가 태양 복사 조도의 한계를 벗어난다 할지라도, 이것은 카르노 효율에 의해 제한된다. 필요한 것은 태양 복사 조도 또는 카르노 효율에 의해 제한받지 않는 고체-상태 에디슨 효과이다.As shown in Figure 99a, when the cathode electrode is heated by a sufficiently large temperature difference over the anode electrode, free electrons are thermionic emitted from the cathode electrode into a vacuum region, where the free electrons themselves cool the anode electrode. spread towards Since no open-circuit current can be present, the cathode potential floats below the anode potential, stopping any open-circuit current. Although thermionic converters are outside the limits of solar irradiance, they are limited by the Carnot efficiency. What is needed is a solid-state Edison effect that is not limited by solar irradiance or Carnot efficiency.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 고체-상태의 에디슨 효과는 둘 모두 주변 온도를 갖는 2개의 금속 전극 사이에서 전하 흐름의 현상으로서, 두 전극은 다른 제벡 계수의 2개의 인접한 구역을 갖는 고체 반도전성 물질을 개재시키고, 상기 금속 전극들 사이에 직접 또는 간접적으로 인가된 임의의 수동 전기 부하에 대한 전하의 흐름에 의해 주변의 엔트로피 감소를 야기한다. 전이 전하 흐름이 상이한 제벡 계수의 연속 물질 구역 사이에 존재할 수 있지만, 상기 전하 흐름은, 상기 구역 사이의 혼합 엔트로피 증가가 적어도 간접적으로 적외선의 지터베베궁 공진으로 인해 더 높은-에너지의 반결합 에너지 준위로 원자가 전자의 스펙트럼 유도에 기인하는 경우, 그리고 이 경우에만, 연속적으로 지속된다.As used herein, the solid-state Edison effect is the phenomenon of charge flow between two metal electrodes, both of which have ambient temperature, wherein the two electrodes have two adjacent regions of different Seebeck coefficients of a solid semiconducting material. and causes a decrease in entropy of the surroundings by the flow of electric charge for any passive electrical load applied directly or indirectly between the metal electrodes. Although transitional charge flow can exist between regions of continuous material of different Seebeck coefficients, the charge flow is a higher-energy anti-bonding energy level due to the increase in mixed entropy between the regions, at least indirectly, due to the Jitterbewegong resonance of the infrared. As a result of the spectral induction of valence electrons, and only in this case, it continues continuously.

비록 맥스웰이 1861년에 그의 세미나 논문 "On Physical Lines of Force"에서의 스펙트럼 유도를 고려하였지만, 스펙트럼 유도의 실제 사용은 종래 기술에서 전혀 일어나지 않았다. 이것은 지금까지 실제 재료 및 디바이스에서 지터베베궁의 적절한 활용의 불가능에 기인한다. 포노볼테익 전지(400)는 근-적외선 지터베베궁 공진을 이용하여 새롭고 유용한 방식으로 전하를 공간을 통해 이동시킨다. 본 발명의 또 다른 바람직한 양태는 식 (79b)의 마이크로웨이브 지터베베궁을 이용하여, 맥스웰의 변위 전류를 일반화하는 방식으로 공간을 통해 전하가 아닌 전기 작용을 변위시킨다. 맥스웰의 전기적 동작은 외부적으로-인가된 시간-의존적이고 주기적인 구동력에 의해 공간에 걸쳐 변위되는 반면, 전기적 동작은 본 명세서에서 본질적으로 지터베베궁에 의해 변위된다.Although Maxwell considered spectral derivation in his seminar paper "On Physical Lines of Force" in 1861, the practical use of spectral derivation never occurred in the prior art. This is due to the impossibility of proper utilization of jitterbebegung in real materials and devices so far. The phonovoltaic cell 400 uses near-infrared jitterbewegong resonance to move charges through space in a new and useful way. Another preferred embodiment of the present invention uses the microwave jitter-bewe curve of equation (79b) to displace an electrical action, not a charge, through space in a way that generalizes Maxwell's displacement current. Maxwell's electrical motion is displaced across space by an externally-applied time-dependent and periodic driving force, whereas electrical motion is here essentially displaced by a jitterbewegung.

"On Physical Lines of Force"의 제 3부에서, 맥스웰은 다음과 같이 표현했다: "여기에 우리는 두 개의 독립적인 본체의 질을 가지고 있다. 하나는 그것들이 전기를 통과시키는 것을 허용하고, 다른 하나는 전기를 통과시키지 않고 전기 동작을 통과시키는 것을 허용하는 것이다.... 기전력이 도체에 작용하는 한, 그것은 전류를 생성하고, 전류는 저항과 만나기 때문에 전기 에너지의 열로의 연속적인 변환을 야기하고, 열이 공정의 임의의 반전에 의해 전기 에너지로의 복원되는 것은 불가능하다. 유도하의 유전체에서, 우리는 각 분자 내의 전기가 한쪽이 양이 되고 다른 쪽이 음이 되도록 변위되지만, 전기는 분자를 통해 완전히 연결되어 있고, 한 분자에서 다른 분자로 전달되지 않는다는 것을 생각할 수 있다."In Part 3 of "On Physical Lines of Force," Maxwell put it this way: "Here we have two independent body qualities. One allows them to pass electricity, the other One is to allow electrical motion to pass through without passing electricity.... As long as an electromotive force acts on a conductor, it creates an electric current, and because the current meets a resistance, it causes a continuous conversion of electrical energy into heat. and it is impossible for the heat to be restored to electrical energy by any reversal of the process.In dielectrics under induction, we see that the electricity in each molecule is displaced so that one becomes positive and the other is negative, but the electricity is It is conceivable that they are fully connected through

