KR20100021350A - 에너지 수확 장치 - Google Patents

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KR20100021350A
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Abstract

나노 헬릭스를 이용한 에너지 수확 장치를 개시한다. 개시된 에너지 수확 장치는, 입사 전자기파의 진행 방향을 따라 배치된, 입사 전자기파를 증폭시키는 제 1 나노 헬릭스, 상기 제 1 나노 헬릭스에 의해 증폭된 전자기파로부터 유도 전류가 발생되는 제 2 나노 헬릭스, 및 상기 제 2 나노 헬릭스에서 발생된 유도 전류를 정류하는 다이오드를 포함한다. 이러한 에너지 수확 장치는, 예를 들어, 휴대폰, 카메라, 전등, 자동차 등의 다양한 장치에서 전력원으로 사용될 수 있다.

Description

에너지 수확 장치{Energy harvesting device}
본 개시는 에너지 수확 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노 헬릭스를 이용한 에너지 수확 장치에 관한 것이다.
초기의 에너지 수확 장치는, 예를 들어, 원격 장치나 임베디드 장치들에 대한 전력공급 문제를 해결하기 위하여 제기되었다. 즉, 사용자가 수시로 전선이나 배터리 등을 교체하기 어려운 환경에서, 스스로 에너지를 수확하여 반영구적으로 전력을 공급하도록 하기 위하여 에너지 수확 장치가 제기되었다.
에너지 스캐빈징(energy scavenging)이라고도 부르는 에너지 수확 기술은 주변 환경 속의 운동 에너지, 빛 에너지, 전자기파 에너지, 열 에너지 등을 압전, 광발전, 열전 및 전자기 유도 원리 등을 이용하여 전기 에너지로 변환한다. 예를 들어, 도로에 설치되어 사용되는 감시 카메라나 가로등에 태양광을 이용한 에너지 수확 장치가 장착되기도 한다. 특히, 전력관리 IC, 전력저장 기술, 저전력 IC 등이 개발되고 에너지 변환효율이 향상됨에 따라 에너지 수확 장치의 다양한 응용이 점차 현실화되고 있다.
더욱이, 최근에는 친환경 및 에너지 절감의 차원에서 에너지 수확 장치가 주 목 받고 있다. 친환경 분야에서 에너지 수확 장치는 아직까지 시험 수준에 있으나, 장차 보조 전력원으로 충분한 역할을 할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
본 개시는 나노 헬릭스를 이용한 새로운 개념의 에너지 수확 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
개시된 에너지 수확 장치의 일 태양에 따르면, 입사 전자기파를 증폭시키는 제 1 나노 헬릭스; 상기 제 1 나노 헬릭스에 의해 증폭된 전자기파로부터 유도 전류가 발생되는 제 2 나노 헬릭스; 및 상기 제 2 나노 헬릭스에서 발생한 유도 전류를 정류하는 다이오드를 포함하는 에너지 수확 장치가 제공된다.
여기서, 상기 입사 전자기파의 에너지원은 태양, 실내외의 전등, 무선 기지국 또는 무선 기기 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 나노 헬릭스는, 예컨대, 도전체로 형성될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 나노 헬릭스는 서로 인접하여 배치될 수 있다.
다수의 제 1 나노 헬릭스가 제 1 기판 위에 배열되고, 다수의 제 2 나노 헬릭스가 제 2 기판 위에 배열될 수 있다.
상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판이 서로 적층되어 배치될 수 있다.
상기 제 1 기판은 복수 개가 서로 적층되어 배치될 수 있다.
상기 제 1 나노 헬릭스와 제 2 나노 헬릭스는 각각 제 1 기판과 제 2 기판 위에서 상기 제 1 기판과 제 2 기판에 수평 또는 수직하게 성장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 정류된 전류의 평활을 위한 평활 회로가 상기 다이오드 에 더 연결될 수 있다.
또한, 평활된 전류를 저장하는 축전기가 상기 평활 회로에 더 연결될 수 있다.
개시된 에너지 수확 장치의 다른 태양에 따르면, 입사 전자기파를 증폭시키는 다수의 제 1 나노 헬릭스들을 갖는 1차 나노 헬릭스층; 상기 1차 나노 헬릭스층에 의해 증폭된 전자기파로부터 유도 전류가 발생되는 다수의 제 2 나노 헬릭스들을 갖는 2차 나노 헬릭스층; 및 상기 2차 나노 헬릭스층에서 발생된 유도 전류를 정류하기 위한 다수의 다이오드 셀을 구비하는 다이오드 유닛층;을 포함하는 에너지 수확 장치가 제공된다.
여기서, 상기 1차 나노 헬릭스층은, 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층 위에 배치된 접지 전극; 및 상기 제 1 절연층과 접지 전극 위에 배치되며, 상기 접지 전극과 일점에서 전기적으로 접촉하는 다수의 제 1 나노 헬릭스;를 구비할 수 있다.
상기 다수의 제 1 나노 헬릭스들은 상기 제 1 절연층 상에 랜덤하게 배치될 수 있다.
상기 다수의 제 1 나노 헬릭스들은 그 위에 코팅된 코팅층으로 고정될 수 있다.
예컨대, 상기 제 1 절연층의 두께는 1nm 내지 100㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 접지 전극은 상기 제 1 절연층 위에 나란하게 형성된 다수의 도전체 와이어들의 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 접지 전극과 상기 제 1 나노 헬릭스 사이에 제 2 절연층이 더 개재될 수도 있다.
상기 1차 나노 헬릭스층은, 기판 위에 제 1 나노 헬릭스, 제 2 절연층, 접지 전극 및 제 1 절연층을 차례로 형성함으로써 제공될 수 있다.
동일한 구조를 갖는 적어도 2개의 1차 나노 헬릭스층이 입사 전자기파의 진행 방향을 따라 연속적으로 적층 배치될 수 있다.
상기 2차 나노 헬릭스층은 제 3 절연층 및 상기 제 3 절연층 위에 배치된 다수의 제 2 나노 헬릭스들을 구비할 수 있다.
또한, 상기 다이오드 유닛층은 다수의 다이오드 셀을 포함할 수 있으며, 각각의 다이오드 셀은, 상기 제 3 절연층을 관통하여 상기 제 2 나노 헬릭스들의 양단에 전기적으로 연결되는 한 쌍의 와이어; 및 상기 한 쌍의 와이어에 흐르는 유도 전류를 정류하기 위한 다이오드를 구비할 수 있다.
상기 각각의 다이오드 셀에는 정류된 전류를 평활화하기 위한 콘덴서가 연결될 수 있다.
상기 다이오드 셀들은 서로 직렬 또는 병렬로 연결되거나, 또는 직렬과 병렬을 혼합하여 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 3 절연층과 제 2 나노 헬릭스들 사이에 제 4 절연층이 더 개재될 수 있다.
