KR20140110981A - 전계 방출 디바이스 - Google Patents

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KR20140110981A
KR20140110981A KR1020147021047A KR20147021047A KR20140110981A KR 20140110981 A KR20140110981 A KR 20140110981A KR 1020147021047 A KR1020147021047 A KR 1020147021047A KR 20147021047 A KR20147021047 A KR 20147021047A KR 20140110981 A KR20140110981 A KR 20140110981A
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로데릭 에이. 하이드
조딘 티. 카레
나단 피. 미르볼드
토니 에스. 판
제이알. 로웰 엘. 우드
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엘화 엘엘씨
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Abstract

전계 방출 디바이스가 열 엔진으로서 구성된다. 일 실시예에서, 장치는 캐소드 (cathode); 애노드 (anode) 로서, 캐소드 및 애노드는 캐소드 전위보다 높은 애노드 전위를 생성하도록 제 1 전력 소스에 대해서 수신성인 (receptive), 애노드; 애노드와 캐소드 간에 위치한 게이트로서, 게이트는 게이트 전위를 생성하도록 제 2 전력 소스에 대해 수신성이며, 게이트 전위는 제 1 임계 에너지보다 높은 에너지들을 갖는 전자들의 제 1 세트에 대한, 캐소드로부터의 전자 방출을 유도하도록 선택되는, 게이트; 게이트와 애노드 간에 위치한 억제기 (suppressor); 캐소드와 애노드 간에 위치한 가스를 포함하는 적어도 하나의 영역; 및 전자들의 제 1 세트의 제 1 부분이 통과가능하며 (traversable) 캐소드로부터 애노드까지 연장된 적어도 하나의 경로를 포함한다.

Description

전계 방출 디바이스{FIELD EMISSION DEVICE}
관련 출원에 대한 교차 참조
본원은 아래에 열거된 출원(들) ("관련 출원들") 과 관련되며 이 출원들로부터의 가장 빠른 유효 출원 일자(들)를 우선일로 주장한다 (예를 들어서, 가 특허 출원이 아닌 출원들에 대해서는 가장 빠른 유효 우선 일자들을 주장하거나, 가 특허 출원들에 대하여, 또는 "관련 출원(들)"의 임의의 모든 모 출원 (parent application), 모 출원의 모 출원 (grandparent application), 모 출원의 모 출원의 모 출원 (great-grandparent application) 등에 대하여 35 USC §119(e) 하에서의 이점들을 주장한다. 임의의 우선권 주장을 포함하여, "관련 출원들"의 모든 논의 대상 및 "관련 출원들"의 임의의 모든 모 출원, 모 출원의 모 출원, 모 출원의 모 출원의 모 출원 등의 모든 논의 대상은 이러한 논의 대상이 본 명세서에서와 비일관되지 않는 정도로 본 명세서에서 참조로서 인용된다).
"관련 출원들"
본원은 2011년 12월 29일자에 출원되고 RODERICK A. HYDE JORDIN T. KARE, NATHAN P. MYHRVOLD, TONY S. PAN, 및 LOWELL L. WOOD, JR.을 발명자들로 하며, 현재 공동 계류 중이거나 상기 출원 일자의 이점을 갖는 현재 공동 계류 중인 출원을 갖는 출원인, 미국 특허 출원 번호 61/631,270 "FIELD EMISSION DEVICE"에 대한 우선권을 35 USC §119(e) 하에서 주장한다.
본원은 2011년 12월 30일자에 출원되고 RODERICK A. HYDE JORDIN T. KARE, NATHAN P. MYHRVOLD, TONY S. PAN, 및 LOWELL L. WOOD, JR.을 발명자들로 하며, 현재 공동 계류 중이거나 상기 출원 일자의 이점을 갖는 현재 공동 계류 중인 출원을 갖는 출원인, 미국 특허 출원 번호 13/374,545 "FIELD EMISSION DEVICE"에 대한 우선권을 35 USC §119(e) 하에서 주장한다.
본원은 2012년 4월 26일자에 출원되고 RODERICK A. HYDE JORDIN T. KARE, NATHAN P. MYHRVOLD, TONY S. PAN, 및 LOWELL L. WOOD, JR.을 발명자들로 하며, 현재 공동 계류 중이거나 상기 출원 일자의 이점을 갖는 현재 공동 계류 중인 출원을 갖는 출원인, 미국 특허 출원 번호 61/638,986 "FIELD EMISSION DEVICE"에 대한 우선권을 35 USC §119(e) 하에서 주장한다.
본원은 2012년 7월 10일자에 출원되고 RODERICK A. HYDE JORDIN T. KARE, NATHAN P. MYHRVOLD, TONY S. PAN, 및 LOWELL L. WOOD, JR.을 발명자들로 하며, 현재 공동 계류 중이거나 상기 출원 일자의 이점을 갖는 현재 공동 계류 중인 출원을 갖는 출원인, 미국 특허 출원 번호 13/545,504 "PERFORMANCE OPTIMIZATION OF A FIELD EMISSION DEVICE"의 일부 추가 계속 출원이다.
본원은 2012년 8월 16일자에 출원되고 JESSE R. CHEATHAM, III, PHILIP ANDREW ECKHOFF, WILLIAM GATES, RODERICK A. HYDE, MURIEL Y. ISHIKAWA, JORDIN T. KARE, NATHAN P. MYHRVOLD, TONY S. PAN, ROBERT C. PETROSKI, CLARENCE T. TEGREENE, DAVID B. TUCKERMAN, CHARLES WHITMER, LOWELL L. WOOD, JR., VICTORIA Y.H. WOOD을 발명자들로 하며, 현재 공동 계류 중이거나 상기 출원 일자의 이점을 갖는 현재 공동 계류 중인 출원을 갖는 출원인, 미국 특허 출원 번호 13/587,762, "MATERIALS AND CONFIGURATIONS OF A FIELD EMISSION DEVICE" 의 일부 추가 계속 출원이다.
본원은 2012년 9월 12일자에 출원되고 RODERICK A. HYDE JORDIN T. KARE, NATHAN P. MYHRVOLD, TONY S. PAN, 및 LOWELL L. WOOD, JR.을 발명자들로 하며, 현재 공동 계류 중이거나 상기 출원 일자의 이점을 갖는 현재 공동 계류 중인 출원을 갖는 출원인, 미국 특허 출원 번호 13/612,129 "ELECTRONIC DEVICE GRAPHENE GRID" 대한 우선권을 35 USC §119(e) 하에서 주장한다.
본원은 2012년 11월 1일자에 출원되고 JESSE R. CHEATHAM, III, PHILIP ANDREW ECKHOFF, WILLIAM GATES, RODERICK A. HYDE, MURIEL Y. ISHIKAWA, JORDIN T. KARE, NATHAN P. MYHRVOLD, TONY S. PAN, ROBERT C. PETROSKI, CLARENCE T. TEGREENE, DAVID B. TUCKERMAN, CHARLES WHITMER, LOWELL L. WOOD, JR., VICTORIA Y.H. WOOD를 발명자들로 하며, 현재 공동 계류 중이거나 상기 출원 일자의 이점을 갖는 현재 공동 계류 중인 출원을 갖는 출원인, 미국 특허 출원 번호 13/666,759 "ANODE WITH SUPPRESSOR GRID"의 일부 추가 계속 출원이다.
미국 특허청 (USPTO) 은 미국 특허청의 컴퓨터 프로그램들이 특허 출원인들은 일련 번호를 참조하고 해당 출원이 모 출원의 계속 출원, 일부 추가 계속 출원, 또는 분할 출원인지를 표시하는 것을 필요로 한다는 것을 알리는 통지를 공표하였다: Stephen G. Kunin, Benefit of Prior-Filed Application, USPTO Official Gazette March 18, 2003. 본 출원인 엔티티 (이하에서는 출원인) 는 법령에 의거하는 바와 같이 우선권이 주장되고 있는 출원(들) 에 대한 특정 참조를 위에서 제공하였다. 출원인은 이 법령이 그의 특정 참조 언어에 있어서 명확하며 미국 특허 출원에 대한 우선권을 주장하기 위해서 "계속 출원" 또는 "일부 추가 계속 출원" 과 같은 임의의 특성화 또는 일련 번호를 요구하지 않는다고 이해한다. 이러한 바에도 불구하고, 출원인은 미국 특허청의 컴퓨터 프로그램들이 특정 데이터 입력들을 요구하고 있다고 이해하고 따라서 출원인은 상술한 바와 같이 본원과 그의 모 출원(들) 의 관계를 지정하는 사항(들)을 제공하였지만, 이러한 지정 사항(들)이 본원이 그의 모 출원(들) 의 내용 이외에 임의의 신규 내용을 포함하는지의 여부에 대하여 해설을 하고/하거나 이를 인정하는 부류의 것으로서 어떠한 식으로든 해석되지 말아야 한다고 명시적으로 표명한다.