맥스웰의 변위 전류는 공간을 통한 전하의 이동과 관련된 실제 전류가 아니고, 오히려 시간-의존적인 전계로 인해 변위된 전기적 작용이다. 도체 내의 전하의 변위는 시간-독립적인 전계에 기인한다. 전계(E)는 일반적으로 전하(E)에 반응하는 도체 내의 전하 변위가 줄 열을 동반하는 일의 형태를 구성하도록 단위 전하당 힘이다. 맥스웰은 도체에서의 전하 단극의 변위가 전기 에너지의 열에너지로의 변환을 항상 동반한다고 강조했다. 전기의 변위는 일반적인 기계적인 힘으로 결코 조정되지 않은 기전력을 포함한다. 당 업계에서 필요한 것은 전기가 기전력에 의해 변위되는 전계가 없는 재료이다.Maxwell's displacement current is not an actual current associated with the movement of an electric charge through space, but rather an electrical action displaced due to a time-dependent electric field. The displacement of an electric charge in a conductor is due to a time-independent electric field. The electric field ( E ) is generally the force per unit charge such that the charge displacement in a conductor in response to the charge ( E ) constitutes a form of work accompanied by Joule heat. Maxwell emphasized that the displacement of a charge unipolar in a conductor is always accompanied by the conversion of electrical energy into thermal energy. Displacement of electricity involves an electromotive force that is never regulated by normal mechanical forces. What is needed in the art is an electric field-free material in which electricity is displaced by an electromotive force.

본 발명의 포노볼테익 전지(400)의 동작은 인공 핵(104) 사이의 도약에 의해 공간을 통한 전하의 변위를 포함하는 반면, 다른 바람직한 양태는 분자 결합에 잔존하는 모든 원자가 전자를 갖는 공간을 통한 전기적 작용의 새로운 변위를 포함한다. 이러한 조건을 달성하기 위해, 자연 붕소 원자(102)의 핵 전기 4중극 모멘트의 물리적 충격이 제거되어야 한다. 이러하 특정 목적에 따라, 미량의 금속 불순물은 자연 붕소 원자(102)의 핵 전기 4중극 모멘트로 인한 불순물 농도와 동일한 불순물 농도로 도입될 수 있으며, 이는 하나의 예에 의해 명확해진다.The operation of the phonovoltaic cell 400 of the present invention involves the displacement of an electric charge through space by leaping between the artificial nuclei 104, while another preferred embodiment takes the space with all valence electrons remaining in molecular bonds. It involves a new displacement of electrical action through To achieve this condition, the physical impact of the nuclear electric quadrupole moment of the native boron atom 102 must be eliminated. According to this specific purpose, a trace metal impurity may be introduced at an impurity concentration equal to the impurity concentration due to the nuclear electric quadrupole moment of the native boron atom 102, which is clarified by one example.

실시예 15Example 15

도 100을 참조하면, 이산화규소 막(532)이 갈륨 아세나이드 기판(531)상에 증착되었다. 티타늄 막(533) 및 금 막(534)이 이산화규소 막(532) 위에 증착되었다. 기판(531)은 실시예 14의 D-125의 MOCVD 챔버 내의 저항-가열식 서셉터상에 로딩되었다. 챔버는 50mtorr 미만으로 기계적으로 펌핑되었고, 거기서 360sccm의 유량으로 수소내 체적 3%의 디보란 혼합물 B2H6(3%)/H2(97%) 및 1,300sccm의 유량으로 수소내 체적 2%의 모노실란 혼합물 SiH4(2%)/H2(93%)이 증착 챔버 내로 도입되었다. 동시에, 희석되지 않은 아산화질소(N2O)가 150sccm의 유량으로 도입되었다. 반응 가스는 증착 챔버에 들어가기 전에 혼합되어 안정화되도록 허용되었다. 가스 유량의 안정화시, 챔버 압력은 20torr로 조절되었고, 몰리브덴 서셉터는 1,100rpm으로 회전되었다.Referring to FIG. 100 , a silicon dioxide film 532 was deposited on a gallium arsenide substrate 531 . A titanium film 533 and a gold film 534 were deposited over the silicon dioxide film 532 . A substrate 531 was loaded onto a resistance-heated susceptor in the MOCVD chamber of D-125 of Example 14. The chamber was mechanically pumped to less than 50 mtorr, where the diborane mixture B 2 H 6 (3%)/H 2 (97%) at 3% volume in hydrogen at a flow rate of 360 seem and 2% volume in hydrogen at a flow rate of 1,300 seem A monosilane mixture of SiH 4 (2%)/H 2 (93%) was introduced into the deposition chamber. Simultaneously, undiluted nitrous oxide (N 2 O) was introduced at a flow rate of 150 sccm. The reactant gases were allowed to mix and stabilize before entering the deposition chamber. Upon stabilization of the gas flow rate, the chamber pressure was adjusted to 20 torr, and the molybdenum susceptor was rotated at 1,100 rpm.