상기 다수의 제 2 나노 헬릭스들은 그 위에 코팅된 코팅층으로 고정될 수 있다.
개시된 에너지 수확 장치의 또 다른 태양에 따르면, 수직하게 배열되어 있는 다수의 나노 헬릭스들을 갖는 나노 헬릭스층; 상기 나노 헬릭스의 일단에 연결된 전극; 및 상기 나노 헬릭스의 타단에 연결된 다이오드층을 포함하는 에너지 수확 장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 나노 헬릭스층은 절연층 및 상기 절연층 내에 수직하게 매립되어 있는 다수의 나노 헬릭스들을 포함할 수 있으며, 상기 다수의 나노 헬릭스들의 양단부가 상기 절연층의 상부면과 하부면을 통해 돌출될 수 있다.
또한, 상기 다이오드층은 나노 헬릭스층의 상부면에 배치된 제 1 반도체층 및 상기 제 1 반도체층 위에 배치된 제 2 반도체층을 구비할 수 있으며, 상기 제 1 반도체층과 제 2 반도체층은 서로 반대 타입으로 도핑될 수 있다.
상기 다수의 나노 헬릭스들은 상기 제 1 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 에너지 수확 장치는 상기 다이오드층의 상부면에 배치된 평활용 콘덴서층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 콘덴서층은 상기 제 2 반도체층 위에 배치된 제 1 전도체층, 상기 제 1 전도체층 위에 배치된 유전체층, 및 상기 유전체층 위에 배치된 제 2 전도체층을 포함할 수 있다.
상기 전극 및 상기 제 2 전도체층은 접지와 연결되어 있으며, 상기 제 2 반도체층은 출력과 연결될 수 있다.
상기 다이오드층은 다수의 다이오드 셀들로 구획될 수 있다.
상기 다이오드층의 하나의 셀은 상기 나노 헬릭스층 내의 하나의 나노 헬릭 스와 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 나노 헬릭스층과 상기 전극 사이에 저항층이 더 배치될 수 있다.
개시된 에너지 수확 장치의 또 다른 태양에 따르면, 기판, 상기 기판 위에 형성된 전극층 및 상기 전극층 위에 수직하게 성장된 다수의 나노 헬릭스들을 구비하는 나노 헬릭스층; 및 상기 나노 헬릭스층 위에 배치되어, 상기 다수의 나노 헬릭스들과 전기적으로 연결되어 있는 다이오드층을 포함하는 에너지 수확 장치가 제공될 수 있다.
상기 에너지 수확 장치는 상기 나노 헬릭스층의 전극층과 상기 다이오드층 사이에 배치되어 상기 다이오드층을 지지하는 다수의 유전체 스페이서를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 수확 장치는 상기 나노 헬릭스층의 전극층과 상기 다이오드층 사이에 채워진 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 수확 장치는 상기 전극층과 상기 나노 헬릭스들 사이에 개재된 저항층을 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 수확 장치는 상기 다이오드층의 상부면에 배치된 평활용 콘덴서층을 더 포함할 수 있다.
본 개시에 따르면, 매우 미세한 나노 헬릭스를 이용하여 새로운 형태의 에너지 수확 장치를 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 에너지 수확 장치는 우수한 에너지 변환 효율을 가질 수 있다. 이러한 에너지 수확 장치는, 예를 들어, 휴대폰, 카메라, 전등, 자동차 등의 다양한 장치에서 보조 전력원으로 사용될 수도 있으며, 전력 소비가 비교적 작은 전자 장치에서는 주 전력원으로도 사용될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일 실시예에 따른 나노 헬릭스를 이용한 에너지 수확 장치의 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1은 일 실시예에 따른 나노 헬릭스(nano-helix)를 이용한 에너지 수확 장치(10)의 개략적인 구조를 예시적으로 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 나노 헬릭스를 이용한 에너지 수확 장치(10)는, 입사 전자기파를 증폭시키기 위한 1차 나노 헬릭스층(primary nano-helix layer)(20), 증폭된 전자기파로부터 전자기 유도 현상을 이용하여 유도 전류를 발생시키기 위한 2차 나노 헬릭스층(secondary nano-helix layer)(30) 및 상기 2차 나노 헬릭스층(30)에서 발생한 유도 전류를, 예컨대 직류로 정류하기 위한 다이오드 유닛층(40)을 포함한다. 상기 1차 나노 헬릭스층(20), 2차 나노 헬릭스층(30) 및 다이오드 유닛층(40)은, 예컨대, 입사 전자기파의 진행 방향을 따라 차례로 배치될 수 있다.
여기서, 입사 전자기파는 모든 종류의 전자기파 방사광을 포함하는 폭 넓은 의미로 이해하여야 한다. 예를 들어, 입사 전자기파의 에너지원은 적외선, 가시광선, 자외선 등을 포함하는 태양광을 방출하는 태양일 수도 있다. 또한, 예컨대 실내외의 전등 등도 입사 전자기파의 에너지원이 될 수 있으며, 심지어 고주파 신호를 발생시키는 인접한 무선 기지국 또는 무선 기기 등도 입사 전자기파의 에너지원 으로서 작용할 수 있다.
상기 1차 나노 헬릭스층(20)은 박막 절연층(21), 상기 박막 절연층(21) 위에 배치된 접지 전극(22), 및 상기 절연층(21) 위에 분산되어 상기 접지 전극(22)과 전기적으로 연결되는 다수의 제 1 나노 헬릭스(23)들의 어레이를 포함한다. 여기서 접지 전극(22)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 박막 절연층(21) 위에 나란하게 형성된 다수의 도전체 와이어들의 형태를 가질 수 있다. 이러한 도전체 와이어들은 절연층(21)의 측면에서 하나의 금속판에 연결되어 있을 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 박막 절연층(21) 위에 배치된 다수의 제 1 나노 헬릭스(23)들의 어레이 내에서, 각각의 제 1 나노 헬릭스(23)는 대응하는 하나의 접지 전극(22)과 어느 한 점에서 전기적으로 접촉할 수 있다. 박막 절연층(21)은 입사 전자기파에 대해 투과성이 있는 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, 가시광 영역의 입사 전자기파를 사용하는 경우, 박막 절연층(21)은 가시광선에 대해 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 이하의 기재에서 투명하다는 표현은 입사 전자기파에 대해 투과성이 있다는 의미를 나타낸다. 또한, 후술하겠지만, 상기 제 1 나노 헬릭스(23)에 의한 입사 전자기파의 증폭 효과를 얻기 위하여, 상기 박막 절연층(21)의 두께는 1nm 내지 100㎛ 정도일 수 있다.