일 실시예에서, 장치는 캐소드 (cathode); 애노드 (anode) 로서, 캐소드 및 애노드는 캐소드 전위보다 높은 애노드 전위를 생성하도록 제 1 전력 소스에 대해서 수신성인 (receptive), 애노드; 애노드와 캐소드 간에 위치한 게이트로서, 게이트는 게이트 전위를 생성하도록 제 2 전력 소스에 대해 수신성이며, 게이트 전위는 제 1 임계 에너지보다 높은 에너지들을 갖는 전자들의 제 1 세트에 대한, 캐소드로부터의 전자 방출을 유도하도록 선택되는, 게이트; 게이트와 애노드 간에 위치한 억제기 (suppressor) 로서, 억제기는 애노드로부터의 전자 방출을 유도하도록 선택된 억제기 전위를 생성하도록 제 3 전력 소스에 대해서 수신성인, 억제기; 캐소드와 애노드 간에 위치한 가스를 포함하는 적어도 하나의 영역; 및 전자들의 제 1 세트의 제 1 부분이 통과가능한 (traversable) 적어도 하나의 경로로서, 경로는 캐소드로부터, 게이트를 통해서, 가스를 포함하는 영역을 통해서, 억제기를 통해서, 애노드로 연장된, 적어도 하나의 경로를 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 제 1 영역에서 속박 상태 (bound state) 로부터 전자들의 제 1 세트를 선택적으로 해방 (release) 시키도록 게이트 전위를 인가하는 단계; 제 1 영역과 상이한 제 2 영역에서 속박 상태로부터의 방출로부터 전자들의 제 2 세트를 선택적으로 해방시키도록 억제기 전위를 인가하는 단계로서, 제 2 영역은 제 1 영역의 캐소드 전위보다 큰 애노드 전위를 갖는, 억제기 전위를 인가하는 단계; 및 가스-충진된 영역을 통해서 전자들의 제 1 세트의 일부를 통과시키고 통과된 전자들의 제 1 세트의 일부를 제 2 영역에서 속박시키는 (binding) 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 열 엔진 (heat engine) 에 대응하는 제 1 신호를 수신하는 단계로서, 열 엔진은 애노드, 캐소드, 가스-충진된 영역, 게이트 및 억제기 (suppressor) 를 포함하는, 제 1 신호를 수신하는 단계; 애노드 전위, 게이트 전위 및 억제기 전위의 함수로서 열 엔진의 제 1 상대 전력 출력을 결정하도록 제 1 신호를 처리하는 단계; 제 1 전력 출력보다 큰 제 2 전력 출력에 기초하여서 제 2 신호를 생성하는 단계; 및 제 2 전력 출력에 대응하는 제 2 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 장치는 열 엔진 (heat engine) 에 대응하는 제 1 신호를 수신하도록 구성된 회로로서, 열 엔진은 애노드, 캐소드, 가스-충진된 영역, 게이트 및 억제기 (suppressor) 를 포함하는, 회로; 애노드 전위, 게이트 전위 및 억제기 전위의 함수로서 열 엔진의 제 1 상대 전력 출력을 결정하게 제 1 신호를 처리하도록 구성된 회로; 제 1 전력 출력보다 큰 제 2 전력 출력에 기초하여서 제 2 신호를 생성하도록 구성된 회로; 및 제 2 전력 출력에 대응하는 제 2 신호를 전송하도록 구성된 회로를 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 열 엔진 (heat engine) 에 대응하는 제 1 신호를 수신하는 단계로서, 열 엔진은 애노드, 캐소드, 가스-충진된 영역, 게이트 및 억제기 (suppressor) 를 포함하는, 제 1 신호를 수신하는 단계; 애노드 전위, 게이트 전위 및 억제기 전위의 함수로서 열 엔진의 제 1 상대 열역학 효율을 결정하도록 제 1 신호를 처리하는 단계; 제 1 상대 열역학 효율보다 큰 제 2 열역학 효율에 기초하여서 제 2 신호를 생성하는 단계; 및 제 2 열역학 효율에 대응하는 제 2 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 장치는 열 엔진 (heat engine) 에 대응하는 제 1 신호를 수신하도록 구성된 회로로서, 열 엔진은 애노드, 캐소드, 가스-충진된 영역, 게이트 및 억제기 (suppressor) 를 포함하는, 회로; 애노드 전위, 게이트 전위 및 억제기 전위의 함수로서 열 엔진의 제 1 상대 열역학 효율을 결정하게 제 1 신호를 처리하도록 구성된 회로; 제 1 상대 열역학 효율보다 큰 제 2 열역학 효율에 기초하여서 제 2 신호를 생성하도록 구성된 회로; 및 제 2 열역학 효율에 대응하는 제 2 신호를 전송하도록 구성된 회로를 포함한다.
일 실시예에서, 열 엔진은 제 1 온도를 갖는 캐소드; 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도를 갖는 애노드로서, 캐소드 및 애노드는 캐소드 전위보다 높은 애노드 전위를 생성하도록 제 1 전력 소스에 대해서 수신성인 (receptive), 애노드; 애노드와 캐소드 간에 위치한 게이트로서, 게이트는 게이트 전위를 생성하도록 제 2 전력 소스에 대해 수신성이며, 게이트 전위는 제 1 임계 에너지보다 높은 에너지들을 갖는 전자들의 제 1 세트에 대한, 캐소드로부터의 전자 방출을 유도하도록 선택되는, 게이트; 게이트와 애노드 간에 위치한 억제기 (suppressor) 로서, 억제기는 애노드로부터의 전자 방출을 유도하도록 선택된 억제기 전위를 생성하도록 제 3 전력 소스에 대해서 수신성인, 억제기; 캐소드와 애노드 간에 위치한 가스를 포함하는 적어도 하나의 영역; 및 전자들의 제 1 세트의 일부가 통과가능한 (traversable) 적어도 하나의 경로로서, 경로는 캐소드로부터, 게이트를 통해서, 가스를 포함하는 영역을 통해서, 억제기를 통해서, 애노드로 연장된, 적어도 하나의 경로를 포함한다.
일 실시예에서, 장치는 캐소드; 애노드로서, 캐소드 및 애노드는 캐소드 전위보다 높은 애노드 전위를 생성하도록 제 1 전력 소스에 대해서 수신성인, 애노드; 애노드와 캐소드 간에 위치한 게이트로서, 게이트는 게이트 전위를 생성하도록 제 2 전력 소스에 대해 수신성이며, 게이트 전위는 제 1 임계 에너지보다 높은 에너지들을 갖는 전자들의 제 1 세트에 대한, 캐소드로부터의 전자 방출을 유도하도록 선택되는, 게이트; 게이트와 애노드 간에 위치한 억제기로서, 억제기는 억제기 전위를 생성하도록 제 3 전력 소스에 대해서 수신성이며, 억제기 전위는 애노드 전위와 애노드 일함수의 합보다 작도록 선택되는, 억제기; 캐소드와 애노드 간에 위치한 가스를 포함하는 적어도 하나의 영역; 및 전자들의 제 1 세트의 제 1 부분이 통과가능한 적어도 하나의 경로로서, 경로는 캐소드로부터, 게이트를 통해서, 가스를 포함하는 영역을 통해서, 억제기를 통해서, 애노드로 연장된, 적어도 하나의 경로를 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 제 1 온도를 갖는 제 1 영역에서 속박 상태 (bound state) 로부터 전자들의 제 1 세트를 선택적으로 해방 (release) 시키도록 게이트 전위를 인가하는 단계; 제 1 영역과 상이한 제 2 영역에서 속박 상태로부터의 방출로부터 전자들의 제 2 세트를 선택적으로 해방시키도록 억제기 전위를 인가하는 단계로서, 제 2 영역은 제 1 영역의 캐소드 전위보다 큰 애노드 전위를 가지며, 제 2 영역은 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도를 갖는, 억제기 전위를 인가하는 단계; 및 가스-충진된 영역을 통해서 전자들의 제 1 세트의 일부를 통과시키고 통과된 전자들의 제 1 세트의 일부를 제 2 영역에서 속박시키는 (binding) 단계를 포함한다.
전술한 바는 개요이며 이로써 세부사항의 간략화, 일반화, 포함 및/또는 생략을 포함할 수 있으며; 따라서 본 기술 분야의 당업자는 이 개요 부분이 단지 예시적이며 어떠한 방식으로든 한정적으로 해석되지 말아야 한다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에서 기술된 디바이스들 및/또는 프로세스들의 다른 양태들, 특징들, 및 장점들 및/또는 다른 논의 대상이 본 명세서에서 제공되는 교시사항들에서 명백해질 것이다.
도 1은 캐소드, 게이트, 억제기 (suppressor), 및 애노드를 포함하는 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 장치의 실시예에 대응하는 에너지 레벨들의 개략도이다.
도 3은 캐소드, 게이트, 억제기 (suppressor), 애노드, 및 스크린 그리드 (screen grid) 를 포함하는 장치의 개략도이다.
도 4는 캐소드, 게이트, 억제기 (suppressor), 애노드, 및 회로를 포함하는 장치의 개략도이다.
도 5 및 도 6은 방법들을 도시하는 흐름도들이다.
상이한 도면들에서 동일한 부호들의 사용은 통상적으로 유사하거나 동일한 항목들을 표시한다.
다음의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면들이 참조된다. 도면들에서, 유사한 부호들은, 문맥이 달리 지시하지 않는 이상, 통상적으로 유사한 구성요소들을 식별한다. 상세한 설명, 도면 및 청구항들에서 기술되는 예시적인 실시예들은 한정적으로 해석되지 말아야 한다. 본 명세서에서 제공된 논의 대상의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서, 다른 실시예들이 사용될 수 있으며 다른 변경들이 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 일 실시예에서, 장치 (100) 는 캐소드 (102) 및 캐소드 (102) 에 대해 실질적으로 평행하게 배열된 애노드 (108) 를 포함하며, 애노드 (108) 및 캐소드 (102) 는 캐소드 전위보다 높은 애노드 전위 (202) 를 생성하도록 제 1 전력 소스 (110) 에 대해 수신성이다 (receptive). 본 설명에서 일반적으로, 이러한 상황에서는 제로로서 간주될 수 있는 캐소드 전위 값에 대해서 전위들을 참조하는 것이 관례이다. 도 1의 장치에 대응하는 애노드 전위 (202) 및 다른 전위들이 열 엔진 (heat engine) 에 대응하는 도 1의 실시예에 대해서 도 2에 도시된다. 이 장치 (100) 는 애노드 (108) 와 캐소스 (102) 간에 위치한 게이트 (104) 를 더 포함하며, 게이트 (104) 는 게이트 전위 (204) 를 생성하도록 제 2 전력 소스 (112) 에 대해 수신성이며, 게이트 전위 (204) 는 제 1 임계 에너지 (208) 보다 높은 에너지들을 갖는 전자들의 제 1 세트 (206) 에 대해서는 캐소드 (102) 로부터 전자 방출을 유도하도록 선택된다. 장치는 (100) 는 게이트 (104) 와 애노드 (108) 간에 위치한 억제기 (106) 를 더 포함하며, 억제기 (106) 는 억제기 전위 (210) 를 생성하도록 제 3 전력 소스 (114) 에 대해서 수신성이며, 억제기 전위 (210) 는 전자들의 제 1 세트 (206) 중 적어도 일부를 통과시키면서 제 2 임계 에너지 (209) 보다 낮은 에너지를 갖는 전자들의 제 2 세트 (207) 에 대해서는 애노드 (198) 로부터의 전자 방출을 차단하도록 선택된다. 이 실시예에서, 애노드 (108) 는 전자들의 제 1 세트 (206) 중 통과된 부분들을 수용하도록 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 애노드 출력부 (124) 는 디바이스에 전력을 공급하도록 전기적으로 접속될 수 있다.
통상적으로 캐소드 (cathode) 는 전자 방출자 (emitter) 로 간주되며 애노드는 전자 수용자 (receiver) 이지만, 본 명세서에서 개시된 실시예들에서, 캐소드 및 애노드 모두가 전자들을 방출 및 수용한다. 본 명세서에서 기술된 실시예들에서의 순 전류 및 열 플로우 (flow) 는 캐소드 (102) 온도, 애노드 (108) 온도, 애노드 전위 (202), 게이트 전위 (204) 및 억제기 전위 (210) 에 의해서 결정될 수 있다. 보다 높은 온도에서 보다 낮은 온도로 열을 이동시키는 전기 생산 열 엔진과 같은, 본 명세서에서 기술된 몇몇 실시예들에서는, 순 전자 플로우 및 열 플로우 (heat flow) 는 캐소드 (102) 로부터 애노드 (108) 로이며, 보다 낮은 온도에서 보다 높은 온도로 열을 이동시키는 전기 소비 열 엔진과 같은, 본 명세서에서 기술된 다른 실시예들에서는, 순 전자 플로우 및 열 플로우 (heat flow) 는 애노드 (108) 로부터 캐소드 (102) 로이다. 또한, 본 명세서에서 제공된 실시예들에서, 캐소드 (102) 및 애노드 (108) 모두가 전자 방출기이고, 캐소드 (102) 및/또는 애노드 (108) 중 어느 하나 또는 모두가 전계 방출 증강 피처 (field emission enhancement features) (103) 를 포함할 수 있다.