기판 온도는 저항-가열형 회전 서셉터에 의해 240℃까지 상승되었다. 240℃의 증착 온도에서 안정화된 후, 화학 반응은 20분 동안 진행되었고, 거기서 서셉터 가열이 중지되었고, 샘플은 챔버로부터 제거되기 전에 80℃ 이하로 냉각되었다. 옥시실라보란 막(535)은 도 100에 나타낸 바와 같이 금 막(534) 위에 증착되었다. 막 두께는 가변-각도 분광 타원계측법에 의해 91.8nm로 측정되었다. 도 101의 XPS 깊이 프로파일은 옥시실라보란 막(535) 내의 붕소, 규소 및 산소의 각각의 상대적인 원자 농도를 85.2%, 10.0% 및 3.8%인 것으로 결정했다. 옥시실라보란 막(535) 내의 금의 미량 불순물 농도를 측정하기 위해 2차 이온 질량 분석(SIMS)이 수행되었다.The substrate temperature was raised to 240° C. by a resistance-heating rotating susceptor. After stabilization at the deposition temperature of 240° C., the chemical reaction proceeded for 20 minutes, where the susceptor heating was stopped, and the sample was cooled to below 80° C. before being removed from the chamber. An oxysilaborane film 535 was deposited over the gold film 534 as shown in FIG. 100 . The film thickness was measured to be 91.8 nm by variable-angle spectroscopic ellipsography. The XPS depth profile of FIG. 101 determined that the relative atomic concentrations of boron, silicon, and oxygen, respectively, in the oxysilaborane film 535 were 85.2%, 10.0%, and 3.8%. Secondary ion mass spectrometry (SIMS) was performed to determine the trace impurity concentration of gold in the oxysilaborane membrane 535 .

도 102의 SIMS 깊이 프로파일은 금 원자 농도를 ~1018-3으로 설정했다. RBS 및 HFS 분석은 붕소, 수소, 규소 및 산소의 상대 원자 농도를 각각 70%, 17%, 10% 및 3%로 결정하였다. 금속 전극(536 및 537)은 종형 증발기 내에서 섀도우 마스크를 통해 알루미늄을 증발시킴으로써 도 103에 따라 금 막 위에 증착되었다. 옥시실라보란 막(535)의 전류-전압 특성은 금속 전극(536 및 537) 상에 위치된 마이크로프로브에 의해 얻어진 2개의 스위핑 신호를 이용하여, HP-4145 파라미터 분석기에 의해 측정되었다. 옥시실라보란 막(535)의 전류-전압 특성의 그래프가 도 104에 도시되었다. 전류-전압 특성은 마이크로프로브 측정 장치에 기인한 2.9Ω 저항을 통해 옴(ohmic) 전도를 나타낸다.The SIMS depth profile in FIG. 102 set the gold atomic concentration to -10 18 cm -3 . RBS and HFS analysis determined the relative atomic concentrations of boron, hydrogen, silicon and oxygen to be 70%, 17%, 10% and 3%, respectively. Metal electrodes 536 and 537 were deposited over the gold film according to FIG. 103 by evaporating aluminum through a shadow mask in a vertical evaporator. The current-voltage characteristics of the oxysilaborane film 535 were measured by an HP-4145 parameter analyzer using two sweeping signals obtained by a microprobe positioned on the metal electrodes 536 and 537. A graph of the current-voltage characteristic of the oxysilaborane film 535 is shown in FIG. 104 . The current-voltage characteristic shows ohmic conduction through the 2.9Ω resistance due to the microprobe measuring device.

미량의 불순물로서의 금의 혼입은 실질적으로 옥시실라보란 막(535)의 전기 전도성 특성을 변경시킨다. 금과 같은 주화 금속의 미량 혼입으로 인한 전도의 변화에 대한 논리적인 설명은 맥스웰의 전자기학의 전개에 의해 주어졌다고 여겨진다. 맥스웰 방정식의 재구성은 미국 가특허출원 제62/591,848호의 [0682] 내지 [0703]에 상세히 기술되어 있고, 본 명세서에 참고 문헌으로 포함된다. 맥스웰의 재구성 필드 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다:The incorporation of gold as a trace impurity substantially changes the electrically conductive properties of the oxysilaborane film 535 . It is believed that a logical explanation for the change in conduction due to trace incorporation of coinage metals such as gold was given by Maxwell's developments in electromagnetism. Reconstruction of Maxwell's equations is described in detail in U.S. Provisional Patent Application No. 62/591,848 [0682] to [0703], which is incorporated herein by reference. Maxwell's reconstruction field equation can be expressed as:

Figure 112019066792969-pct00159
Figure 112019066792969-pct00159

맥스웰에 의한 전기 및 자기의 통합은 변위 전류 밀도(

Figure 112019066792969-pct00160
)를 포함하도록 식 (80c)에서 암페어의 회로 법칙의 일반화를 초래하였다. 맥스웰의 변위 전류는 실제 전하의 변위 없이 공간을 통한 전자기 에너지의 변위를 지원한다. 맥스웰의 변위 전류에 의해 공간을 통해 전파하는 복사의 전력 플럭스 밀도는 포인팅 벡터 (E×H)에 의해 표시된다. 맥스웰의 변위 전류로 인한 전자기 복사의 경우, 공간을 통해 변위된 복사 전력은 일종의 외부 주기적 구동력에 의해 제공되어야 한다. 맥스웰의 재구성된 전계 방정식은 종래 기술에서 알려지지 않은 스펙트럼 유도(
Figure 112019066792969-pct00161
B)와 스펙트럼 변위 전류 밀도(
Figure 112019066792969-pct00162
D)를 포함하도록 식 (75a 내지 75d)에서 더 일반화된다.The integration of electricity and magnetism by Maxwell is the displacement current density (
Figure 112019066792969-pct00160
) resulted in a generalization of Ampere's circuit law in equation (80c) to include Maxwell's displacement currents support the displacement of electromagnetic energy through space without the displacement of an actual charge. The power flux density of radiation propagating through space by Maxwell's displacement current is denoted by a pointing vector ( E×H ). In the case of electromagnetic radiation due to Maxwell's displacement current, the radiant power displaced through space must be provided by some kind of external periodic driving force. Maxwell's reconstructed electric field equation is a spectral derivation (
Figure 112019066792969-pct00161
B ) and the spectral displacement current density (
Figure 112019066792969-pct00162
D ) is further generalized in equations (75a to 75d) to include