또한, 상기 2차 나노 헬릭스층(30)은 절연층(31) 및 상기 절연층(31) 위에 분포된 다수의 제 2 나노 헬릭스(32)들의 어레이를 포함한다. 절연층(31)은 예컨대 1차 나노 헬릭스층(20)의 절연층(21)과 동일한 재료로 구성될 수 있다. 즉, 상기 절연층(31)도 역시 입사 전자기파에 대해 투과성이 있는 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, 가시광 영역의 입사 전자기파를 사용하는 경우, 상기 절연층(31)은 가시광선에 대해 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 2차 나노 헬릭스층(30)의 절연층(31)은 상면에 배치된 제 2 나노 헬릭스(32)와 하부의 다이오드 유닛층(40) 사이에 충분한 전기적 절연 효과를 제공할 수 있는 두께를 가질 수 있다. 절연층(31) 위에 배치된 다수의 제 2 나노 헬릭스(32)는 1차 나노 헬릭스층(20)의 제 1 나노 헬릭스(23)들과 동일한 것일 수 있다. 후술하겠지만, 상기 1차 나노 헬릭스층(20)의 제 1 나노 헬릭스(23)들에 의해 증폭된 입사 전자기파는 절연층(31) 위에 소정의 국소적인 패턴(35)으로 입사하게 되는데, 2차 나노 헬릭스층(30)의 제 2 나노 헬릭스(32)들은 이러한 입사 전자기파의 패턴(35) 위에 분포될 수 있다. 상기 제 2 나노 헬릭스(32)들은 전자기 유도 법칙에 따라 상기 증폭된 입사 전자기파에 의해 유도 전류를 발생시킨다.
여기서, 제 1 및 제 2 나노 헬릭스(23,32)는 도전체로 이루어진 나노 와이어가 코일과 같이 나선형으로 꼬여서 형성된 나노 재료이다. 이러한 제 1 및 제 2 나노 헬릭스(23,32)는 예컨대 하나의 길이가 수 ㎛ 정도이며, 나선의 직경이 수십nm이고, 나선 사이의 피치가 수십nm 정도가 된다. 따라서 상기 제 1 및 제 2 나노 헬릭스(23,32)는 매우 미세한 나노 크기의 전도성 코일로 볼 수 있다. 예컨대 실리콘 카바이드(SiC)로 제조된 나노 헬릭스가 개시된 바 있다. 실리콘 카바이드 이외에도 탄소나노튜브(CNT) 또는 금속 등과 같은 도전체 재료로 상기 제 1 및 제 2 나노 헬릭스(23,32)를 형성할 수 있다.
한편, 다이오드 유닛층(40)은 절연층(31)을 관통하여 제 2 나노 헬릭스(32) 들과 전기적으로 연결되는 다수 쌍의 와이어(42,43)들과, 상기 와이어(42,43)에 흐르는 유도 전류를 직류로 정류하도록 기판(41) 위에 형성된 다수의 다이오드(44)들을 포함한다. 여기서 다이오드(44)들은 예컨대 반파 정류기(half-wave rectifier) 또는 전파 정류기(full-wave rectifier)의 형태로 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 와이어(42,43)는 하나의 제 2 나노 헬릭스(32)의 양단(P1,P2)에 각각 전기적으로 연결되어 있다. 도 1에는 편의상 한 쌍의 와이어(42,43)들과 하나의 다이오드(44)만으로 구성된 다이오드 셀(45)만이 표시되어 있다. 그러나 실제로는, 제 2 나노 헬릭스(32)들 각각에 연결되는 다수 쌍의 와이어들 및 상기 와이어들에 연결되는 다이오드들이 하나의 다수의 다이오드 셀(45)을 이루고 있다. 이러한 다수의 다이오드 셀(45)을 필요에 따라 직렬로 연결하거나 또는 병렬로 연결함으로써, 또는 직렬과 병렬을 혼합하여 연결함으로써 최종적으로 직류의 전류를 제공할 수 있게 된다. 또한, 각각의 다이오드 셀(45)에는 정류된 직류의 평활화를 위하여 콘덴서(46)가 더 포함될 수도 있다. 도 1에는 단순히 콘덴서(46)만이 도시되어 있으나, 보다 복잡한 평활회로가 형성되는 것도 가능하다.
도 3은 도 1에 도시된 본 실시예에 따른 에너지 수확 장치(10)의 등가 회로를 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 1차 나노 헬릭스층(20)의 제 1 나노 헬릭스(23)는, 예를 들어 변압기(transformer)의 1차 코일에 대응할 수 있으며, 2차 나노 헬릭스층(30)의 제 2 나노 헬릭스(32)는 변압기의 2차 코일에 대응할 수 있다. 입사 전자기파(Ep)는 제 1 나노 헬릭스(23)에 의해 다시 방사되어(Erad) 제 2 나노 헬릭스(32)에 입사하며, 상기 제 2 나노 헬릭스(32)에 의해 발생한 유도 전류는 다이오드(44)에 의해 정류된 후, 부하(load)에 제공될 수 있다. 한편, 도 3에는 다이오드(44)와 부하 사이에 축전지(49)가 더 배치되어 있다. 축전지(49)는 콘덴서(46) 또는 평활회로에서 평활된 전류를 저장하는 역할을 한다. 즉, 평활된 전류는 최종적으로 축전지(49)에 저장되었다가, 부하에서 전류를 필요로 할 때 상기 축전기(49)에 저장된 전류를 부하에 제공할 수 있다.
이하, 나노 헬릭스를 이용한 에너지 수확 장치(10)의 동작 원리에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
일반적으로, 공중의 전자기파로부터 전도성 코일에 유도되는 기전력은 비교적 작다. 따라서 외부로부터 입사하는 입사 전자기파를 어느 정도 증폭시킬 필요가 있다. 상기 1차 나노 헬릭스층(20)의 제 1 나노 헬릭스(23)는 이러한 입사 전자기파를 증폭시키는 역할을 할 수 있다.
이를 보이기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이, 단일한 파장의 평면파(plane wave)가 나노 헬릭스에 경사지게 입사한다고 가정한다. 거시적인 시스템에서 주변에 존재하는 광 또는 전자기파의 경우, 전체적으로 평면파라고 볼 수는 없다. 그러나 나노 헬릭스의 경우, 나노 헬릭스의 나선 사이의 피치는 수십nm에 불과한 반면, 입사 전자기파의 파장은 비교적 짧은 광파장의 경우에도 수백nm이기 때문에, 나노 헬릭스의 나선 사이에 입사하는 전자기파는 실질적으로 단일한 파장의 평면파라고 볼 수도 있다. 그러면 나노 헬릭스는 일종의 다중 슬릿의 역할을 하게 되며, 따라서 회절에 의한 간섭 무늬를 주변에 형성하게 된다. 이때, 나노 헬릭스와 매우 가 까운 지점에서는, 근접장 효과와 비슷하게 크게 증폭된 전자기파를 얻을 수 있다.