도 1은 전계 방출 증강 피처 (field emission enhancement features) (103) 를 갖는 캐소드 (102) 를 도시하지만, 몇몇 실시예들에서는, 캐소드는 실질적으로 편평하며 전계 방출 증강 피처 (103) 를 포함하지 않을 수 있다. 하나 이상의 전계 방출 증강 피처 (103) 를 포함하는 몇몇 실시예들에서, 전계 방출 증강 피처 (103) 는 기하학적 팁 (tip) 및/또는 탄소 나노튜브를 포함할 수 있다.
장치 (100) 는 전자들의 제 1 세트 (206) 중 적어도 제 1 부분이 통과하는 가스를 포함하는 적어도 하나의 영역을 포함한다. 정상적으로, 캐소드 (102) 와 애노드 (108) 간의 영역은 가스 충진 영역이며 이 영역을 전자들의 제 1 세트 (206) 중 적어도 일부분이 통과한다. 가스는 적어도 하나의 원자성 종들 또는 분자성 종들, 부분적으로 이온화된 플라즈마, 전적으로 이온화된 플라즈마 또는 이들의 혼합을 포함할 수 있다. 가스 조성 및 밀도는 전자 통과를 지원하도록 선택될 수 있다. 가스 밀도는 대기 밀도 (atmospheric density) 보다 낮을 수 있으며 효과적으로 진공 상태가 되도록 충분하게 낮을 수 있다.
장치 (100) 에서 x 방향 (126) 에서 캐소드로부터의 거리의 함수인 결과적인 전위 (215) 가 열 엔진에 대응하는 도 1의 실시예에 대해서 도 2에서 도시된다. 전위 (215) 는 캐소드와 애노드 간의 방출된 전자들로 인한 공간 전하 전위를 고려지 않는다. 또한, 이 전위는 편평한 플레이트 (즉, 캐소드 및 애노드) 의 이미지 전하 (image charge) 효과로 인한 이미지 전하 전위를 고려하지 않는다. 캐소드와 애노드 간의 전자들에 의해서 경험되는 순 전위 (216) 는 공간 전하 전위 및 이미지 전하 전위를 포함하여 전자들에 작용하는 모든 전위의 함수이다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같은 전위들은, 전자들이 고전위에서 저전위로 이동할 때에 키네틱 에너지 (kinetic energy) 를 획득하도록, Franklin-통상적인 포지티브 테스트 전하들 대신에, 네거티브로 대전된 전자들에 대해서 본 명세서에서 규정된다.
위의 설명부분 및 나머지 설명부분에서, 전자들은 양자 역학 법칙을 따르며 따라서 캐소드와 게이트 간에서 형성되는 것과 같은 전위 장벽 (즉, 캐소드와 애노드 간에 있는 전위 (216) 의 일부) 이 주어지면, 이 전위 장벽의 하단과 상단 간의 에너지들을 갖는 전자들은 이 전위 장벽을 터널링할 수 있는 어느 정도의 확률을 갖는다라고 이해된다. 예를 들어서, 임계 에너지 (208) 보다 높은 에너지를 갖는 몇몇 전자들은 캐소드 (102) 로부터 방출될 수 없다. 또한, 캐소드로부터 방출된 전자들의 제 1 세트 (206) 에 대해서, 이들이 애노드와 억제기 간에 형성된 전위 장벽 (즉, 억제기와 애노드 간에 있는 전위 (216) 의 일부) 을 통과하여 터널링할 수 있는 확률은, 그들의 에너지 및 억제기 전위 (210) 에 기초하여서 어느 정도 있다.
제 1 전력 소스 (110), 제 2 전력 소스 (112) 및 제 3 전력 소스 (114) 가 도 1에서는 서로 상이하게 도시되었지만, 몇몇 실시예들에서, 제 1 전력 소스 (110), 제 2 전력 소스 (112) 및 제 3 전력 소스 (114) 는 동일한 유닛 내에 포함될 수 있다. 제 1 전력 소스 (110), 제 2 전력 소스 (112) 및 제 3 전력 소스 (114) 가 요소들 (102, 104, 106 및 108) 에 대해서 구성될 수 있는 수많은 상이한 방식들이 존재하며, 본 기술 분야의 당업자는 애플리케이션에 따라서 구성을 결정할 수 있다.
도 2에서, 전위들 (215,216) 의 그래프의 좌측 및 우측 상에, 각기 캐소드 (102) 및 애노드 (108) 내의 전자들에 대한 Fermi-Dirac 분포 F(E,T) 그래프들이 도시된다.
좌측에는 전자 에너지 Ec (221) 의 함수로서의, 캐소드에 대응하는 Fermi-Dirac 분포 F c (E c , T c ) (222) 그래프가 도시된다. 또한, 캐소드 페르미 에너지 μc (214) 및 캐소드 일함수 φc (213) 가 도시된다.
우측에는 전자 에너지 Ea (225) 의 함수로서의, 애노드에 대응하는 Fermi-Dirac 분포 F a (E a , T a ) (226) 그래프가 도시된다. 또한, 애노드 페르미 에너지 μa (220) 및 애노드 일함수 φa (219) 가 도시된다.
수용부 (예를 들어서 캐소드 (102) 및 애노드 (108)) 내에서의 전자들은 다음의 Fermi-Dirac 분포를 따른다:
Figure pct00001
여기서, μ는 페르미 에너지이며, k는 볼츠만 상수이며, T는 온도이다. 캐소드의 페르미 분포 (Fermi occupation) F c (E c , T c ) 가 애노드의 페르미 분포 (Fermi occupation) F a (E a , T a ) 와 동일한 에너지는 Carnot-효율 에너지 Ecarnot이다:
Figure pct00002
여기서, μc 는 캐소드 페르미 에너지 (214) 이며 μa 는 애노드 페르미 에너지 (220) 이며 이는 도 2에 도시되며 캐소드 (102) 의 도전 밴드 (conduction band) 의 하단으로부터 측정되며 Tc는 캐소드 온도이며, Ta는 애노드 온도이다.
캐소드 (102) 및 애노드 (108) 가 동일한 재료로 된 경우에, Carnot-효율 에너지 Ecarnot은 캐소드 (102) 의 페르미 분포와 애노드 (108) 의 페르미 분포가 동일한 에너지이며 이론상 캐소드와 애노드 간의 전자 플로우은 엔트로피 변화없이 발생한다. 전위 장벽 (216) 이 존재하지 않으면, Carnot-효율 에너지 Ecarnot보다 높은 임의의 소정의 전자 에너지에서, 보다 고온의 플레이트에서 보다 많은 전자가 존재하고 이로써 이러한 에너지들에서 전자들의 순 플로우는 고온 플레이트에서 저온 플레이트로 이동한다. 이와 반대로, Carnot-효율 에너지 Ecarnot보다 낮은 임의의 소정의 전자 에너지에서, 보다 저온의 플레이트에서 보다 많은 전자가 존재하고 이로써 이러한 에너지들에서 전자들의 순 플로우는 저온 플레이트에서 고온 플레이트로 이동한다.
열 엔진에 대응하는 도 1의 실시예에서, 캐소드 (102) 는 애노드 (108) 보다 고온이며 (T c > T a ), 도 2에 도시딘 바와 같이 애노드 (108) 가 캐소드 (102) 위로 바이어스된다. 이 실시예에서, μa = μc + V0이며, V0는 애노드 전위 (202) 이다. 이로써, Carnot-효율 에너지 Ecarnot는 다음과 같다:
Figure pct00003
여기서,
Figure pct00004
이며,
이는 Carnot 효율이다. 전위 바이어스 Vo로 인해서, 캐소드 (102) 에서 애노드 (108) 로 이동하는 모든 전자는 일을 하는데 사용될 수 있는 유용한 전위 에너지 Vo를 획득하며, 대신에 애노드 (108) 에서 캐소드 (102) 로 이동하는 모든 전자는 열을 전달하는데 전위 에너지 Vo를 소비한다.
(게이트 (104) 및/또는 억제기 (106) 와 같은) 전위 장벽들이 없다면, Carnot-효율 에너지 Ecarnot보다 낮은 임의의 소정의 전자 에너지에서, 전자들의 순 플로우는 애노드 (108) 에서 캐소드 (102) 로 이동하며, 이로써 열을 전달하기 위해서 전자마다 전위 에너지 Vo를 소비한다. 따라서, Ecarnot보다 적은 에너지를 갖는 애노드로부터의 전자들은 억제기 (106) 에 의해서 차단되며, 열역학적 효율 손실을 줄인다.
에너지 Ecarnot에서의 전자는 방출 시의 고온 캐소드 (102) 로부터 에너지 Ecarnot를 빼앗으며 평균 에너지 μc를 갖는 전자에 의해서 대체되며 이로써 고온 플레이트에서의 이러한 전자의 방출로 인한 순 열 손실은 V0/ηcarnot이다. 이로써, 열-손실에 대한 획득된 유용한 에너지의 비가 ηcarnot이며, 에너지 Ecarnot의 방출된 전자들은 이름대로 카르노 (Carnot) 효율적이라고 사료된다.
전자들의 제 1 세트 (206) 가 y 방향 (128) 및 z 방향 (130) 으로 그리고 x 방향 (126) 으로 모멘텀을 가지기 때문에, Carnot-효율 에너지 Ecarnot보다 낮은 캐소드 (102) 로부터의 전자 플로우가 차단되는 실시예에서, 게이트 전위 Eg (204) 는 아래와 같이 Carnot-효율 에너지 Ecarnot보다 약간 낮다:
Figure pct00005
또는
Figure pct00006
여기서, kTc는 합해진, y 방향 (128) 및 z 방향 (130) 에서의 전자들의 평균 에너지를 나타낸다. 억제기 전위 Es (210) 는 게이트 전위 Eg (204) 와 동일하게 선택될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 게이트 전위 (204) 및 억제기 전위 (210) 는 다른 값들을 가질 수 있다. 예를 들어서, 게이트 전위 (204) 및/또는 억제기 전위 (210) 중 하나 또는 모두는 전술한 것보다 낮을 수 있다. 일 실시예에서, 이 장치는 캐소드 (102) 와 게이트 (104) 간에 있는 전위 (216) 의 일부의 피크가 Carnot-효율 에너지 Ecarnot 근처에 있거나, 억제기 (106) 와 애노드 (108) 간에 있는 전위 (216) 의 일부의 피크가 Carnot-효율 에너지 Ecarnot 근처에 있도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 이 장치의 효율은 이전에 기술된 것과는 상이할 수 있다. 게이트 (104) 및/또는 억제기 (106) 에 적용될 수 있는 전위들의 단지 몇 개의 실례들이 존재하며, 게이트 (104) 및 억제기 (106) 에서의 실제 전위들은 특정 애플리케이션 및 캐소드 (102) 및 애노드 (108) 로부터 스크리닝 (screen) 될 전자 방출의 선택된 에너지 범위들에 의존할 수 있다. 일반적으로, 순 전자-반송된 열 플로우 (net electron-carried heat flow) 의 부호는 순 전자 전류 플로우의 부호와 일치하는 반면에, 몇몇 실시예에서는, 전자 분포의 상이한 부분들의 상이한 에너지 가중치화 (weighting) 는 서로 반대되는 순 전자-반송된 열 플로우 및 전자 전류 플로우를 낳는다.