미국 가특허출원 제62/591,848호의 [0757] 내지 [0780]에 더 기술되었고, 본 명세서에서 참고로 통합된 바와 같이, 스펙트럼 유도(

Figure 112019066792969-pct00163
B)의 완전한 형태는 디락의 상대론적 파동 방정식에 다음과 같이 감추어져 있다:As further described in [0757] to [0780] of U.S. Provisional Patent Application No. 62/591,848, and incorporated herein by reference, spectral derivation (
Figure 112019066792969-pct00163
The complete form of B ) is hidden in Dirac's relativistic wave equation:

Figure 112019066792969-pct00164
Figure 112019066792969-pct00164

다음의 관계는 미국 가특허출원 제62/591,848호의 [0757] 내지 [0780]에서 유도되고, 본 명세서에 참고로 통합된다.The following relationship is derived from [0757] to [0780] of U.S. Provisional Patent Application No. 62/591,848, which is incorporated herein by reference.

Figure 112019066792969-pct00165
Figure 112019066792969-pct00165

위의 관계는 종래 기술에서 지금까지 알려지지 않은 한 쌍의 항을 포함하는 디락(Dirac)에 뒤이은 클라인-고든(Klein-Gordon) 및 슈뢰딩거(Schrodinger) 방정식의 합병에 기인한다. 위의 관계는 지금까지 알려지지 않은 두 항이 동일할 때 클라인-고든 방정식으로 축소된다.The above relationship is due to the merger of the Klein-Gordon and Schrodinger equations followed by Dirac, which includes a hitherto unknown pair of terms in the prior art. The above relation is reduced to the Klein-Gordon equation when the two terms, hitherto unknown, are equal.

Figure 112019066792969-pct00166
Figure 112019066792969-pct00166

식 (83)의 우측의 항(

Figure 112019066792969-pct00167
)은 식 (79b)에 의해 기술된 마이크로웨이브 지터베베궁에 속한다. 상술한 바와 같이, 마이크로웨이브 지터베베궁의 존재는 종래 기술에서는 알려지지 않았다. 식 (83)에서 위의 관계는 본 명세서에서 마이크로웨이브 지터베베궁 아하로노프-봄(Aharonov-Bohm) 효과라고 하는 새롭고 유용한 현상을 나타낸다. 마이크로웨이브 지터베베궁 아하로노프-봄 효과는 어떠한 외부 기관의 도움없이 공간을 통해 전자기 전력 밀도(E×H)를 변위시킬 수 있는 피코결정성 옥시실라보란 내의 주기적인 구동력을 발생시키는 것으로 여겨진다.The term on the right side of equation (83) (
Figure 112019066792969-pct00167
) belongs to the microwave jitterbewegung described by equation (79b). As mentioned above, the existence of microwave jitterbebe is unknown in the prior art. The above relationship in equation (83) represents a new and useful phenomenon referred to herein as the microwave jitterbebegung Aharonov-Bohm effect. The microwave jitterbebegung Akharonoff-Bomb effect is believed to generate a periodic driving force in phycocrystalline oxysilaborane that can displace electromagnetic power density ( E×H ) through space without the aid of any external organ.

모놀리식 집적 회로의 물리적 크기가 분자 크기로 확장됨에 따라, 기존의 스케일링 패러다임의 확장된 에너지 대역은 하이젠베르그의 양자 조건에 기인한 근본적인 이유로 파괴된다. 종래 기술에서의 집적 회로의 스케일링 패러다임은 전하 단일극이 연장된 에너지 밴드에서 변위되는 공유-결합된 반도체 구역의 평면적인 스케일링을 포함하며, 연장된 에너지 밴드에서 전하 단일극의 평균 자유 경로는 일반적으로 호스트 반도체 격자의 원자의 원자간 간격보다 여러 자릿수만큼 크다. 이러한 유형의 전하 단일극 변위는 집적 회로의 백 엔드 오브 라인(BEOL) 제조뿐만 아니라 프론트 엔드 오브 라인(FEOL) 제조에도 존재한다.As the physical size of monolithic integrated circuits is extended to the molecular size, the extended energy band of the conventional scaling paradigm is disrupted for fundamental reasons due to Heisenberg's quantum condition. The scaling paradigm of integrated circuits in the prior art involves planar scaling of a covalently-bonded semiconductor region in which a charge monopole is displaced in an extended energy band, where the average free path of a charge monopole in the extended energy band is generally It is many orders of magnitude larger than the interatomic spacing of atoms in the host semiconductor lattice. This type of charge monopole displacement exists in front end of line (FEOL) fabrication as well as back end of line (BEOL) fabrication of integrated circuits.