예컨대, 입사 전자기파가 555nm의 파장을 갖는 녹색 가시광이고, 나노 헬릭스의 나선 반경이 40nm, 나노 헬릭스의 나선 사이의 피치가 50nm, 나노 헬릭스의 전기전도도가 5×105S, 나노 헬릭스를 직선으로 펼쳤을 때의 길이가 5㎛, 나노 헬릭스의 권선수가 19.5회라고 가정할 때, 나노 헬릭스의 중심축으로부터 273nm 떨어진 곳에서의 전자기파의 세기를 이론적으로 구할 수 있다. 이를 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 나노 헬릭스의 중심축이 z축 상에 놓여 있는 실린더 좌표계를 상정할 수 있다. 이 경우, 좌표 R을 273nm으로 고정하고, 나노 헬릭스에 의해 증폭된 전자기파의 세기의 변화를 방위각 좌표 φ와 z축에 따라 계산할 수 있다.
도 5 및 도 6은 각각 자기장 성분과 전기장 성분에 대해 계산한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 5 및 도 6의 그래프에서 h는 나노 헬릭스의 높이를 나타낸다. 또한, |B|와 |E|는 각각 나노 헬릭스에 의해 유도된 자기장과 전기장의 세기의 절대값이고, |Bp|와 |Ep|는 각각 입사 자기장과 입사 전기장의 세기의 절대값을 나타낸다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 나노 헬릭스에 의해 유도된 전기장과 자기장의 세기는 방위각 방향을 따라 주기적인 패턴을 갖는 분포를 보이며, 나노 헬릭스 높이의 3/4(즉, 0.75h) 지점에서 가장 크다는 것을 알 수 있다. 특히, 그래프의 세로축이 로그값이라는 점을 고려할 때, 나노 헬릭스로부터 매우 가까운 지점(예컨대, 273nm)에서는 대단히 크게 증폭된 전자기파를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 그리고 이러한 증폭 효과는 나노 헬릭스로부터 멀어질수록 사라지게 된다.
따라서, 제 2 나노 헬릭스(32)를 제 1 나노 헬릭스(23)와 매우 가까이 배치함으로써, 제 1 나노 헬릭스(23)에 의해 크게 증폭된 전자기파가 제 2 나노 헬릭스(32)에 입사하도록 할 수 있다. 그러면 제 2 나노 헬릭스(32)에 의해 충분히 높은 기전력이 유도될 수 있다. 이를 위해, 절연층(21)은 예컨대 100nm 내지 1㎛ 정도의 얇은 두께를 가질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제 1 나노 헬릭스(23)들에 의한 증폭 효과들이 전체적으로 중첩됨으로써 절연층(31) 위에는 증폭된 전자기파의 국소적인 패턴(35)이 나타날 수 있다. 이 패턴(35) 내에서는 전자기파의 세기가 증폭되어 있기 때문에, 상기 패턴(35) 내에 있는 제 2 나노 헬릭스(32)들로부터는 충분히 높은 기전력이 유도된다. 이렇게 유도된 전류는, 앞서 설명한 바와 같이, 와이어(42,43)를 통해 하부의 다이오드 셀(45)로 전달되어 직류로 정류될 수 있다.
한편, 도 1에는 제 1 및 제 2 나노 헬릭스(23,32)들이 어레이를 이루도록 일정한 방향으로 가지런히 정렬되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 나노 단위의 크기를 갖는 매우 미세한 나노 헬릭스들을 이와 같이 정렬하는 것은 어려울 수도 있으며, 가능하더라도 많은 비용을 소요될 수 있다. 도 7에 도시된 실시예는 상기 제 1 및 제 2 나노 헬릭스(23,32)들의 보다 실질적인 정렬 상태를 보여준다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 나노 헬릭스(23,32)들은 각각 절연층(21,31) 위에 단지 랜덤하게 흩뿌려진 상태로 배치될 수도 있다. 그러면 일부의 제 1 나노 헬릭스(24)는 접지 전극(22)과 전기적으로 접촉하지 않을 수도 있다. 그러나 이 경우에도, 절연층(21) 위에 흩뿌려진 제 1 나노 헬릭스(23)들의 전체적인 수가 매우 많기 때문에, 충분한 수의 제 1 나노 헬릭스(23)들이 접지 전극(22)과 전기적으로 접촉하게 될 수 있다. 마찬가지로, 일부의 제 2 나노 헬릭스(33)들이 와이어(42,43)와 연결되지 않을 수도 있지만, 절연층(31) 위에 흩뿌려진 제 2 나노 헬릭스(32)들의 전체적인 수가 매우 많기 때문에, 충분한 수의 제 2 나노 헬릭스(32)들이 한 쌍의 와이어(42,43)들 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 7에 도시된 실시예는, 도 1에 도시된 실시예에 비하여 비록 효율은 저하되겠지만 제조 공정이 훨씬 간단해지며 제조 비용도 감소될 수 있다. 비록 도시되어 있지는 않지만, 이렇게 흩뿌려진 제 1 및 제 2 나노 헬릭스(23,32)들은, 예컨대, 적절한 전자기파 투과성 재료를 사용하여 그 위에 코팅된 코팅층으로 고정될 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 1차 나노 헬릭스층의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 예컨대, 밤 중의 야외에서와 같이 외부의 광 또는 전자기파가 매우 약한 경우에는, 하나의 1차 나노 헬릭스층만으로는 충분한 증폭 효과를 얻지 못할 수도 있다. 따라서, 복수 회의 증폭을 통해 2차 나노 헬릭스층(30)에 충분한 세기의 광을 제공하기 위하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 동일한 형태를 갖는 적어도 두 개의 1차 나노 헬릭스층(20a 내지 20c)을 배치할 수 있다. 도 8에는 3개의 1차 나노 헬릭스층(20a 내지 20c)이 예시적으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라서 4개 이상을 사용할 수도 있고, 단 2개만 사용할 수도 있다. 각각의 1차 나노 헬릭스층(20a 내지 20c)은 도 1 또는 도 7에 도시된 1차 나노 헬릭스층(20)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 이렇게 함으로써, 2차 나노 헬릭스층(30)에는 복수 회 증폭되어 충분한 세기를 갖는 전자기파가 입사할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 7에는 도시되지 않았지만, 2차 나노 헬릭스층(30)만으로도 충분한 에너지를 얻을 수 있다면, 1차 나노 헬릭스층(20) 없이 2차 나노 헬릭스층(30)만으로 에너지 수확 장치(10)를 구성하는 것도 가능하다. 이에 대해서는 후술하는 도 15에 도시된 실시예를 통해 설명한다.