상이한 요소들 (102, 104, 106 및 108) 간의 이격은 특정 실시예에 의존한다. 예를 들어서, 몇몇 실시예들에서, 장치 (100) 는 나노스케일 디바이스이다. 이 실시예에서, 캐소드 (102) 와 애노드 (108) 는 10 내지 1000 nm인 거리 (122) 만큼 이격될 수 있으며, 캐소드 (102) 와 게이트 (104) 는 1 내지 100 nm인 거리 (116) 만큼 이격될 수 있으며, 애노드 (108) 와 억제기 (106) 는 1 내지 100 nm인 거리 (120) 만큼 이격될 수 있다. 이러한 범위들은 단지 예시적 실시예들이며 한정적으로 해석되지 말아야 한다. 장치 (100) 가 나노스케일 디바이스인 경우에, 거리들 (116, 118, 120 및/또는 122) 의 하한치는 적어도 부분적으로 발전하는 제조 기술에 의해서 결정될 수 있다. 작은 이격 거리를 생성하기 위한 현존하는 기술을 예시하기 위해서, 1 nm 차수의 캐소드-게이트 이격 거리 (116) 및 억제기-애노드 이격 거리 (120) 는 캐소드 (102) 및/또는 애노드 (108) 상에 nm 스케일 유전체 층을 성막하고 유전체 층 상에 게이트 (104) 및/또는 억제기 (106) 를 성막함으로써 달성될 수 있다. 또한, 캐소드 (102) 가 하나 이상의 전계 방출 증강 피처들 (103) 을 포함하는 경우에, 캐소드-게이트 이격 거리 (116) 는 적어도 부분적으로는 x 방향 (126) 에서의 피처 (103) 의 길이에 의해서 결정될 수 있다. 예를 들어서, x 방향 (126) 에서의 피처 (103) 의 길이가 5 nm이면, 캐소드-게이트 이격 거리 (116) 는 적어도 5 nm일 것이다.
장치가 나노스케일보다 큰 다른 실시예들에서, 예시적인 이격 거리들 (116, 118, 120 및/또는 122) 은 나노미터 내지 밀리미터 스케일에 이를 수 있다. 그러나, 이러한 스케일도 역시 예시적이며 한정적이지 않으며, 길이 스케일들 (116, 118, 120 및/또는 122) 은 진공 튜브들과 같은 다른 그리드형 (gridded) 전자 방출 디바이스들의 동작 파라미터들에 적어도 부분적으로 기초하여서 선택될 수 있다.
캐소드 일함수 (213) 및 애노드 일함수 (219) 는 캐소드 (102) 및 애노드 (108) 의 재료에 의해서 결정될 수 있으며 가능한한 작게 되도록 선택될 수 있다. 캐소드 및 애노드는 상이한 재료들을 포함할 수 있다. 일 재료 또는 양 재료들은 금속 및/또는 반도체를 포함할 수 있으며, 캐소드 (102) 및/또는 애노드 (108) 의 재료(들)는 캐소드 표면 또는 애노드 표면에 대해서 바람직한 페르미 표면 배향 (orientation) 을 갖는 비대칭적 페르미 표면을 가질 수 있다. 배향된 비대칭적 페르미 표면은 이 표면에 대해 수직으로 방출된 전자들의 비율을 증가시키고 전자의 트랜스버스 모멘텀 (transverse momentum) 및 이와 관련된 에너지를 감소시키는데 유용할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, (예를 들어서, 전기 생성 열 엔진에서 애노드 방출 전류를 감소시키거나 전기 소비 열 엔진에서 캐소드 방출 전류를 감소시키는 것과 같이) 표면들 중 하나로부터 방출된 전자 전류를 감소시키는 것이 유용하다. 이러한 감소는 비대칭적 페르미 표면을 사용할 수 있으며 이 표면은 이 표면에 대해 수직인 모멘텀 성분들을 감소시킨다. 이러한 감소는 디바이스 동작에 관여하는 선택된 전자 에너지들에서의 (예를 들어서, 반도체의 밴드갭과 같은) 재료의 상태 밀도 최소화를 수반할 수 있다.
도 2에 대해서 기술된 실시예들은 열 엔진에 대응하지만, 도 1에 도시된 디바이스는 예를 들어서 열 펌프 (heat pump) 또는 냉각기 (refrigerator) 로서 구성될 수도 있다. 도 1의 장치가 열 펌프로서 구성되는 실시예에서, 바이어스 V0가 도 2에 도시된 바와 같이 애노드 (108) 대신에 캐소드 (102) 에 인가된다. 도 1의 장치가 애노드 (108) 를 냉각시키는 냉각기로서 구성되는 실시예에서, 바이어스 V0 (202) 가 애노드에 인가되고, 억제기 전위 (210) 및 게이트 전위 (204) 는 실질적으로 Carnot-효율 에너지 Ecarnot 보다 낮게 선택된다. 이 경우에, 순 전류 플로우 및 열 전달은 애노드에서 캐소드로 된다.
몇몇 실시예들에서, 장치 (100) 는 게이트 (104) 와 억제기 (106) 간에 위치한 스크린 그리드 (302) 를 더 포함하며, 스크린 그리드 (screen grid) 는 스크린 그리드 전위를 생성하도록 제 4 전력 소스 (304) 에 대해서 수신성이다. 스크린 그리드 전위는 게이트 (104) 와 억제기 (106) 간의 전위 (216) 를 변화시키도록 그리고 전자들을 다른 공간적 영역으로 가속시키고 이로써 캐소드 및/또는 애노드의 전계 방출 영역들에 대한 공간 전하 전위의 효과를 저감시키도록 선택될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 장치 (100) 는 애노드 전위 (202), 게이트 전위 (204) 및 억제기 전위 (210) 중 적어도 하나를 변화시키도록 제 1 전력 소스 (110), 제 2 전력 소스 (112) 및 제 3 전력 소스 (114) 중 적어도 하나에 동작가능하게 접속된 회로 (402) 를 더 포함한다. 회로 (402) 는 장치 (100) 의 상대 전력 출력 및/또는 상대 열역학 효율을 결정하고 이 결정된 상대 전력 출력 및/또는 상대 열역학 효율에 응답하여서 제 1 전위 (202), 게이트 전위 (204) 및 억제기 전위 (210) 중 적어도 하나를 동적으로 변화시키는 신호들에 대해 수신성일 수 있다. 장치 (100) 는 애노드 (108) 에서의 전류를 측정하도록 구성된 미터 (404) 를 더 포함할 수 있으며, 회로 (402) 는 제 1 전위 (202), 게이트 전위 (204) 및 억제기 전위 (210) 중 적어도 하나를 변화시키도록 상기 측정된 전류에 대해서 응답성이다. 장치 (100) 는 애노드 (108) 에서의 온도를 측정하도록 구성된 미터 (406) 를 더 포함할 수 있으며, 회로 (402) 는 애노드 전위 (202), 게이트 전위 (204) 및 억제기 전위 (210) 중 적어도 하나를 변화시키도록 상기 측정된 온도에 대해서 응답성이다. 장치 (100) 는 캐소드 (102) 에서의 온도를 측정하도록 구성된 미터 (408) 를 더 포함할 수 있으며, 회로 (402) 는 애노드 전위 (202), 게이트 전위 (204) 및 억제기 전위 (210) 중 적어도 하나를 변화시키도록 상기 측정된 온도에 대해서 응답성이다.
몇몇 실시예들에서, 회로 (402) 는 최적의 애노드 전위 (202), 게이트 전위 (204) 및 억제기 전위 (210) 를 반복적으로 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어서, 회로 (402) 는 애노드 (108) 에서의 전류를 측정하도록 구성된 미터 (404) 에 동작가능하게 접속될 수 있으며 애노드에서의 전류를 최대화시키도록 애노드 전위, 게이트 전위 및 억제기 전위 중 하나를 반복적으로 변화시킬 수 있다.
또한, 회로 (402) 는 최적의 캐소드 (102) 온도 및 애노드 (108) 온도를 반복적으로 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어서, 전위들에 대해서 상술한 바와 같이, 회로 (402) 는 애노드 (108) 에서의 전류를 측정하도록 구성된 미터 (404) 에 동작가능하게 접속될 수 있으며 애노드 (108) 에서의 전류를 최대화시키도록 캐소드 (102) 온도 및 애노드 (108) 온도 중 하나를 반복적으로 변화시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 게이트 전위 (204) 및 억제기 전위 (210) 는 시간의 함수로서 변할 수 있다. 예를 들어서, 게이트 전위 (204) 는 애노드로부터 전자들의 제 1 세트 (206) 를 해방 (release) 시키도록 스위칭-온되며 (switched on) 일단 전자들의 제 1 세트 (206) 가 게이트 (104) 를 통과한 후에는 스위치-오프될 수 있다. 억제기 전위 (210) 는 애노드 (108) 를 향해서 전자들의 제 1 세트 (206) 를 가속시키도록 스위칭-온되며 (switched on) 일단 전자들의 제 1 세트 (206) 가 억제기 (106) 를 통과한 후에는 스위치-오프될 수 있다. 이러한 실시예는 높은 스위칭 속도를 가정한다. 몇몇 실시예들에서, 상술한 바와 같은 스위칭은 사이클 방식으로 (cyclically) 그리고 회로 (402) 에 응답하여서 발생한다.
일 실시예에서, 도 5의 흐름도에서 도시된 바와 같이, 방법은 제 1 영역 (일 실시예에서 제 1 영역은 캐소드 (102) 에 대응함) 에서 속박 상태 (bound state) 로부터 전자들의 제 1 세트 (206) 를 선택적으로 해방 (release) 시키도록 게이트 전위 (204) 를 인가하는 단계 (502); 제 1 영역과 상이한 제 2 영역 (일 실시예에서 제 2 영역은 애노드 (108) 에 대응함) 에서 속박 상태로부터의 방출로부터 전자들의 제 2 세트를 선택적으로 해방시키도록 억제기 전위 (210) 를 인가하는 단계로서, 제 2 영역은 제 1 영역의 캐소드 전위보다 큰 애노드 전위를 갖는, 억제기 전위를 인가하는 단계 (504); 및 가스-충진된 영역을 통해서 전자들의 제 1 세트 (206) 의 일부를 통과시키고 통과된 전자들의 제 1 세트 (206) 의 일부를 제 2 영역에서 속박시키는 (binding) 단계 (506) 를 포함한다.
다양한 방법들은 도 1 내지 도 4와 관련하여서 본 명세서에서 기술되었으며, 도 5의 흐름도에 도시된 방법들에 적용될 수 있다. 예를 들어서, 도 4에 도시된 회로 (402) 및 다른 장치와 관련된 방법들이 도 5에 적용될 수 있으며, 이 경우에 제 1 영역은 캐소드 (102) 의 적어도 일부를 포함하며 제 2 영역은 애노드 (108) 의 적어도 일부를 포함한다.