유해한 저항 효과를 감소시키기 위해, BEOL 상호접속부는 종래 기술에서 알루미늄으로부터 구리로 변형되었다. 그러나 구리에서의 전자의 평균 자유 경로는 39nm이므로, 구리 라인 폭이 50nm 미만으로 스케일링될 때 고유저항의 큰 증가가 발생한다. 관련 방식에서, 기생 누설 전류는 규소 트랜지스터의 피처 크기가 약 28nm 미만으로 스케일링될 때 발생하는데, 이는 공간에 걸친 확장된 에너지 대역 내에서 모바일 전하 단일극을 제한하는 것에서의 기본적인 불가능성 때문이다. 깊은-나노스케일 집적 회로의 확장된 에너지 대역에서 이동 전하 단일극을 제한하려는 시도에 응답하여 많은 다른 유해한 스케일링 효과가 발생한다. 공간에 걸쳐 전하 단일극의 실제 변위를 수반하지 않는 새로운 유형의 집적된 전기변위가 필요하다. 마이크로웨이브 지터베베궁 아하로노프-봄 효과가 유용하다.To reduce the detrimental resistive effect, the BEOL interconnect has been modified from aluminum to copper in the prior art. However, since the average free path of electrons in copper is 39 nm, a large increase in resistivity occurs when the copper line width is scaled to less than 50 nm. In a related manner, parasitic leakage current occurs when the feature size of a silicon transistor is scaled below about 28 nm because of the fundamental impossibility of confining a mobile charge monopole within an extended energy band spanning space. Many other deleterious scaling effects arise in response to attempts to confine mobile charge monopoles in the extended energy bands of deep-nanoscale integrated circuits. There is a need for a new type of integrated electric displacement that does not involve the actual displacement of a single pole of charge across space. The microwave jitterbebegung Aharonov-Bomb effect is useful.

마이크로웨이브 지터베베궁 아하로노프-봄 효과에 의해 공간을 통해 변위된 전자기 전력 밀도(E×H)는, 실제 전하의 변위와 관련된 어떠한 저항도 발생시키지 않으면 스펙트럼 변위 전류 밀도(

Figure 112019066792969-pct00168
D)를 지원하는 것으로 여겨진다. 결과적으로, 본 발명의 바람직한 양태는 실효 전류 밀도가 소정의 최대 전류 밀도를 초과하지 않는 한 이상적으로 실온 초전도체로서 작용하는 것으로 여겨진다. 상기 최대 전류 밀도는 그래핀의 최대 전류 밀도에 필적할만한 것으로 또한 여겨진다. 본 발명의 피코결정성 옥시실라보란은, 피코결정성 옥시실라보란의 증착이 그래핀과 달리 저온, 등각 증기상-증착에 의한 것이라는 점에서 BEOL 상호연결부로서 매우 유용하다. 산소가 없이 금-도핑된 피코결정성 실라보란은 BEOL 상호연결부로서 가장 유용하다고 여겨진다.The electromagnetic power density ( E × H ) displaced through space by the microwave jitterbebegung Akharonoff-Bomb effect is the spectral displacement current density (
Figure 112019066792969-pct00168
D ) is believed to support. Consequently, it is believed that preferred embodiments of the present invention ideally function as room temperature superconductors as long as the effective current density does not exceed a predetermined maximum current density. It is also believed that the maximum current density is comparable to that of graphene. The picocrystalline oxysilaborane of the present invention is very useful as a BEOL interconnect in that the deposition of the picocrystalline oxysilaborane is by low-temperature, conformal vapor-phase-deposition unlike graphene. Oxygen-free, gold-doped picocrystalline silaborane is believed to be most useful as a BEOL interconnect.

금-도핑된 피코결정성 실라보란 내에 금 원자의 미량 불순물 농도(~1018-3)의 혼입은 피코결정성 실라보란의 증착을 초래하는 형성 기체 내에 금 전구체를 포함시킴으로써 실현될 수 있다. 바람직한 금 전구체는 휘발성 유기 금속 디메틸 금(III) 착체이고, 디메틸 금(III) 아세테이트 (CH3)2Au(OAc)가 바람직한 금 전구체이다. 금 전구체는 MOCVD 반응기에서 수소 캐리어 가스에 의해 형성 가스로 도입될 수 있다. 금 불순물을 도입함으로써, 피코결정성 실라보란 및 피코결정성 옥시실라보란의 전기 전도성이 실질적으로 제어된 방식으로 증가될 수 있다.Incorporation of trace impurity concentrations of gold atoms (˜10 18 cm −3 ) in gold-doped picocrystalline silaborane can be realized by including a gold precursor in the forming gas that results in the deposition of picocrystalline silaborane. A preferred gold precursor is a volatile organometallic dimethyl gold(III) complex, with dimethyl gold(III) acetate (CH 3 ) 2 Au(OAc) being the preferred gold precursor. The gold precursor may be introduced as a forming gas by a hydrogen carrier gas in a MOCVD reactor. By introducing gold impurities, the electrical conductivity of the picocrystalline silaborane and the picocrystalline oxysilaborane can be increased in a substantially controlled manner.

Claims (101)