한편, 나노 헬릭스를 포함하는 나노 와이어들은 매우 가늘기 때문에, 큰 전류가 인가되면 과부하로 인해 끊어질 수가 있다. 예컨대, ZnO2로 이루어진 나노 와이어의 경우 30V에서 300nA 이상의 전류가 흐를 경우 견디지 못하고 끊어지게 된다. 따라서, 제 1 나노 헬릭스(23)들에 큰 전류가 흐르거나 또는 큰 전압이 걸리는 것을 방지하기 위하여 제 1 나노 헬릭스(23)과 접지 전극(22) 사이에 저항층을 추가할 수 있다. 예컨대, 도 9에 도시된 실시예에 따른 1차 나노 헬릭스층(20')의 경우, 상기 접지 전극(22)과 제 1 나노 헬릭스(23)들이 직접 접촉하지 않도록 접지 전극(22) 위에 추가적인 절연층(25)을 형성한 후, 상기 추가적인 절연층(25) 위에 제 1 나노 헬릭스(23)들을 분포시킬 수 있다. 즉, 도 9의 실시예에 따른 1차 나노 헬릭스층(20')은 박막 절연층(21) 위에 형성된 접지 전극(22), 상기 접지 전극(22) 위에 형성된 추가 절연층(25) 및 상기 추가 절연층(25)의 상면 위에 분포된 제 1 나노 헬릭스(23)들을 포함한다. 그러면, 추가 절연층(25)에서 대부분의 전압 강하가 일어나기 때문에, 제 1 나노 헬릭스(23)들이 보호될 수 있다. 여기서 추가 절연층(25)도 역시 박막 절연층(21)과 동일한 전자기파 투과성 재료로 이루어질 수 있다.
그런데, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 박막 절연층(21)은 매우 얇기 때문에, 공정상 박막 절연층(21) 위에 접지 전극(22), 추가 절연층(25) 및 제 1 나노 헬릭스(23)들을 순차적으로 형성하기가 어렵다. 이 과정에서 박막 절연층(21)이 파손될 수도 있기 때문이다. 따라서, 도 10에 도시된 실시예에서와 같이 1차 나노 헬릭스층(20")을 형성할 수도 있다. 예컨대, 도 10의 실시예에 따르면, 상대적으로 두꺼운 기판(26) 위에 제 1 나노 헬릭스(23)들을 먼저 분포시키고, 그 위에 추가 절연층(25), 접지 전극(22) 및 박막 절연층(21)을 순차적으로 형성할 수 있다. 이 경우, 제조 과정에서 박막 절연층(21)의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 2차 나노 헬릭스층(30)에 있는 제 2 나노 헬릭스(32)도 역시 고전압 또는 고전류에 의해 훼손될 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위하여, 제 2 나노 헬릭스(32)와 절연층(31) 사이에 추가적인 절연층을 삽입할 수 있다. 예컨대, 도 11에 도시된 실시예에 따른 2차 나노 헬릭스층(30')은 제 2 나노 헬릭스(32)와 절연층(31) 사이에 개재된 추가적인 절연층(34)을 포함한다. 상기 추가적인 절연층(34)은 절연층(31)과 동일한 전자기파 투과성 재료로 이루어질 수도 있다. 이때, 다이오드 유닛층(40)의 와이어(42,43)들은 절연층(31)까지만 연장되어 있다. 따라서, 제 2 나노 헬릭스(32)와 와이어(42,43)들이 직접적으로 접촉하지 않지 않게 된다. 그러면 추가적인 절연층(34)에서 대부분의 전압 강하가 일어나기 때문에, 제 2 나노 헬릭스(32)들이 보호될 수 있다.
도 12는 이렇게 저항을 제공하기 위한 절연층들이 추가된 실시예에 따른 에너지 수확 장치의 등가회로를 개략적으로 도시하고 있다. 도 3에 도시된 등가회로 와 비교할 때, 도 12에 도시된 등가회로의 경우, 1차 코일과 접지 사이에 저항(25)이 추가적으로 설치되어 있으며, 2차 코일과 부하(load) 사이에도 저항(34)이 추가적으로 설치되어 있다.
지금까지는, 나노 헬릭스들이 기판 위에 수평하게 누운 상태로 성장된 경우에 대해서만 설명하였다. 그러나 나노 헬릭스들은 기판 위에 수직하게 성장될 수도 있다. 도 13을 참조하면, 성장 기판(51) 위에 다수의 나노 헬릭스(52)들이 수직하게 성장된 상태가 도시되어 있다. 이렇게 수직하게 성장된 나노 헬릭스(52)들을 이용하면, 나노 헬릭스(52)의 양단으로의 전기적 연결이 더욱 용이하게 될 수 있다. 이를 위하여, 도 14a에 도시된 바와 같이, 나노 헬릭스(52)들이 수직하게 성장되어 있는 성장 기판(51) 위에 절연층(53)을 형성한다. 그러면, 나노 헬릭스(52)들은 절연층(53) 내에 수직하게 매립되어 고정된다. 여기서, 절연층(53)은 입사 전자기파에 대해 투과성이 있는 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, 가시광 영역의 입사 전자기파를 사용하는 경우, 절연층(53)은 가시광선에 대해 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 그런 후, 성장 기판(51)을 제거하고, 나노 헬릭스(52)들의 양단이 노출될 때까지 절연층(53)의 상부면과 하부면을 소정의 깊이로 에칭한다. 그러면, 도 14b의 단면도에 도시된 형태의 나노 헬릭스층(62)을 얻을 수 있다. 도 14b를 참조하면, 절연층(53) 내에 다수의 나노 헬릭스(52)들이 수직으로 배열되어 있으며, 각각의 나노 헬릭스(52)들의 양단은 절연층(53)의 상부면과 하부면 밖으로 돌출되어 있다. 이렇게 함으로써, 나노 헬릭스(52)들의 양단에 대한 전기적 연결이 더욱 용이하게 될 수 있다.