일 실시예에서, 도 6의 흐름도에 도시된 바와 같이, 방법은 열 엔진 (heat engine) 에 대응하는 제 1 신호를 수신하는 단계로서, 열 엔진은 애노드, 캐소드, 가스-충진된 영역, 게이트 및 억제기 (suppressor) 를 포함하는, 제 1 신호를 수신하는 단계 (602); 애노드 전위, 게이트 전위 및 억제기 전위의 함수로서 열 엔진의 제 1 전력 출력 및/또는 상대 열역학 효율을 결정하도록 제 1 신호를 처리하는 단계 (604); 제 1 전력 출력 및/또는 상대 열역학 효율보다 큰 제 2 전력 출력 및/또는 열역학 효율에 기초하여서 제 2 신호를 생성하는 단계 (606); 및 제 2 전력 출력 및/또는 열역학 효율에 대응하는 제 2 신호를 전송하는 단계 (608) 를 포함한다.
도 6의 방법은 예를 들어서 도 1에 도시된 디바이스가 수용되고 열 엔진에 대한 최적 파라미터들이 결정되어야 하는 실시예에서 적용가능하다.
일 실시예에서, 제 1 신호는 캐소드 및 애노드의 알려진 치수들, 재료들 및 온도들을 포함하는 사용자 입력을 포함한다. 이 실시예에서, 알려진 파라미터들은 애노드 (108), 게이트 (104) 및 억제기 (106) 에 인가되는 최적의 전위들을 계산하는데 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 제 1 신호는 애노드 (108) 에서의 전류와 같은 측정된 파라미터를 포함하며, 전위들이 애노드에서의 전류를 최적화하도록 변화된다. 이러한 시나리오는 도 4에 도시된 회로 (402) 와 관련하여서 기술되었다.
일 실시예에서, 제 2 신호를 생성하는 단계는 애노드 전위, 게이트 전위 및 억제기 전위 중 적어도 하나에서의 변화를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 방법은 결정된 변화에 응답하여서 애노드 전위, 게이트 전위 및 억제기 전위 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 제 2 신호를 생성하는 단계는 캐소드 온도 및 애노드 온도 중 적어도 하나에서의 변화를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 방법은 결정된 변화에 응답하여서 캐소드 온도 및 애노드 온도 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 애노드, 캐소드, 게이트 및 억제기는 캐소드-게이트 이격거리, 게이트-억제기 이격거리, 및 억제기-애노드 이격거리만큼 이격되며, 제 2 신호를 생성하는 단계는 캐소드-게이트 이격거리, 게이트-억제기 이격거리, 및 억제기-애노드 이격거리 중 적어도 하나에서의 변화를 결정하는 단계를 포함하고, 방법은 결정된 변화에 응답하여서 캐소드-게이트 이격거리, 게이트-억제기 이격거리, 및 억제기-애노드 이격거리 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어서, 몇몇 실시예들에서, 캐소드-게이트 이격거리 (116), 게이트-억제기 이격거리 (118), 및 억제기-애노드 이격거리 (120) 중 하나 이상은 (예를 들어서, 캐소드 (102), 게이트 (104), 억제기 (106) 및 애노드 (108) 가 MEMS 상에 장착된 경우에서와 같이) 변할 수 있으며 디바이스의 효율을 최적화시키도록 변화될 수 있다.
일 실시예에서, 수신된 제 1 신호는 애노드 전류에 대응하며, 애노드 전위, 게이트 전위 및 억제기 전위의 함수로서 열 엔진의 제 1 상대 열역학 효율을 결정하도록 제 1 신호를 처리하는 단계는 애노드 전류에 기초하여서 상대 열역학 효율을 결정하는 단계를 포함한다.
"상대 전력 출력" 및/또는 "상대 열역학 효율"은 실제 전력 출력 및/또는 열역학 효율일 수 있거나, 애노드에서의 전류와 같은, 전력 출력 및/또는 열역학 효율을 나타내는 정량일 수 있다.
본 기술 분야의 당업자는 전술한 특정 예시적인 프로세스들 및/또는 디바이스들 및/또는 기술들이 예를 들어서 본 명세서와 함께 제출된 청구항들에서와 같이 본 명세서에서의 다른 개소들에서 및/또는 본원의 다른 개소들에서 교시된 보다 일반적인 프로세스들 및/또는 디바이스들 및/또는 기술들을 예시하는 것임을 이해할 것이다.
본 기술 분야의 당업자는 현 기술 상태가 시스템들의 측면들의 하드웨어 구현, 소프트웨어 구현, 및/또는 펌웨어 구현 간에 거의 차이가 나지 않는 수준까지 진행하였으며, 하드웨어 사용, 소프트웨어 사용, 및/또는 펌페어 사용은 일반적으로 비용과 효율 간의 절충을 나타내는 설계상의 선택이다 (그러나, 언제나 그러하지는 않으며, 특정 상황에서는 하드웨어와 소프트웨어 간의 선택이 중요한 문제가 될 수도 있기 때문임) 는 것을 인식할 것이다. 본 기술 분야의 당업자는 본 명세서에서 기술된 프로세스들 및/또는 시스템들 및/또는 다른 기술들이 실현될 수 있게 하는 다양한 수단들 (vehicles) (예를 들어서, 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 펌웨어) 이 존재하며, 바람직한 수단들은 이러한 프로세스들 및/또는 시스템들 및/또는 다른 기술들이 전개되는 상황에 따라서 변할 것임을 이해할 것이다. 예를 들어서, 구현자가 속도 및 정확성이 가장 중요하다고 판단하면, 구현자는 주로 하드웨어 및/또는 펌웨어 수단을 선택할 것이며; 이와 달리 유연성이 가장 중요하다라고 판단하면, 구현자는 주로 소프트웨어 구현을 선택하거나; 또한 이와 달리 구현자는 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 조합을 선택할 수도 있다. 따라서, 본 명세서에서 기술된 프로세스들 및/또는 디바이스들 및/또는 다른 기술들이 실현될 수 있게 하는 몇 개의 가능한 수단들 (vehicles) 이 존재하며, 이러한 수단들 중 아무것도 다른 것들에 비해서 본질상 우수하지 않는데, 그 이유는 사용될 어떠한 수단도 해당 수단이 전개되는 상황 및 구현자의 특정 관심사항들 (예를 들어서, 속도, 유연성 또는 예측가능성) 에 의존하는 선택 사항이며 이러한 상황 및 관심사항들은 변할 수 있기 때문이다. 본 기술 분야의 당업자는 구현의 광학적 측면들은 통상적으로 광학-지향형 (optically-oriented) 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 채용할 것임을 인식할 것이다.
본 명세서에서 기술된 몇몇 구현사항들에서, 로직 및 이와 유사한 구현사항들은 소프트웨어 또는 다른 제어 구조들을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 전자적 회로는 본 명세서에서 기술된 다양한 기능들을 구현하도록 구성 및 배열된 하나 이상의 전류 경로들을 가질 수 있다. 몇몇 구현사항들에서, 하나 이상의 매체가, 이러한 매체가 본 명세서에서 기술된 바와 같이 수행하도록 동작가능한 디바이스 검출가능한 인스트럭션들을 유지 또는 전송할 때에, 디바이스-검출가능한 구현을 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어서, 몇몇 변형들에서, 구현사항들은 예를 들어서 본 명세서에서 기술된 하나 이상의 동작들과 관련하여서 하나 이상의 인스트럭션들의 수신 또는 전송을 수행함으로써, 기존의 소프트웨어 또는 펌웨어의 업데이트 또는 수정 또는 게이트 어레이들 또는 프로그램가능한 하드웨어의 업데이트 또는 수정을 포함할 수 있다. 이와 달리 또는 추가적으로, 몇몇 변형들에서, 구현사항들은 특정 목적용 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 컴포넌트들 및/또는 특정 목적용 컴포넌트들을 실행하거나 이와 달리 기동시키는 (invoking) 범용 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 명세사항들 (specifications) 또는 구현사항들은 본 명세서에서 기술된 유형의 전송 매체의 하나 이상의 실례들에 의해서, 선택적으로 패킷 전송에 의해서 또는 이와 달리 다양한 시간들에 분산된 매체들을 통해서 전달함으로서 전송될 수 있다.
이와 달리 또는 추가적으로, 구현사항들은 실제로 본 명세서에서 기술된 임의의 기능적 동작들의 하나 이상의 발생들을 인에이블 (enable), 트리거 (trigger), 코디네이트 (coordinate), 요청 또는 이와 달리 유발시키기 위해서 특정 목적용의 인스트럭션 시퀀스를 실행하거나 회로를 기동시키는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 변형들에서, 본 명세서에서의 동작상의 또는 다른 논리적 기술사항들 (descriptions) 은 소스 코드로서 표현되고 실행가능한 인스트럭션 시퀀스로서 컴파일링 또는 이와 달리 기동될 수 있다. 몇몇 상황들에서, 예를 들어서, 구현사항들은 그 전체가 또는 일부가 C++ 또는 다른 코드 시퀀스들과 같은 소스 코드에 의해서 제공될 수 있다. 다른 구현예들에서, 소스 또는 다른 코드 구현은 본 기술 분야에서 상업적으로 입수가능한 기법들을 사용하여서, (예를 들어서, 먼저 기술된 기술들 (described technologies) 을 C 또는 C++ 프로그래밍 언어로 구현하고 이어서 이 프로그래밍 언어 구현된 것을 논리-합성가능한 언어 구현 (logic-synthesizable language implementation), 하드웨어 기술 언어 구현 (hardware description language implementation), 하드웨어 설계 시뮬레이션 구현 및/또는 다른 이러한 유사한 표면 모드(들)로 변환시킴으로써), 하이-레벨 디스크립터 언어 (high-level descriptor language) 로 컴파일/구현/옮겨질/변환될 수 있다 (complied/implemented/translated/converted). 예를 들어서, 논리적 표현 (예를 들어서, 컴퓨터 프로그래밍 언어 구현) 의 일부 또는 전부는 (예를 들어서, HDL (Hardware Description Language) 및/또는 VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Descriptor Language) 을 통해서) Verilog-타입 하드웨어 기술 (Verilog-type hardware description) 로서 실현되거나, 이후에 하드웨어를 갖는 물리적 구현을 생성하는데 사용될 수 있는 다른 회로 모델 (예를 들어서, ASIC ( Application Specific Integrated Circuit)) 로서 실현될 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는 이러한 교시사항들의 조명 하에서 적합한 전송 또는 컴퓨팅상의 (computational) 요소들, 자료 공급 (material supply), 액추에이터 또는 다른 구조들을 획득, 구성 및 최적화하는 방식을 인식할 것이다.