디바이스로서,
제1 도체 층;
상기 제1 도체 층과 접촉하는 제1 붕소 층으로서, 20면체 붕소 및 수소를 포함하고, 어느 다른 원자보다 높은 붕소의 상대 원자 농도를 갖는, 상기 제1 붕소 층;
상기 제1 붕소 층과 접촉하는 제2 붕소 층으로서, 20면체 붕소, 수소 및 산소를 포함하고, 어느 다른 원자보다 높은 붕소의 상대 원자 농도를 갖는, 상기 제2 붕소 층; 및
상기 제2 붕소 층과 접촉하는 제2 도체 층을 포함하는, 디바이스.
As a device,
a first conductor layer;
a first boron layer in contact with the first conductor layer, the first boron layer comprising icosahedral boron and hydrogen and having a relative atomic concentration of boron greater than any other atom;
a second boron layer in contact with the first boron layer, the second boron layer comprising icosahedral boron, hydrogen and oxygen and having a relative atomic concentration of boron greater than any other atom; and
a second conductor layer in contact with the second boron layer.
제1항에 있어서, 상기 디바이스는, 하나 이상의 인접한 포노볼테익(phonovoltaic) 전지의 포노볼테익 파일(pile)의 일부로서 유용한 포노볼테익 전지이고,
상기 제1 도체 층과 상기 제2 도체 층 사이에 전기 전위가 발생하는, 디바이스.
2. The device of claim 1, wherein the device is a phonovoltaic cell useful as part of a phonovoltaic pile of one or more adjacent phonovoltaic cells;
An electrical potential is generated between the first conductor layer and the second conductor layer.
제1항에 있어서, 상기 디바이스는, 상기 제1 및 제2 도체 층 사이에 비대칭 전기 컨덕턴스를 갖는 정류기인, 디바이스.The device of claim 1 , wherein the device is a rectifier having an asymmetric electrical conductance between the first and second conductor layers. 집적 회로로서,
제1 회로 소자;
제2 회로 소자; 및
20면체 붕소와 수소를 포함하고, 어느 다른 원자보다 높은 붕소의 상대 원자 농도를 갖는 도체를 포함하고,
상기 도체는 미량의 주화 금속(coinage metal)을 추가로 포함하고;
상기 도체는 집적 회로 내에서 제1 회로 소자를 제2 회로 소자에 전기적으로 연결하는, 집적 회로.
An integrated circuit comprising:
a first circuit element;
a second circuit element; and
a conductor comprising icosahedral boron and hydrogen and having a relative atomic concentration of boron greater than any other atom;
the conductor further comprises a trace amount of coinage metal;
wherein the conductor electrically connects a first circuit element to a second circuit element within the integrated circuit.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 붕소 층은 규소를 추가로 포함하거나, 상기 제1 붕소 층은 실라보란이거나, 또는 상기 제1 붕소 층은 피코결정성 실라보란인, 디바이스.4. The method of any one of claims 1 to 3, wherein the first boron layer further comprises silicon, the first boron layer is silaborane, or the first boron layer is picocrystalline silaborane. , device. 제5항에 있어서, 상기 실라보란은 (B12Hw)xSiy(여기서, 3≤w≤5, 2≤x≤4 및 3≤y≤5이다)의 화학식을 갖는 실라보란, (B12H4)xSiy(여기서, 2≤x≤4 및 3≤y≤5이다)의 화학식을 갖는 실라보란, 또는 (B12H4)3Si5의 화학식을 갖는 실라보란인, 디바이스.According to claim 5, wherein the silaborane is (B 12 H w ) x Si y silaborane having the formula of 3≤w≤5, 2≤x≤4 and 3≤y≤5, (B 12 H 4 ) x Si y , wherein 2≤x≤4 and 3≤y≤5 silaborane, or (B 12 H 4 ) 3 Si 5 . 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 붕소 층은 규소를 추가로 포함하거나, 상기 제2 붕소 층은 옥시실라보란이거나, 또는 상기 제2 붕소 층은 피코결정성 옥시실라보란인, 디바이스.4. The method of any one of claims 1 to 3, wherein the second boron layer further comprises silicon, the second boron layer is oxysilaborane, or the second boron layer is picocrystalline oxysila. Boran, Device. 제7항에 있어서, 상기 옥시실라보란은 (B12Hw)xSiyOz(여기서, 3≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5 및 0<z≤3이다)의 화학식을 갖는 옥시실라보란, (B12H4)xSiyOz(여기서, 2≤x≤4, 3≤y≤5 및 0<z≤3이다)의 화학식을 갖는 옥시실라보란, 또는 (B12H4)2Si4O2의 화학식을 갖는 옥시실라보란인, 디바이스.The method of claim 7, wherein the oxysilaborane is (B 12 H w ) x Si y O z (where 3≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5 and 0<z≤3) oxysilaborane having the formula of (B 12 H 4 ) x Si y O z (wherein 2≤x≤4, 3≤y≤5 and 0<z≤3) (B 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 , which is an oxysilaborane having the formula. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 도체 층은 각각 금속 전극이고, 상기 금속 전극은 알루미늄일 수 있는, 디바이스.The device according to claim 1 , wherein the first and second conductor layers are each a metal electrode, wherein the metal electrode may be aluminum. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 붕소 층 및 상기 제2 붕소 층 내의 붕소의 상대 원자 농도는 어느 다른 원자보다 50% 이상 큰, 디바이스. The device of claim 1 , wherein the relative atomic concentration of boron in the first boron layer and the second boron layer is at least 50% greater than any other atom. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 붕소 층의 20면체 대칭은 얀-텔러(Jahn-Teller) 왜곡이 없는, 디바이스.The device of claim 1 , wherein the icosahedral symmetry of the first and second boron layers is free of Jahn-Teller distortion. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 붕소 층은 4 nm 이하의 두께를 가지며, 상기 제2 붕소 층은 4 nm 이하의 두께를 갖는, 디바이스.The device of claim 1 , wherein the first boron layer has a thickness of 4 nm or less and the second boron layer has a thickness of 4 nm or less. 제2항에 있어서, 포노볼테익 파일은 적어도 2개의 포노볼테익 전지로 형성되고, 제1 포노볼테익 전지의 제2 도체는 제2 포노볼테익 전지의 제1 도체를 형성하는, 디바이스.The device of claim 2 , wherein the phonovoltaic pile is formed of at least two phonovoltaic cells, and the second conductor of the first phonovoltaic cell forms the first conductor of the second phonovoltaic cell. 제4항에 있어서, 상기 도체는 옥시실라보란이거나, 상기 도체는 피코결정성 옥시실라보란이거나, 상기 도체는 (B12Hw)xSiyOz(여기서, 3≤w≤5, 2≤x≤4, 3≤y≤5 및 0<z≤3이다)의 화학식을 갖는 옥시실라보란이거나, 상기 도체는 (B12H4)xSiyOz(여기서, 2≤x≤4, 3≤y≤5 및 0<z≤3이다)의 화학식을 갖는 피코결정성 옥시실라보란이거나, 또는 상기 도체는 (B12H4)2Si4O2의 화학식을 갖는 피코결정성 옥시실라보란인, 집적 회로.5. The method of claim 4, wherein the conductor is oxysilaborane, the conductor is picocrystalline oxysilaborane, or the conductor is (B 12 H w ) x Si y O z (where 3≤w≤5, 2≤ oxysilaborane having the formula of x≤4, 3≤y≤5 and 0<z≤3, or the conductor is (B 12 H 4 ) x Si y O z (where 2≤x≤4, 3 ≤y≤5 and 0<z≤3), or the conductor is picocrystalline oxysilaborane with the formula (B 12 H 4 ) 2 Si 4 O 2 , integrated circuits. 제4항에 있어서,
(a) 상기 도체는 실질적으로 결정립이 없거나,
(b) 상기 도체는 기상 증착을 사용하여 형성될 수 있거나,
(c) 상기 주화 금속은 1018-3까지의 원자 농도로 상기 도체에 혼입되거나,
(d) 상기 도체의 저항은 동일한 치수의 구리 도체의 저항보다 작거나,
(e) 상기 주화 금속은 금이고, 상기 금은 1018-3까지의 원자 농도로 상기 도체에 혼입될 수 있거나,
(f) 상기 도체는 전하를 전달하지 않고 전기 에너지를 전달하거나, 또는
(g) 상기 도체는 BEOL(Back End Of Line) 상호 접속부를 형성하는, 집적 회로.
5. The method of claim 4,
(a) the conductor is substantially free of grains;
(b) the conductor may be formed using vapor deposition, or
(c) the coinage metal is incorporated into the conductor in an atomic concentration of up to 10 18 cm -3 ;
(d) the resistance of the conductor is less than the resistance of a copper conductor of the same dimension,
(e) said coinage metal is gold, said gold being capable of being incorporated into said conductor in an atomic concentration of up to 10 18 cm -3 ;
(f) the conductor carries electrical energy without carrying an electric charge, or
(g) the conductor forms a Back End Of Line (BEOL) interconnect.
제4항에 있어서, 상기 도체는 규소를 추가로 포함하거나, 상기 도체는 실라보란이거나, 또는 상기 도체는 피코결정성 실라보란인, 집적 회로.5. The integrated circuit of claim 4, wherein the conductor further comprises silicon, the conductor is silaborane, or the conductor is picocrystalline silaborane. 제16항에 있어서, 상기 실라보란은 (B12Hw)xSiy(여기서, 3≤w≤5, 2≤x≤4 및 3≤y≤5이다)의 화학식을 갖는 실라보란, (B12H4)xSiy(여기서, 2≤x≤4 및 3≤y≤5이다)의 화학식을 갖는 실라보란, 또는 (B12H4)3Si5의 화학식을 갖는 실라보란인, 집적 회로.17. The method of claim 16, wherein the silaborane is (B 12 H w ) x Si y silaborane having the formula of 3≤w≤5, 2≤x≤4 and 3≤y≤5, (B 12 H 4 ) x Si y , wherein 2≤x≤4 and 3≤y≤5 silaborane, or (B 12 H 4 ) 3 Si 5 , an integrated circuit. . 제4항에 있어서, 상기 도체 내의 붕소의 상대 원자 농도는 어느 다른 원자보다 50% 이상 큰, 집적 회로. 5. The integrated circuit of claim 4, wherein the relative atomic concentration of boron in the conductor is at least 50% greater than any other atom. 제4항에 있어서, 상기 도체의 20면체 대칭은 얀-텔러 왜곡이 없는, 집적 회로.
5. The integrated circuit of claim 4, wherein the icosahedral symmetry of the conductor is free of Jan-Teller distortion.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020197018946A 2017-03-15 2017-11-30 Process and manufacture of low-dimensional materials that support both self-thermal neutronization and self-localization KR102373619B1 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762471815P 2017-03-15 2017-03-15
US62/471,815 2017-03-15
US201762591848P 2017-11-29 2017-11-29
US62/591,848 2017-11-29
PCT/US2017/064020 WO2018164746A2 (en) 2016-11-29 2017-11-30 Process and manufacture of low-dimensional materials supporting both self-thermalization and self-localization