도 15는 도 14b에 도시된 나노 헬릭스층(62)을 이용한 에너지 수확 장치(60)의 일 예를 개략적으로 도시하고 있다. 도 15를 참조하면, 나노 헬릭스층(62)의 하부에 전극(61)이 배치되어 있다. 여기서, 상기 전극(61)은 입사 전자기파에 대해 투과성이 있는 도전성 재료로 이루어진다. 예를 들어, 입사 전자기파가 가시광선인 경우, ITO와 같은 투명한 도전성 재료를 전극(61)으로서 사용할 수 있다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이 나노 헬릭스(52)들의 양단이 외부로 돌출되어 있기 때문에, 나노 헬릭스(52)들의 하단부가 상기 전극(61)과 자연스럽게 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 나노 헬릭스층(62)의 상부에 연속하여 p형 반도체층(63a), n형 반도체층(63b), 제 1 전도체층(64a), 유전체층(64b) 및 제 2 전도체층(64c)가 배치되어 있다. 마찬가지로, 나노 헬릭스(52)들의 상단부는 p형 반도체층(63a)과 자연스럽게 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, p형 반도체층(63a)과 n형 반도체층(63b)은 정류를 위한 다이오드층(63)이다. 그리고, 제 1 전도체층(64a), 유전체층(64b) 및 제 2 전도체층(64c)는 정류된 전류의 평활화를 위한 콘덴서층(64)이다. 전극(61)과 제 2 전도체층(64c)은 접지와 연결되어 있으며, n형 반도체층(63b)이 출력측으로 연결된다. 도 15에는 p타입으로 도핑된 p형 반도체층(63a)이 먼저 적층되고 그 위에 n타입으로 도핑된 n형 반도체층(63b)이 적층된 것으로 도시되어 있으나, 그 위치는 서로 바뀔 수도 있다. 예를 들어, n형 반도체층(63b)이 먼저 적층되어 나노 헬릭스(52)들과 연결되고, 그 위에 p형 반도체층(63a)이 적층되어 출력측과 연결될 수도 있다.
또한, 도 16은 도 14b에 도시된 나노 헬릭스층(62)을 이용한 에너지 수확 장 치(60a)의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있다. 도 15에 도시된 에너지 수확 장치(60)와 비교할 때, 도 16에 도시된 에너지 수확 장치(60a)는 다이오드층(63')이 다수의 셀들로 나뉘어져 있다는 점에서 차이가 있다. 다른 구성들은 모두 도 15에 도시된 것과 동일하다. 일반적으로, 전극(61)을 통해 나노 헬릭스층(62)으로 입사하는 광 또는 전자기파는 에너지 수확 장치(60a)의 전체 영역에 걸쳐 모두 동일한 위상을 갖는 것은 아니다. 따라서, 개개의 나노 헬릭스(52)들로부터 유도되는 유도 전류도 역시 각기 다른 방향을 가질 수 있다. 이로 인해, 서로 다른 방향의 유도 전류들끼리 상쇄되어 전체적인 효율이 낮아질 수 있다.
도 16에 도시된 에너지 수확 장치(60a)의 경우, 서로 다른 방향의 유도 전류들끼리 상쇄되는 것을 최소화하기 위하여 다이오드층(63')이 다수의 셀들로 나뉘어져 있다. 이에 따라, p형 반도체층(63a')과 n형 반도체층(63b')도 역시 다수의 셀들로 나뉘어져 있다. 이상적으로는 다이오드층(63')의 하나의 셀은 나노 헬릭스층(62) 내의 하나의 나노 헬릭스(52)와 일대일로 연결될 수 있다. 이 경우에는, 유도 전류들끼리의 상쇄로 인한 손실이 전혀 발생하지 않을 수 있다. 도 17의 등가회로는 이 경우에 대해 도시된 것이다. 그러나, 다이오층(63')의 하나의 셀이 다수의, 예컨대 수개 또는 수십개의 나노 헬릭스층(62)과 연결되더라도 무방하다.
또한, 도 17은 또 다른 실시예의 에너지 수확 장치(60b)를 개략적으로 도시하고 있다. 도 16에 도시된 에너지 수확 장치(60a)와 비교할 때, 도 17에 도시된 에너지 수확 장치(60b)는 콘덴서층(64')이 다수의 셀들로 구획되어 있다는 점에서 차이가 있다. 콘덴서층(64')의 각각의 셀은 제 1 전도체층(64a'), 유전체층(64b') 및 제 2 전도체층(64c')을 포함하고 있다. 에너지 수확 장치(60b)의 다른 구성들은 모두 도 16에 도시된 것과 동일하다. 도 18은 이러한 도 17에 도시된 에너지 수확 장치(60b)에 대한 등가회로를 도시하고 있다.
또한, 도 19는 도 14b에 도시된 나노 헬릭스층(62)을 이용한 또 다른 예의 에너지 수확 장치(60c)를 개략적으로 도시하고 있다. 도 19에 도시된 에너지 수확 장치(60c)는, 도 16에 도시된 에너지 수확 장치(60a)와 비교하여, 나노 헬릭스층(62)과 전극(61) 사이에 저항층(65)이 더 배치되어 있다는 점에서 차이가 있다. 도 19에 도시된 에너지 수확 장치(60c)의 다른 구성들은 모두 도 16에 도시된 에너지 수확 장치(60a)와 동일하다. 도 19에 도시된 실시예의 경우, 나노 헬릭스층(62) 내의 나노 헬릭스(52)들은 저항층(65)과 연결된다. 그러면, 저항층(65)에서 전압 강하가 일어나기 때문에, 나노 헬릭스층(62) 내의 나노 헬릭스(52)들에 큰 전류가 흐르거나 또는 큰 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 과전류 또는 과전압으로 인한 나노 헬릭스(52)의 손상을 방지하여, 에너지 수확 장치(60")의 수명을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 저항층(65)은 입사 전자기파에 대해 투과성이 있는 절연성 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 도 20은 또 다른 실시예의 에너지 수확 장치(60d)를 개략적으로 도시하고 있다. 도 19에 도시된 에너지 수확 장치(60c)와 비교할 때, 도 20에 도시된 에너지 수확 장치(60d)는 콘덴서층(64')이 다수의 셀들로 구획되어 있다는 점에서 차이가 있다. 도 17의 실시예와 마찬가지로, 상기 콘덴서층(64')의 각각의 셀은 제 1 전도체층(64a'), 유전체층(64b') 및 제 2 전도체층(64c')을 포함하고 있다. 상기 에너지 수확 장치(60d)의 다른 구성들은 모두 도 19에 도시된 것과 동일하다. 도 21은 이러한 도 20에 도시된 에너지 수확 장치(60d)에 대한 등가회로를 도시하고 있다. 도 21의 등가회로를 보면, 나노 헬릭스와 접지 사이에 저항이 연결되어 있는 것을 알 수 있다.