전술한 상세한 설명은 블록도, 흐름도, 및/또는 실례를 통해서 디바이스들 및/또는 프로세스들의 다양한 실시예들을 제공하였다. 이러한 블록도, 흐름도, 및/또는 실례가 하나 이상의 기능들 및/또는 동작들을 포함하는 경우에, 이러한 블록도, 흐름도, 및/또는 실례 내의 각 기능 및/또는 동작은 다양한 범위의 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 실제로 이들의 임의의 조합에 의해서 개별적으로 및/또는 집합적으로 구현될 수 있음을 본 기술 분야의 당업자는 이해할 것이다. 본 명세서에서 기술된 논의 대상 중 몇몇 부분들은 ASIC들 (Application Specific Integrated Circuits), FPGA들 (Field Programmable Gate Arrays), DSP들 (digital signal processors), 또는 다른 집적된 포맷들을 통해서 구현될 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 개시된 실시예들의 몇몇 양태들은 그 전체 또는 일부가, 집적 회로들에서 하나 이상의 컴퓨터들 상에서 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들로서 (예를 들어서, 하나 이상의 컴퓨터 시스템들 상에서 실행되는 하나 이상의 프로그램들로서), 펌웨어로서, 또는 실제로 이들의 조합으로서 등가적으로 구현될 수 있으며, 회로를 설계하고/하거나 소프트웨어 및/또는 펌웨어용 코드를 기록하는 것은 본 개시의 조명 하에서 본 기술 분야의 당업자에게 익숙하다는 것을 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다. 또한, 본 명세서에서 기술된 논의 대상의 메카니즘들은 다양한 형태로 프로그램 제품으로서 배포될 수 있으며 본 명세서에서 기술된 논의 대상의 예시적인 실시예는 실제로 이러한 배포를 실행하는데 사용되는 신호 보유 매체의 특정 타입과 상관없이 적용될 수 있음도 본 기술 분야의 당업자는 이해할 것이다. 이러한 신호 보유 매체의 실례들은 다음으로 한정되지 않지만 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브, CD (Compact Disc), DVD (Digital Video Disk), 디지털 테이프, 컴퓨터 메모리 등과 같은 레코딩가능한 타입 매체; 및 디지털 및/또는 아날로그 통신 매체와 같은 전송 타입 매체 (예를 들어서, 광섬유 케이블, 도파관, 유선 통신 링크, 무선 통신 링크 (예를 들어서, 송신기, 수신기, 송신 로직, 수신 로직 등) 등) 를 포함한다.
일반적으로, 본 명세서에서 기술된 다양한 실시예들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 실제로는 이들의 임의의 조합과 같은 광범위의 전기적 컴포넌트들; 및 강성의 바디 (body), 스프링, 또는 토션성 바디 (torsional body), 유압장치, 전기-기계적으로 작동되는 디바이스들, 및/또는 실제로는 이들의 임의의 조합과 같은, 기계적 힘 또는 움직임을 부여할 수 있는 광범위의 컴포넌트들을 갖는 다양한 타입의 전기-기계적 시스템들에 의해서, 개별적으로 및/또는 집합적으로 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "전기-기계적 시스템"은 다음으로 한정되지 않지만 트랜스듀서 (예를 들어서, 액추에이터, 모터, 압전 결정, MEMS (Micro Electro Mechanical System) 등) 에 동작가능하게 커플링된 (coupled) 전기적 회로부 (electrical circuitry), 적어도 하나의 개별 전기적 회로를 갖는 전기적 회로부, 적어도 하나의 집적 회로를 갖는 전기적 회로부, 적어도 하나의 ASIC를 갖는 전기적 회로부, 컴퓨터 프로그램에 의해서 구성되는 범용 컴퓨팅 디바이스 (예를 들어서, 본 명세서에서 기술된 디바이스들 및/또는 프로세스들을 적어도 부분적으로 실행하는 컴퓨터 프로그램에 의해서 구성된 범용 컴퓨터 또는 본 명세서에서 기술된 디바이스들 및/또는 프로세스들을 적어도 부분적으로 실행하는 컴퓨터 프로그램에 의해서 구성된 마이크로프로세서) 를 형성하는 전기적 회로부, 메모리 디바이스 (예를 들어서, 메모리의 형태 (예를 들어서, 랜덤 액세스 메모리, 플래시 메모리, 판독 전용 메모리 등)) 를 형성하는 전기적 회로부, 통신 디바이스 (예를 들어서, 모뎀, 통신 스위치, 광학적-전기적 장비 등) 를 형성하는 전기적 회로부, 및/또는 광학적 아날로그 장치 또는 다른 아날로그 장치와 같은, 전기적 회로부로의 임의의 비전기적 아날로그 장치를 포함한다. 또한, 전기적-기계적 시스템들의 실례들은 다음으로 한정되지 않지만 다양한 소비자 전자 시스템들, 의료 디바이스들 및 모터화된 운송 시스템들, 공장 자동화 시스템들, 보안 시스템들 및/또는 통신/컴퓨팅 시스템들과 같은 다른 시스템들을 포함한다는 것을 본 기술 분야의 당업자는 이해할 것이다. 본 명세서에서 사용되는 "전기-기계적"이라 함은, 문맥이 이와 달리 지시하지 않는 이상, 반드시 전기적이면서도 기계적인 작동을 갖는 시스템으로만 한정되지 않음도 역시 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다.
일반적인 견지에서, 광범위한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 실제로는 이들의 임의의 조합에 의해서 개별적으로 및/또는 집합적으로 구현될 수 있는, 본 명세서에서 기술된 다양한 양태들은 다양한 타입의 "전기적 회로부"로 구성될 수 있다고 간주될 수 있음을 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 "전기적 회로부"는 다음으로 한정되지 않지만 적어도 하나의 개별 전기적 회로를 갖는 전기적 회로부, 적어도 하나의 집적 회로를 갖는 전기적 회로부, 적어도 하나의 ASIC를 갖는 전기적 회로부, 컴퓨터 프로그램에 의해서 구성되는 범용 컴퓨팅 디바이스 (예를 들어서, 본 명세서에서 기술된 디바이스들 및/또는 프로세스들을 적어도 부분적으로 실행하는 컴퓨터 프로그램에 의해서 구성된 범용 컴퓨터 또는 본 명세서에서 기술된 디바이스들 및/또는 프로세스들을 적어도 부분적으로 실행하는 컴퓨터 프로그램에 의해서 구성된 마이크로프로세서) 를 형성하는 전기적 회로부, 메모리 디바이스 (예를 들어서, 메모리의 형태 (예를 들어서, 랜덤 액세스 메모리, 플래시 메모리, 판독 전용 메모리 등)) 를 형성하는 전기적 회로부, 및/또는 통신 디바이스 (예를 들어서, 모뎀, 통신 스위치, 광학적-전기적 장비 등) 를 형성하는 전기적 회로부를 포함한다. 본 기술 분야의 당업자는 본 명세서에서 기술되는 논의 대상은 아날로그 또는 디지털 방식 또는 이들의 몇몇 조합으로 구현될 수 있음도 인식할 것이다.
본 명세서에서 기술되는 디바이스들 및/또는 프로세스들 중 적어도 일부는 이미지 처리 시스템으로 통합될 수 있음도 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다. 통상적인 이미지 처리 시스템은 일반적으로 시스템 유닛 하우징, 비디오 디스플레이 디바이스, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리와 같은 메모리, 마이크로프로세서 또는 디지털 신호 프로세서와 같은 프로세서들, 운영 체제와 같은 컴퓨팅상의 개체들, 드라이버들, 애플리케이션 프로그램들, 하나 이상의 상호작용 디바이스들 (예를 들어서, 터치 패드, 터치 스크린, 안테나, 등), 피드백 루프들 및 제어 모터들을 포함하는 제어 시스템 (예를 들어서, 렌즈 위치 및/또는 속도를 감지하기 위한 피드백; 목표된 초점을 제공하도록 렌즈를 이동/변형시키기는 (moving/distorting) 제어 모터) 중 하나 이상을 포함한다는 것을 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다. 이미지 처리 시스템은 디지털 스틸 (still) 시스템 및/또는 디지털 모션 (motion) 시스템에서 통상 발견되는 것들과 같은, 적합한 상업적으로 입수가능한 컴포넌트들을 사용하여서 구현될 수 있다.
본 명세서에서 기술되는 디바이스들 및/또는 프로세스들 중 적어도 일부는 데이터 처리 시스템으로 통합될 수 있음도 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다. 통상적인 데이터 처리 시스템은 일반적으로 시스템 유닛 하우징, 비디오 디스플레이 디바이스, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리와 같은 메모리, 마이크로프로세서 또는 디지털 신호 프로세서와 같은 프로세서들, 운영 체제와 같은 컴퓨팅상의 개체들, 드라이버들, 그래픽 유저 인터페이스들, 애플리케이션 프로그램들, 하나 이상의 상호작용 디바이스들 (예를 들어서, 터치 패드, 터치 스크린, 안테나, 등), 피드백 루프들 및 제어 모터들을 포함하는 제어 시스템 (예를 들어서, 위치 및/또는 속도를 감지하기 위한 피드백; 컴포넌트들 및/또는 정량들을 이동 및/또는 조절하기 위한 제어 모터) 중 하나 이상을 포함한다는 것을 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다. 데이터 처리 시스템은 데이터 컴퓨팅/통신 시스템 및/또는 네트워크 컴퓨팅/통신 시스템에서 통상 발견되는 것들과 같은, 적합한 상업적으로 입수가능한 컴포넌트들을 사용하여서 구현될 수 있다.
디바이스들 및/또는 프로세스들 및/또는 시스템들을 구현하고, 이어서 이러한 구현된 디바이스들 및/또는 프로세스들 및/또는 시스템들을 보다 포괄적인 디바이스들 및/또는 프로세스들 및/또는 시스템들 내로 통합시키기 위해서 엔지니어링 및/또는 다른 기술을 사용하는 것은 본 기술 분야에서 통상적이라는 것을 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다. 즉, 본 명세서에서 기술된 디바이스들 및/또는 프로세스들 및/또는 시스템들 중 적어도 일부는 합리적인 양의 실험을 통해서 다른 디바이스들 및/또는 프로세스들 및/또는 시스템들 내로 통합될 수 있다. 이러한 다른 디바이스들 및/또는 프로세스들 및/또는 시스템들의 실례들은 상황 및 애플리케이션에서 맞게, (a) 공중 이송 디바이스들 및/또는 프로세스들 및/또는 시스템들 (예를 들어서, 비행기, 로켓, 헬리콥터 등) 의 일부 또는 전부, (b) 지상 이송 디바이스들 및/또는 프로세스들 및/또는 시스템들 (예를 들어서, 자가용, 트럭, 열차, 탱크, 무장된 개인용 캐리어 등) 의 일부 또는 전부, (c) 건물 (예를 들어서, 홈, 웨어하우스, 사무실 등) 전부 또는 일부, (d) 가정용기구 (예를 들어서, 냉장고, 세탁기, 드라이기, 등) 의 일부 또는 전부, (e) 통신 시스템 (예를 들어서, 네트워킹된 시스템, 전화 시스템, VOI (Voice over IP) 시스템 등) 의 일부 또는 전부, (f) 비니지스 엔티티 (예를 들어서, Comcast Cable, Qwest, Southwestern Bell 등과 같은 Internet Service Provider (ISP) 엔티티 등) 의 전부 또는 일부 또는 (g) 유선/무선 서비스 엔티티 (Sprint, Cingular, Nextel, 등) 의 일부 또는 전부 등을 포함할 수 있다는 것을 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다.
