Преобразователь электромагнитного излучения в электричество

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Есман Александр Константинович Кулешов Владимир Константинович Зыков Григорий Люцианович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Преобразователь электромагнитного излучения в электричество, содержащий опорную структуру с первой опорной поверхностью и сформированными на ней первым и вторым электродами, соединенными каждый с соответствующим проводящим резонатором для преобразования падающего излучения рабочей длины волныв электрический ток, отличающийся тем, что в опорной структуре сформировано углубление, боковые стенки которого представляют собой вторую и четвертую опорные поверхности, а дно третью опорную поверхность, на которой на заданном нанорасстоянии от второго электрода, обеспечивающем детектирование возникшего в резонаторах тока, сформирован наноэмиттер, представляющий собой острие первого электрода, электропроводная структура которого нанесена на первую, вторую и третью опорные поверхности. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что проводящие резонаторы выполнены в виде вибраторов длиной , выбранной из условия/2. 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что проводящие резонаторы выполнены в виде спиралей длиной , выбранной из условия 13923 1 2010.12.30 4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что проводящие резонаторы выполнены в виде секторов колец. 5. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что наноэмиттер содержит металл с меньшей работой выхода электронов, чем у материала второго электрода. Предлагаемое изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при разработке высокоэффективных преобразователей, в том числе и многоканальных в интегральном исполнении, электромагнитного излучения, включая и инфракрасный диапазон, в электричество и может стать источником электропитания как для гибридных автомобилей, так и для портативной электроники. Наиболее близким по технической сущности является преобразователь электромагнитного излучения в электричество 1, содержащий опорную структуру с первой опорной поверхностью и сформированными на ней первым и вторым электродами, соединенными каждый с соответствующим проводящим резонатором для преобразования падающего излучения рабочей длины волныв электрический ток, при этом преобразователь электромагнитного излучения в электричество также содержит металлические наночастицы размером порядка или менее длины волны в максимуме спектра падающего излучения,обеспечивающие концентрацию падающего излучения в ближней зоне около наночастиц. Описанное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в том, что с его помощью можно обеспечивать генерацию электрического тока в узком диапазоне длин волн входного электромагнитного излучения при невысокой эффективности. Техническая задача - расширение функциональных возможностей за счет преобразования всего спектра солнечного электромагнитного излучения, включая инфракрасный диапазон, в электричество, например в постоянный электрический ток, при одновременном повышении эффективности. Поставленная техническая задача решается тем, что в преобразователе электромагнитного излучения в электричество, содержащем опорную структуру с первой опорной поверхностью и сформированными на ней первым и вторым электродами, соединенными каждый с соответствующим проводящим резонатором для преобразования падающего излучения рабочей длины волныв электрический ток, в опорной структуре сформировано углубление, боковые стенки которого представляют собой вторую и четвертую опорные поверхности, а дно - третью опорную поверхность, на которой на заданном нанорасстоянии от второго электрода, обеспечивающем детектирование возникшего в резонаторах тока, сформирован наноэмиттер, представляющий собой острие первого электрода,электропроводная структура которого нанесена на первую, вторую и третью опорные поверхности. Для эффективного решения поставленной технической задачи проводящие резонаторы выполнены в виде вибраторов длиной , выбранной из условия/2. Для эффективного решения поставленной технической задачи проводящие резонаторы выполнены в виде спиралей длиной , выбранной из условия. Для эффективного решения поставленной технической задачи проводящие резонаторы выполнены в виде секторов колец. Для эффективного решения поставленной технической задачи наноэмиттер содержит металл с меньшей работой выхода электронов, чем материал второго электрода. Совокупность указанных признаков позволяет решить поставленную техническую задачу за счет детектирования токов высокой частоты, соответствующих принятому и пре 2 13923 1 2010.12.30 образованному электромагнитному излучению. Более того, возможность выполнения данных устройств разных размеров по интегральной технологии позволяет объединять предлагаемые устройства в матричную структуру, преобразующую весь спектр солнечного электромагнитного излучения с выходной мощностью, достаточной для большинства практических применений. Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой приведена схема расположения элементов наноустройства, где обозначены 1 - опорная структура,2 - опорная поверхность,3 - вторая опорная поверхность,4 - третья опорная поверхность,5 - четвертая опорная поверхность,6 - первый электрод,7 - второй электрод,8 - наноэмиттер,9 - проводящие резонаторы,10 - углубление. В наноустройстве опорная структура 1 непосредственно связана со второй опорной поверхностью 3 и четвертой опорной поверхностью 5, которые являются боковыми стенками углубления 10. Вторая опорная поверхность 3 и четвертая опорная поверхность 5 непосредственно связаны с третьей опорной поверхностью 4, которая является дном углубления 10. На опорных поверхностях 2, 3, 4 расположен первый электрод 6 и сам наноэмиттер 8, который находится на заданном нанорасстоянии от второго электрода 7,выполненного на опорной поверхности 2. Это нанорасстояние задается размером четвертой опорной поверхности 5. На опорной поверхности 2 выполнены два проводящих резонатора 9, электрически соединенных соответственно первый - с электропроводной структурой наноэмиттера 6, а второй - со вторым электродом 7. При объединении таких наноустройств в матричную структуру проводящие резонаторы 9 последовательно и (или) параллельно соединяются двумя проводниками для получения требуемых значений электрических токов и напряжений. В конкретном исполнении опорная структура 1 - это горизонтальная часть внешней стороны кремниевой подложки, покрытой слоем окиси кремния. Опорная поверхность 2 это верхняя поверхность указанного слоя окиси кремния на опорной структуре 1. Вторая опорная поверхность 3 и четвертая опорная поверхность 5 - это боковые стенки углубления 10. Третья опорная поверхность 4 - это дно углубления 10. Первый электрод 6 - это выполненный методами вакуумного напыления проводник толщиной 150 нм из никеля. При выполнении этого напыления под углом к опорной поверхности 2 конец первого электрода 8, расположенный на третьей опорной поверхности 4, получается заостренным,способным эмитировать электроны. Толщина указанного острия - наноэмиттера 8 - получается значительно меньше, чем толщина первого электрода 6. Второй электрод 7 - это выполненный методами вакуумного напыления проводник из хрома толщиной 250 нм. Проводящие резонаторы 9 - это выполненные методами вакуумного напыления проводники соответствующей толщины из никеля и хрома, имеющие электрический контакт соответственно с первым 6 и вторым 7 электродами. Работа преобразователя электромагнитного излучения в электричество осуществляется следующим образом. Электромагнитное излучение с длиной волныпоступает на опорную поверхность 2 опорной структуры 1 и третью опорную поверхность 4, где расположены проводящие резонаторы 9, выполняющие функции приема, поглощения и преобразования этого излучения в ток соответствующей частоты. Выпрямление указанного тока осуществляется в нанозазоре между внутренними концами первого 6 и второго 7 электродов, электрически связанных с соответствующими проводящими резонаторами 9, так как 3 13923 1 2010.12.30 работа выхода электронов из проводящих материалов первого 6 и второго 7 электродов разная. Вследствие этого, а также из-за геометрической асимметрии указанных электродов 6 и 7, вольтамперная характеристика такого нанодиода, образованного в зазоре наноэмиттер 8 - второй электрод 7, является нелинейной. Постоянная составляющая выпрямленного напряжения между первым 6 и вторым 7 электродами используется для получения электрической энергии. При объединении предлагаемых устройств в матричную структуру можно повысить эффективность преобразования электромагнитного излучения в электричество и получить электрическую мощность, достаточную для практического применения. Источник информации 1. Патент РФ 2331141. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4

МПК / Метки

МПК: H02N 6/00

Метки: электричество, излучения, электромагнитного, преобразователь

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/4-13923-preobrazovatel-elektromagnitnogo-izlucheniya-v-elektrichestvo.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Преобразователь электромагнитного излучения в электричество</a>

Похожие патенты