한편, ITO와 같은 투명한 전극 위에서 나노 헬릭스를 성장시키는 경우에는, 나노 헬릭스의 하단부가 이미 전극에 연결된 상태에서 성장이 될 수 있다. 따라서, 나노 헬릭스의 양단부와의 전기적 연결 작업이 간단해 질 수 있다. 도 22를 참조하면, 기판(51) 위에 전극층(54)을 형성하고, 그 위에 나노 헬릭스(52)들을 수직으로 성장시킨다. 그런 후, 도 14a에 도시된 방식과 동일하게, 전극층(54) 위에 절연층(53)을 채우고, 나노 헬릭스(52)들의 상단부가 노출될 때까지 절연층(53)의 상부면을 에칭한 후, 도 15, 16, 17, 19 또는 20에 도시된 형태로 에너지 수확 장치를 제작할 수도 있다. 여기서, 상기 기판(51)은 입사 전자기파에 대해 투과성이 있는 절연성 재료로 이루어질 수 있으며, 상기 전극층(54)은 입사 전자기판에 대해 투과성이 있는 도전성 재료로 이루어질 수 있다.
또는, 다른 방식으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 다수의 유전체 스페이서(55)들을 전극층(54) 위에 배열할 수 있다. 예컨대, 유전체 스페이서(55)는 SiO2로 이루어진 나노 스페로이드일 수도 있다. 그런 후, 도 23에 도시된 바와 같이, 유전체 스페이서(55) 위로 다이오드층(56)을 올릴 수 있다. 이때, 유전체 스페이서(55)의 직경은 나노 헬릭스(52)의 길이보다 작도록 선택된다. 그러면, 나노 헬릭 스(52)의 상단부는 다이오드층(56)과 자연스럽게 전기적으로 접촉할 수 있다. 나노 헬릭스(52)는 용수철과 같이 탄성을 갖기 때문에 다이오드층(56)에 의해 어느 정도 눌리더라도 파손되지 않을 수 있다. 여기서, 유전체 스페이서(55)는 다이오드층(56)을 지지하는 지지부의 역할을 한다. 도 23에는 전극층(54) 위에 배치된 저항층(57)이 예시적으로 더 도시되어 있다. 여기서, 상기 저항층(57)은 입사광에 대해 투과성이 있는 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 그러나, 도 23에서 저항층(57)은 생략될 수도 있다. 저항층(57)을 사용하는 경우, 나노 헬릭스(52)들은 전극층(54)이 아닌 저항층(57) 위에서 성장될 수도 있다. 또한, 도 23에는 도시되지 않았지만, 다이오드층(56) 위에 정류된 전류의 평활을 위한 콘덴서층이 더 배치될 수도 있다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이 수직으로 나노 헬릭스를 성장시키는 방식은 도 1의 실시예에도 적용될 수 있다. 즉, 도 1에서 1차 나노 헬릭스층(20)의 제 1 나노 헬릭스(23)들과 2차 나노 헬릭스층(30)의 제 2 나노 헬릭스(32)들도 수직으로 성장되어 있을 수 있다. 또한, 도 1의 실시예에는, 1차 나노 헬릭스층(20)과 2차 나노 헬릭스층(30)이 별도로 배치되어 있는데, 2차 나노 헬릭스층(30) 내의 한 나노 헬릭스가 1차 코일의 역할을 하고 그 주위의 다른 나노 헬릭스들이 2차 코일의 역할을 할 수도 있다. 이 경우에는, 별도의 1차 나노 헬릭스층(20)을 사용하지 않고, 2차 나노 헬릭스층(30)만으로 에너지 수확 장치(10)가 구성되는 것도 가능할 것이다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 나노 헬릭스를 이용한 에너지 수확 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1은 일 실시예에 따른 나노 헬릭스를 이용한 에너지 수확 장치의 개략적인 구조를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 1차 나노 헬릭스층의 접지 전극을 더욱 상세하게 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 따른 에너지 수확 장치의 등가 회로를 도시한다.
도 4는 나노 헬릭스에 의한 전자기파 증폭 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 나노 헬릭스에 의해 증폭된 자기장의 세기의 변화를 방위각 방향을 따라 나타내는 그래프이다.
도 6은 나노 헬릭스에 의해 증폭된 전기장의 세기의 변화를 방위각 방향을 따라 나타내는 그래프이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 나노 헬릭스를 이용한 에너지 수확 장치의 개략적인 구조를 도시한다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 1차 나노 헬릭스층의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 1차 나노 헬릭스층의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 1차 나노 헬릭스층의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 11은 다른 실시예에 따른 2차 나노 헬릭스층의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 나노 헬릭스를 이용한 에너지 수확 장치의 등가회로를 개략적으로 도시한다.
도 13, 도 14a 및 도 14b는 또 다른 형태의 나노 헬릭스층의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 15는 도 14b에 도시된 나노 헬릭스층을 이용한 에너지 수확 장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 16 및 도 17은 도 14b에 도시된 나노 헬릭스층을 이용한 에너지 수확 장치의 또 다른 실시예들을 개략적으로 도시한다.
도 18은 도 17에 도시된 에너지 수확 장치의 등가회로를 개략적으로 도시한다.
도 19 및 도 20은 도 14b에 도시된 나노 헬릭스층을 이용한 에너지 수확 장치의 또 다른 실시예들을 개략적으로 도시한다.
도 21는 도 20에 도시된 에너지 수확 장치의 등가회로를 개략적으로 도시한다.
도 22 및 도 23은 또 다른 형태의 나노 헬릭스층의 구조를 개략적으로 도시한다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10.....에너지 수확 장치 20.....1차 나노 헬릭스층
21,25,31,34.....투명 절연층 22.....접지 전극
23,32.....나노 헬릭스 26.....투명 기판
30.....2차 나노 헬릭스층 40.....다이오드 유닛층
41.....기판 42,43.....와이어
44.....다이오드 45.....다이오드 셀
51.....성장 기판 52.....나노 헬릭스
53.....투명 절연층 54.....투명 전극층
55.....유전체 스페이서 56.....다이오드층
57.....투명 저항층 60,60',60".....에너지 수확 장치
61.....투명 전극 62.....나노 헬릭스층
63.....다이오드층 64.....콘덴서층
65.....투명 저항층

Claims (40)

  1. 입사 전자기파를 증폭시키는 제 1 나노 헬릭스;
    상기 제 1 나노 헬릭스에 의해 증폭된 전자기파로부터 유도 전류가 발생되는 제 2 나노 헬릭스; 및
    상기 제 2 나노 헬릭스에서 발생한 유도 전류를 정류하는 다이오드를 포함하는 에너지 수확 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사 전자기파의 에너지원은 태양, 실내외의 전등, 무선 기지국 또는 무선 기기 중 어느 하나인 에너지 수확 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 나노 헬릭스는 도전체로 형성되는 에너지 수확 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 나노 헬릭스는 서로 인접하여 배치되어 있는 에너지 수확 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    다수의 제 1 나노 헬릭스가 제 1 기판 위에 배열되어 있으며, 다수의 제 2 나노 헬릭스가 제 2 기판 위에 배열되어 있는 에너지 수확 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판이 서로 적층되어 배치되는 에너지 수확 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 복수 개가 서로 적층되어 배치되는 에너지 수확 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 나노 헬릭스와 제 2 나노 헬릭스는 각각 제 1 기판과 제 2 기판 위에서 상기 제 1 기판과 제 2 기판에 수평 또는 수직하게 성장되어 있는 에너지 수확 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    정류된 전류의 평활을 위한 평활 회로가 상기 다이오드에 더 연결되어 있는 에너지 수확 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    평활된 전류를 저장하는 축전기가 상기 평활 회로에 더 연결되어 있는 에너지 수확 장치.