특정 경우들에서, 시스템 또는 방법 사용은 컴포넌트들이 특정 지역 외부에 위치할 때에도 이 지역에서 발생할 수 있다. 예를 들어서, 분산형 컴퓨팅 상황에서, 분산형 컴퓨팅 시스템 사용은 이 시스템의 일부가 해당 지역 외부에 위치할 때에도 (예를 들어서, 릴레이, 서버, 프로세서, 신호 보유 매체, 전송 컴퓨터, 수신 컴퓨터 등은 이 지역 외부에 위치할 수 있음) 이 지역에서 발생할 수 있다.
시스템 또는 방법 판매는 시스템 또는 방법의 컴포넌트들이 특정 지역 외부에 위치하고/하거나 이 지역 외부에서 사용되는 때에도 마찬가지로 이 지역에서 발생할 수 있다.
또한, 일 지역에서 방법을 수행하는 시스템의 적어도 일부의 구현은 다른 지역에서 이 시스템의 사용을 배제하지 않는다.
본 명세서에서 참조되고/되거나 임의의 ADS (Application Data Sheet) 에서 열거된 위의 미국 특허들, 미국 특허 출원 공개들, 미국 특허 출원들, 해외 특허들, 해외 특허 출원들 및 비특허 공개문헌들 모두는 본 명세서와 일관되는 정도에서 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
본 명세서에서 기술된 컴포넌트들 (예를 들어서, 동작들), 디바이스들, 대상들, 및 이들을 수반하는 설명들은 개념적 명료성을 위해서 실례들로서 사용되며 다양한 구성상의 수정들이 고려될 수 있음을 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다. 따라서, 본 명세서에서 기술된 바와 같이, 제공된 특정 실례들 및 이에 수반되는 설명들은 이들의 보다 일반적인 부류를 예시하는 것으로서 해석된다. 일반적으로, 임의의 특정 실례를 사용하는 것은 이러한 실례의 부류를 예시하는 것이며 특정 컴포넌트 (예를 들어서, 동작들), 디바이스들 및 대상들을 포함하지 않는 것도 한정적으로 해석되지 말아야 한다.
본 명세서에서 실질적으로 임의의 복수형 및/또는 단수형을 사용하는 것과 관련하여서, 본 기술 분야의 당업자는 상황 및/또는 애플리케이션에 맞게, 복수형을 단수형으로 바꿀 수 있거나 단수형을 복수형으로 바꿀 수 있다. 이러한 복수형과 단수형을 서로 바꾸는 것은 명료성을 위해서 본 명세서에서 명시적으로 제시되지 않는다.
본 명세서에서 기술된 논의 대상은 때로 상이한 또 다른 컴포넌트들 내에 포함되거나 이와 연관된 상이한 컴포넌트들을 예시한다. 이러한 도시된 아키텍처들은 단지 예시적이며 실제로 동일한 기능을 달성하는 수많은 다른 아키텍처들이 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 개념적 측면에서, 동일한 기능을 달성하기 위한 컴포넌트들의 임의의 배열은 목표된 기능이 달성되도록 효과적으로 "연관된다 (associated)". 이로써, 특정 기능을 달성하도록 조합된, 본 명세서에서의 임의의 2 개의 컴포넌트들은 아키텍처들 또는 중간의 컴포넌트들에 상관없이, 목표된 기능이 달성되도록 서로 "연관된다고" 볼 수 있다. 마찬가지로, 이렇게 연관된 임의의 2 개의 컴포넌트들은 또한 목표된 기능을 달성하도록 서로 "동작가능하게 연결되거나 (operably connected)" 또는 "동작가능하게 커플링 (operably coupled) 된 것"으로서 간주될 수 있으며, 이렇게 연관될 수 있는 임의의 2 개의 컴포넌트들도 또한 목표된 기능을 달성하도록 서로 "동작가능하게 커플링가능한 (operably coupable)" 것으로서 간주될 수 있다. 동작가능하게 커플링가능한 것의 특정 실례들은 다음으로 한정되지 않지만 물리적으로 짝을 이루고/이루거나 (physically mateable) 물리적으로 상호작용하는 (physically interacting) 컴포넌트들 및/또는 무선상으로 상호작용가능한 (wirelessly interactable) 컴포넌트들 및/또는 무선상으로 상호작용하는 (wirelessly interacting) 컴포넌트들 및/또는 논리적으로 상호작용하는 (logically interacting) 컴포넌트들, 및/또는 논리적으로 상호작용가능한 컴포넌트들 (logically interactable components) 을 포함한다.
몇몇 실례들에서, 하나 이상의 컴포넌트들은 본 명세서에서 "하도록 구성된 (configured to)", "에 의해서 구성된 (configured by)", "하도록 구성가능한 (configurable to)", "하도록 동작가능한/동작하는 (operable/operative to)", "하도록 적응된/적응가능한 (adapted/adaptable)", "할 수 있는, "하도록 순응가능한/부합된 (conformable/conformed to)" 등에 의해서 한정될 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는 이러한 용어들 (예를 들어서, "하도록 구성된") 은, 문맥이 달리 요구하지 않는 이상, 일반적으로 활성-상태 컴포넌트들 및/또는 비활성 상태 컴포넌트들 및/또는 대기-상태 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 명세서에서 개시된 본 주제 대상의 특정 양태들이 도시 및 기술되었지만, 본 명세서에서의 교시사항들에 기초하여서, 변경사항들 및 수정사항들이 본 명세서에서 기술된 논의 대상 및 이 논의 대상의 보다 넓은 양태들을 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있으며, 따라서 첨부된 청구항들은 본 명세서에서 기술된 논의 대상의 진정한 사상 및 범위 내에 해당하는 모든 그러한 수정사항들 및 변경사항들을 그들의 범위 내에 포함한다는 것은 본 기술 분야의 당업자에게 자명할 것이다. 일반적으로 본 명세서에서 사용되고 특히 첨부된 청구항들 (예를 들어서, 첨부된 청구항들의 특징부 (body)) 에서 사용되는 용어들은 일반적으로 "개방형" 용어들로서 해석되어야 한다 (예를 들어서, 용어 "포함하는"는 "포함하지만 그로 한정되지 않는" 으로서 해석되어야 하고, 용어 "A을 갖는"는 "적어도 A을 갖는"으로서 해석되어야 하며, 용어 "포함한다"는 "포함하지만 그로 한정되지 않는다" 로서 해석되어야 한다). 또한, 도입된 청구항 한정부에서 특정 수 (number) 가 인용되면, 이는 해당 청구항에서 명시적으로 한정하고자 하는 의도이며, 이러한 특정 수 인용이 없으면, 이러한 특정 수에 의한 한정이 존재하지 않음을 의도한다는 것도 역시 본 기술 분야의 당업자에게 이해될 것이다. 에를 들어서, 이해를 돕기 위해서, 다음의 첨부된 청구항들은 청구한을 한정어구들을 도입하는데 있어서 도입형 구절인 "적어도 하나" 및 "하나 이상"을 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 구절의 사용은, 해당 명사의 수가 전혀 한정되지 않는 (indefinite) 청구항의 도입형 구절들이 이러한 수를 한정하지 않는 도입형 구절들을 포함하는 임의의 특정 청구항들이 이러한 해당 명사를 오직 하나만 포함하는 것으로서 해석되어서는 안되며 이러한 바는 동일한 청구항이 도입형 구절 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 해당 명사의 수가 전혀 한정되지 않는 (indefinite) 도입형 구절을 포함하는 경우에도 역시 적용되며 (해당 명사의 수가 전혀 한정되지 않는 (indefinite) 도입형 구절은 통상적으로 도입형 구절 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"과 동일하게 해석되어야 함); 동일한 바가 청구항 한정어구들을 도입하는데 사용되는 "상기"라는 용어와 관련하여서도 적용된다. 또한, 도입된 청구한 한정어구에서의 특정 수가 해당 명사에 대해서 명시적으로 인용되는 경우에도, 이러한 한정어구는 통상적으로 이러한 해당 명사가 적어도 특정 수개 존재한다는 것을 의미한다는 것도 이해할 것이다 (예를 들어서, 다른 한정어구가 없이 단지 "2 개의 한정요소"는 통상적으로 적어도 2 개의 한정요소 또는 2 개 이상의 한정요소를 의미한다). 또한, "A, B 및 C, 등 중 적어도 하나"와 유사한 용례가 사용되는 경우에, 일반적으로 이러한 용례는 본 기술 분야의 당업자가 이러한 용례를 이해하는 방식으로 의도된다 (예를 들어서, "A, B 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 다음으로 한정되지 않지만 A만을 갖는 시스템, B만을 갖는 시스템, C만을 갖는 시스템, A 및 B를 함께 갖는 시스템, A 및 C를 함께 갖는 시스템, C 및 B를 함께 갖는 시스템, 및/또는 A, B 및 C를 함께 갖는 시스템 등을 포함한다). 또한, "A, B 또는 C, 등 중 적어도 하나"와 유사한 용례가 사용되는 경우에, 일반적으로 이러한 용례는 본 기술 분야의 당업자가 이러한 용례를 이해하는 방식으로 의도된다 (예를 들어서, "A, B 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 다음으로 한정되지 않지만 A만을 갖는 시스템, B만을 갖는 시스템, C만을 갖는 시스템, A 및 B를 함께 갖는 시스템, A 및 C를 함께 갖는 시스템, C 및 B를 함께 갖는 시스템, 및/또는 A, B 및 C를 함께 갖는 시스템 등을 포함한다). 또한, 통상적으로 이접적 단어 (disjunctive word) 및/또는 2 개 이상의 다른 명사들을 제공하는 구절은 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 청구항에서든, 상세한 설명이든, 도면들에서든, 이 명사들 중 하나, 명사들 중 어느 하나 또는 모두를 포함할 수 있는 가능성을 가만하는 것으로 이해되어야 한다는 것도 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다. 예를 들어서, 구절 "A 또는 B"는 통상적으로 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"일 가능성들을 모두 포함하는 것으로 이해된다.
첨부된 청구항들에 있어서, 청구항들에서 인용되는 동작들은 일반적으로 임의의 순서로 수행될 수 있다는 것도 본 기술 분야의 당업자는 인식할 것이다. 또한, 다양한 동작 흐름들이 순차적으로 제공될지라도, 이 다양한 동작들은 예시된 것과는 다른 순서로 수행되거나 동시에 수행될 수도 있다. 이러한 다른 배열화들의 실례들은 문맥이 달리 지시하지 않는 이상, 중첩되는 배열, 개재되는 (interleaved) 배열, 중간에 끼어들게 되는 (interrputed) 배열, 재배열된 배열, 증분적 배열, 예비 배열, 보충 배열, 동시적 배열, 역배열 또는 다른 변형 배열을 포함할 수 있다. 또한, 용어 "에 응답하여", "에 관한" 또는 다른 과거형 형용사들은 일반적으로 문맥이 달리 지시하지 않는 이상, 그러한 변형 배열을 배제하지 않는 것이 아니다.
다양한 양태들 및 실시예들이 본 명세서에서 개시되었지만, 다른 양태들 및 실시예들이 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서에서 기술된 다양한 양태들 및 실시예들은 예시하기 위한 것이며 한정적으로 해석되지 말아야 하며 본 개시의 진정한 사상 및 범위는 다음의 청구항들에서 나타난다.