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190126765A KR20190126765A (en) 2019-11-12
KR102373619B1 true KR102373619B1 (en) 2022-03-15

Family

ID=68407930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197018946A KR102373619B1 (en) 2017-03-15 2017-11-30 Process and manufacture of low-dimensional materials that support both self-thermal neutronization and self-localization

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP3549155A4 (en)
JP (1) JP7250340B2 (en)
KR (1) KR102373619B1 (en)
CN (1) CN110431652B (en)
CA (1) CA3045318A1 (en)
IL (1) IL266966B2 (en)
WO (1) WO2018164746A2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111470577A (en) * 2020-04-15 2020-07-31 苏州正奥水生态技术研究有限公司 Sewage treatment photon carrier and preparation method and use method thereof
CN115903279B (en) * 2022-10-12 2023-10-03 北京大学 Method for regulating and controlling spectral emissivity based on isotope engineering and application thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160351286A1 (en) 2015-05-28 2016-12-01 SemiNuclear, Inc. Composition and method for making picocrystalline artificial carbon atoms

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3432539A (en) * 1965-06-30 1969-03-11 Du Pont Icosahedral dodecahydrododecaborane derivatives and their preparation
US4818625A (en) * 1985-06-24 1989-04-04 Lockheed Missiles & Space Company, Inc. Boron-silicon-hydrogen alloy films
US5872368A (en) * 1995-11-30 1999-02-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of controlling a super conductor
US6025611A (en) * 1996-09-20 2000-02-15 The Board Of Regents Of The University Of Nebraska Boron-carbide and boron rich rhobohedral based transistors and tunnel diodes
US6479919B1 (en) * 2001-04-09 2002-11-12 Terrence L. Aselage Beta cell device using icosahedral boride compounds
JP2004123720A (en) * 2002-09-11 2004-04-22 Sony Corp Molecular element, molecular organism, rectifier element, method for rectifying, sensor element, switching element, circuit element, logic circuit element, computing element, and information processing element
KR100683401B1 (en) * 2005-08-11 2007-02-15 동부일렉트로닉스 주식회사 Semiconductor device using epi-layer and method of forming the same
US7795735B2 (en) * 2007-03-21 2010-09-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Methods for forming single dies with multi-layer interconnect structures and structures formed therefrom
US7915643B2 (en) * 2007-09-17 2011-03-29 Transphorm Inc. Enhancement mode gallium nitride power devices
US8779462B2 (en) * 2008-05-19 2014-07-15 Infineon Technologies Ag High-ohmic semiconductor substrate and a method of manufacturing the same
JP2012522404A (en) * 2009-06-10 2012-09-20 シンシリコン・コーポレーション Photovoltaic module and method of manufacturing a photovoltaic module having multiple semiconductor layer stacks
US8344337B2 (en) * 2010-04-21 2013-01-01 Axcelis Technologies, Inc. Silaborane implantation processes
KR101396432B1 (en) * 2012-08-02 2014-05-21 경희대학교 산학협력단 Semiconductor device and method for fabricating the same
JP6544807B2 (en) * 2014-06-03 2019-07-17 株式会社日本製鋼所 Method of manufacturing semiconductor having gettering layer, method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
US9972489B2 (en) * 2015-05-28 2018-05-15 SemiNuclear, Inc. Composition and method for making picocrystalline artificial borane atoms

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160351286A1 (en) 2015-05-28 2016-12-01 SemiNuclear, Inc. Composition and method for making picocrystalline artificial carbon atoms

Also Published As

Publication number Publication date
IL266966A (en) 2019-07-31
KR20190126765A (en) 2019-11-12
WO2018164746A2 (en) 2018-09-13
IL266966B1 (en) 2023-11-01
JP7250340B2 (en) 2023-04-03
EP3549155A2 (en) 2019-10-09
CA3045318A1 (en) 2018-09-13
EP3549155A4 (en) 2020-09-30
CN110431652B (en) 2023-12-29
WO2018164746A3 (en) 2018-12-06
CN110431652A (en) 2019-11-08
JP2020515057A (en) 2020-05-21
IL266966B2 (en) 2024-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Walsh et al. Fermi level manipulation through native doping in the topological insulator Bi2Se3
Luo et al. Excitons and Electron–Hole Liquid State in 2D γ‐Phase Group‐IV Monochalcogenides
Wang et al. Thickness-controlled synthesis of CoX2 (X= S, Se, and Te) single crystalline 2D layers with linear magnetoresistance and high conductivity
US20230188213A1 (en) Composition And Method For Making Picocrystalline Artificial Borane Atoms
Ullah et al. The significance of anti‐fluorite Cs2NbI6 via its structural, electronic, magnetic, optical and thermoelectric properties
KR102373619B1 (en) Process and manufacture of low-dimensional materials that support both self-thermal neutronization and self-localization
Zhang et al. Angle-resolved photoemission spectroscopy study of topological quantum materials
Li et al. Metallization and superconductivity in the van der Waals compound CuP2Se through pressure-tuning of the interlayer coupling
Asfia et al. Pressure induced band gap shifting from ultra-violet to visible region of RbSrCl3 perovskite
US11651957B2 (en) Process and manufacture of low-dimensional materials supporting both self-thermalization and self-localization
Elfatouaki et al. Optoelectronic and thermoelectric properties of double halide perovskite Cs2AgBiI6 for renewable energy devices
Solet et al. First-principles study of optoelectronic and thermoelectronic properties of the ScAgC half-Heusler compound
Wang et al. Tiny nano-scale junction built on B/N doped single carbon nanotube
Kashida et al. Electronic structure of Ag2Te, band calculation and photoelectron spectroscopy
RU2756481C2 (en) Technology and production of low-dimensional material that supports both self-thermalization and self-localization
JP7070871B2 (en) Compositions and Methods for Producing Pico Crystal Artificial Borane Atoms
Liu et al. A computational study of electrical contacts to all-inorganic perovskite CsPbBr3
Ding et al. Intrinsic Ferromagnetism in 2D Fe2H with a High Curie Temperature
Haman et al. Photocatalytic and thermoelectric performance of asymmetrical two-dimensional Janus aluminum chalcogenides
Mahmood et al. Physical properties of alkali metals-based iodides via Ab-initio calculations
Amato et al. Understanding doping at the nanoscale: the case of codoped Si and Ge nanowires
Zhang et al. Pseudospin Polarized Dual-Higher-Order Topology in Hydrogen-Substituted Graphdiyne
Kim et al. Multiple Andreev reflections in topological insulator nanoribbons
RU2739541C1 (en) Broadband emitter of infrared and terahertz wavelength ranges
Fu et al. Robust photogalvanic effect, full spin polarization and pure spin current in the BiC photodetector by vacancy and substitution-doping

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