  11. 입사 전자기파를 증폭시키는 다수의 제 1 나노 헬릭스들을 갖는 1차 나노 헬릭스층;
    상기 1차 나노 헬릭스층에 의해 증폭된 전자기파로부터 유도 전류가 발생되는 다수의 제 2 나노 헬릭스들을 갖는 2차 나노 헬릭스층; 및
    상기 2차 나노 헬릭스층에서 발생된 유도 전류를 정류하기 위한 다수의 다이오드 셀을 구비하는 다이오드 유닛층;을 포함하는 에너지 수확 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 1차 나노 헬릭스층은:
    제 1 절연층;
    상기 제 1 절연층 위에 배치된 접지 전극; 및
    상기 제 1 절연층과 접지 전극 위에 배치되며, 상기 접지 전극과 일점에서 전기적으로 접촉하는 다수의 제 1 나노 헬릭스;를 구비하는 에너지 수확 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 나노 헬릭스들은 상기 제 1 절연층 상에 랜덤하게 배치되어 있는 에너지 수확 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 나노 헬릭스들은 그 위에 코팅된 코팅층으로 고정되어 있는 에너지 수확 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 절연층의 두께는 1nm 내지 100㎛ 인 에너지 수확 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 접지 전극은 상기 제 1 절연층 위에 나란하게 형성된 다수의 도전체 와이어들의 형태를 갖는 에너지 수확 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 접지 전극과 상기 제 1 나노 헬릭스 사이에 제 2 절연층이 더 개재되는 에너지 수확 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 1차 나노 헬릭스층은, 기판 위에 제 1 나노 헬릭스, 제 2 절연층, 접지 전극 및 제 1 절연층을 차례로 형성함으로써 제공되는 에너지 수확 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    동일한 구조를 갖는 적어도 2개의 1차 나노 헬릭스층이 입사 전자기파의 진행 방향을 따라 연속적으로 적층 배치되어 있는 에너지 수확 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 2차 나노 헬릭스층은 제 3 절연층 및 상기 제 3 절연층 위에 배치된 다수의 제 2 나노 헬릭스들을 구비하는 에너지 수확 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 다이오드 유닛층은 다수의 다이오드 셀을 포함하며, 각각의 다이오드 셀은:
    상기 제 3 절연층을 관통하여 상기 제 2 나노 헬릭스들의 양단에 전기적으로 연결되는 한 쌍의 와이어; 및
    상기 한 쌍의 와이어에 흐르는 유도 전류를 정류하기 위한 다이오드;를 구비하는 에너지 수확 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 각각의 다이오드 셀에는 정류된 전류를 평활화하기 위한 콘덴서가 연결되어 있는 에너지 수확 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 다이오드 셀들은 서로 직렬 또는 병렬로 연결되거나, 또는 직렬과 병렬을 혼합하여 연결되는 에너지 수확 장치.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 3 절연층과 제 2 나노 헬릭스들 사이에 제 4 절연층이 더 개재되는 에너지 수확 장치.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 나노 헬릭스들은 그 위에 코팅된 코팅층으로 고정되어 있는 에너지 수확 장치.
  26. 수직하게 배열되어 있는 다수의 나노 헬릭스들을 갖는 나노 헬릭스층;
    상기 나노 헬릭스의 일단에 연결된 전극; 및
    상기 나노 헬릭스의 타단에 연결된 다이오드층을 포함하는 에너지 수확 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 나노 헬릭스층은 절연층 및 상기 절연층 내에 수직하게 매립되어 있는 다수의 나노 헬릭스들을 포함하며, 상기 다수의 나노 헬릭스들의 양단부가 상기 절 연층의 상부면과 하부면을 통해 돌출되어 있는 에너지 수확 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 다이오드층은 나노 헬릭스층의 상부면에 배치된 제 1 반도체층 및 상기 제 1 반도체층 위에 배치된 제 2 반도체층을 구비하며, 상기 제 1 반도체층과 제 2 반도체층은 서로 반대 타입으로 도핑되어 있는 에너지 수확 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 다수의 나노 헬릭스들은 상기 제 1 반도체층과 전기적으로 연결되어 있는 에너지 수확 장치.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 다이오드층의 상부면에 배치된 평활용 콘덴서층을 더 포함하는 에너지 수확 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 콘덴서층은 상기 제 2 반도체층 위에 배치된 제 1 전도체층, 상기 제 1 전도체층 위에 배치된 유전체층, 및 상기 유전체층 위에 배치된 제 2 전도체층을 포함하는 에너지 수확 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 제 2 전도체층은 접지와 연결되어 있으며, 상기 제 2 반도체층은 출력과 연결되어 있는 에너지 수확 장치.
  33. 제 26 항에 있어서,
    상기 다이오드층은 다수의 다이오드 셀들로 구획되어 있는 에너지 수확 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 다이오드층의 하나의 셀은 상기 나노 헬릭스층 내의 하나의 나노 헬릭스와 연결되는 에너지 수확 장치.
  35. 제 26 항에 있어서,
    상기 나노 헬릭스층과 상기 전극 사이에 저항층이 더 배치되어 있는 에너지 수확 장치.
  36. 기판, 상기 기판 위에 형성된 전극층 및 상기 전극층 위에 수직하게 성장된 다수의 나노 헬릭스들을 구비하는 나노 헬릭스층; 및
    상기 나노 헬릭스층 위에 배치되어, 상기 다수의 나노 헬릭스들과 전기적으로 연결되어 있는 다이오드층을 포함하는 에너지 수확 장치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 나노 헬릭스층의 전극층과 상기 다이오드층 사이에 배치되어 상기 다이오드층을 지지하는 다수의 유전체 스페이서를 더 포함하는 에너지 수확 장치.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 나노 헬릭스층의 전극층과 상기 다이오드층 사이에 채워진 절연층을 더 포함하는 에너지 수확 장치.
  39. 제 36 항에 있어서,
    상기 전극층과 상기 나노 헬릭스들 사이에 개재된 저항층을 더 포함하는 에너지 수확 장치.
  40. 제 36 항에 있어서,
    상기 다이오드층의 상부면에 배치된 평활용 콘덴서층을 더 포함하는 에너지 수확 장치.
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