Claims (33)

  1. 캐소드 (cathode);
    애노드 (anode) 로서, 상기 캐소드 및 상기 애노드는 캐소드 전위보다 높은 애노드 전위를 생성하도록 제 1 전력 소스에 대해서 수신성인 (receptive), 상기 애노드;
    상기 애노드와 상기 캐소드 간에 위치한 게이트로서, 상기 게이트는 게이트 전위를 생성하도록 제 2 전력 소스에 대해 수신성이며, 상기 게이트 전위는 제 1 임계 에너지보다 높은 에너지들을 갖는 전자들의 제 1 세트에 대한, 상기 캐소드로부터의 전자 방출을 유도하도록 선택되는, 상기 게이트;
    상기 게이트와 상기 애노드 간에 위치한 억제기 (suppressor) 로서, 상기 억제기는 상기 애노드로부터의 전자 방출을 유도하도록 선택된 억제기 전위를 생성하도록 제 3 전력 소스에 대해서 수신성인, 상기 억제기;
    상기 캐소드와 상기 애노드 간에 위치한 가스를 포함하는 적어도 하나의 영역; 및
    상기 전자들의 제 1 세트의 제 1 부분이 통과가능한 (traversable) 적어도 하나의 경로로서, 상기 경로는 상기 캐소드로부터, 상기 게이트를 통해서, 상기 가스를 포함하는 영역을 통해서, 상기 억제기를 통해서, 상기 애노드로 연장된, 상기 적어도 하나의 경로를 포함하는,
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 임계 에너지는 Carnot-효율 에너지와 실질적으로 동일한,
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 억제제 전위는 제 2 임계 에너지보다 낮은 에너지들을 갖는 전자들의 제 2 세트에 대해서 상기 애노드로부터의 전자 방출을 차단하도록 더 선택되는,
    장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 임계 에너지는 상기 제 2 임계 에너지와 실질적으로 동일한,
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드에 의해서 지지되는 유전체 층을 더 포함하며,
    상기 유전체 층은 상기 게이트를 지지하는,
    장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드와 상기 애노드는 10 내지 1000 nm인 거리만큼 이격된,
    장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드와 상기 게이트는 1 내지 100 nm인 거리만큼 이격된,
    장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드와 상기 억제기는 1 내지 100 nm인 거리만큼 이격된,
    장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트와 상기 억제기 간에 위치한 스크린 그리드 (screen grid) 를 더 포함하며,
    상기 스크린 그리드는 스크린 그리드 전위를 생성하도록 제 4 전력 소스에 대해 수신성인,
    장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드는 적어도 하나의 전계 방출 증강 피처를 포함하는,
    장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 전위에 대하여서 상기 애노드 전위, 상기 게이트 전위 및 상기 억제기 전위 중 적어도 하나를 변화시키도록 상기 제 1 전력 소스, 상기 제 2 전력 소스 및 상기 제 3 전력 소스 중 적어도 하나에 동작가능하게 접속된 회로를 더 포함하는,
    장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 장치의 상대 열역학 효율을 결정하고 상기 결정된 상대 열역학 효율에 응답하여서 상기 애노드 전위, 상기 게이트 전위, 및 상기 억제기 전위 중 적어도 하나를 동적으로 변화시키는 신호들에 대해 수신성인,
    장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 장치의 상대 전력 밀도를 결정하고 상기 결정된 상대 전력 밀도에 응답하여서 상기 애노드 전위, 상기 게이트 전위, 및 상기 억제기 전위 중 적어도 하나를 동적으로 변화시키는 신호들에 대해 수신성인,
    장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드, 상기 애노드, 상기 게이트 및 상기 억제기를 지지하도록 구성된 공간 (volume) 을 가지며 대기 압력보다 낮은 내부 압력을 지원하는 하우징 (housing) 을 더 포함하는,
    장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 내부 압력을 변화시키도록 상기 하우징에 동작가능하게 연결된 펌프를 더 포함하는,
    장치.
  16. 제 1 영역에서 속박 상태 (bound state) 로부터 전자들의 제 1 세트를 선택적으로 해방 (release) 시키도록 게이트 전위를 인가하는 단계;
    상기 제 1 영역과 상이한 제 2 영역에서 속박 상태로부터의 방출로부터 전자들의 제 2 세트를 선택적으로 해방시키도록 억제기 전위를 인가하는 단계로서, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역의 캐소드 전위보다 큰 애노드 전위를 갖는, 상기 억제기 전위를 인가하는 단계; 및
    가스-충진된 영역을 통해서 상기 전자들의 제 1 세트의 일부를 통과시키고 상기 통과된 전자들의 제 1 세트의 일부를 상기 제 2 영역에서 속박시키는 (binding) 단계를 포함하는,
    방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 영역에서 속박된, 상기 통과된 전자들의 제 1 세트의 일부는 전류를 형성하며,
    상기 방법은,
    상기 전류의 특성을 측정하는 단계; 및
    상기 전류의 측정된 특성에 따라서 상기 게이트 전위, 상기 억제기 전위, 및 상기 애노드 전위 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 영역에서 속박된, 상기 통과된 전자들의 제 1 세트의 일부는 전류를 형성하며,
    상기 방법은,
    상기 전류를 디바이스에 공급하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 영역의 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 제 1 영역의 상기 측정된 온도에 따라서 상기 게이트 전위, 상기 억제기 전위, 및 상기 애노드 전위 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 영역의 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 제 2 영역의 상기 측정된 온도에 따라서 상기 게이트 전위, 상기 억제기 전위, 및 상기 애노드 전위 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상대 열역학 효율을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 상대 열역학 효율에 응답하여서 상기 게이트 전위 및 상기 억제기 전위 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 상대 열역학 효율을 결정하는 단계는,
    상기 제 2 영역에서의 전류, 상기 제 2 영역에서의 온도 및 상기 제 1 영역에서의 온도 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 포함하는,
    방법.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 영역을 가열하는 단계; 및
    상기 제 1 영역의 온도 변화에 따라서 상기 게이트 전위를 변화시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  24. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 영역을 냉각시키는 단계; 및
    상기 제 2 영역의 온도 변화에 따라서 상기 게이트 전위를 변화시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  25. 제 16 항에 있어서,
    시간의 함수로서, 상기 게이트 전위, 상기 억제기 전위, 및 상기 애노드 전위 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 게이트 전위 및 상기 억제기 전위를 사용하여서 상기 전자들의 제 1 세트를 제 1 방향으로 가속시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  27. 제 16 항에 있어서,
    상기 전자들의 제 2 세트를 선택적으로 차단 (blocking) 하면서 상기 전자들의 제 1 세트 중 적어도 일부를 통과시키도록 상기 억제기 전위를 인가하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  28. 제 16 항에 있어서,
    가스-충진된 영역을 통해서 상기 전자들의 제 2 세트의 일부를 통과시키고 상기 통과된 전자들의 제 2 세트의 일부를 상기 제 1 영역에서 속박시키는 (binding) 단계를 더 포함하는,
    방법.
  29. 열 엔진 (heat engine) 에 대응하는 제 1 신호를 수신하도록 구성된 회로로서, 상기 열 엔진은 애노드, 캐소드, 가스-충진된 영역, 게이트 및 억제기 (suppressor) 를 포함하는, 상기 회로;
    애노드 전위, 게이트 전위 및 억제기 전위의 함수로서 상기 열 엔진의 제 1 상대 전력 출력을 결정하게 상기 제 1 신호를 처리하도록 구성된 회로;
    상기 제 1 상대 전력 출력보다 큰 제 2 전력 출력에 기초하여서 제 2 신호를 생성하도록 구성된 회로; 및
    상기 제 2 전력 출력에 대응하는 상기 제 2 신호를 전송하도록 구성된 회로를 포함하는,
    장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 2 신호를 생성하도록 구성된 회로는,
    상기 애노드 전위, 상기 게이트 전위 및 상기 억제기 전위 중 적어도 하나에서의 변화를 결정하도록 구성된 회로를 포함하는,
    장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 결정된 변화에 응답하여서 상기 애노드 전위, 상기 게이트 전위 및 상기 억제기 전위 중 적어도 하나를 변화시키도록 구성된 회로를 더 포함하는,
    장치.
  32. 제 1 온도를 갖는 캐소드;
    상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도를 갖는 애노드로서, 상기 캐소드 및 상기 애노드는 캐소드 전위보다 높은 애노드 전위를 생성하도록 제 1 전력 소스에 대해서 수신성인 (receptive), 상기 애노드;
    상기 애노드와 상기 캐소드 간에 위치한 게이트로서, 상기 게이트는 게이트 전위를 생성하도록 제 2 전력 소스에 대해 수신성이며, 상기 게이트 전위는 제 1 임계 에너지보다 높은 에너지들을 갖는 전자들의 제 1 세트에 대한, 상기 캐소드로부터의 전자 방출을 유도하도록 선택되는, 상기 게이트;
    상기 게이트와 상기 애노드 간에 위치한 억제기 (suppressor) 로서, 상기 억제기는 상기 애노드로부터의 전자 방출을 유도하도록 선택된 억제기 전위를 생성하도록 제 3 전력 소스에 대해서 수신성인, 상기 억제기;
    상기 캐소드와 상기 애노드 간에 위치한 가스를 포함하는 적어도 하나의 영역; 및
    상기 전자들의 제 1 세트의 일부가 통과가능한 (traversable) 적어도 하나의 경로로서, 상기 경로는 상기 캐소드로부터, 상기 게이트를 통해서, 상기 가스를 포함하는 영역을 통해서, 상기 억제기를 통해서, 상기 애노드로 연장된, 상기 적어도 하나의 경로를 포함하는,
    열 엔진.
  33. 캐소드;
    애노드로서, 상기 캐소드 및 상기 애노드는 캐소드 전위보다 높은 애노드 전위를 생성하도록 제 1 전력 소스에 대해서 수신성인, 상기 애노드;
    상기 애노드와 상기 캐소드 간에 위치한 게이트로서, 상기 게이트는 게이트 전위를 생성하도록 제 2 전력 소스에 대해 수신성이며, 상기 게이트 전위는 제 1 임계 에너지보다 높은 에너지들을 갖는 전자들의 제 1 세트에 대한, 상기 캐소드로부터의 전자 방출을 유도하도록 선택되는, 상기 게이트;
    상기 게이트와 상기 애노드 간에 위치한 억제기로서, 상기 억제기는 억제기 전위를 생성하도록 제 3 전력 소스에 대해서 수신성이며, 상기 억제기 전위는 상기 애노드 전위와 애노드 일함수의 합보다 작도록 선택되는, 상기 억제기;
    상기 캐소드와 상기 애노드 간에 위치한 가스를 포함하는 적어도 하나의 영역; 및
    상기 전자들의 제 1 세트의 제 1 부분이 통과가능한 적어도 하나의 경로로서, 상기 경로는 상기 캐소드로부터, 상기 게이트를 통해서, 상기 가스를 포함하는 영역을 통해서, 상기 억제기를 통해서, 상기 애노드로 연장된, 상기 적어도 하나의 경로를 포함하는,
    장치.
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