[發(fā)明專利]具有均勻間隙的緊密分隔電極

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200780004013.4
• 申請(qǐng)日: 2007-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN101589544A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 塔雷克·馬坎斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 坦普羅尼克斯公司
• 主分類號(hào): H02N3/00
• 分類號(hào): H02N3/00;F25B21/02
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 徐金國(guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及設(shè)計(jì)成在電極之間具有非常小的間隔以及在某些情況中在電極之間還需要熱隔離的二極管、熱電子、隧道效應(yīng)、熱-光電及其它裝置。本發(fā)明可以應(yīng)用于熱-隧道效應(yīng)和熱-光電發(fā)生器和熱泵，并且能夠應(yīng)用于使用熱電子和熱電方法的相似系統(tǒng)。這些熱-隧道效應(yīng)發(fā)生器和熱泵將熱能轉(zhuǎn)換為電能，并且為了提供致冷能夠逆向運(yùn)行。本發(fā)明還可以應(yīng)用于需要在兩個(gè)電極之間的緊密的、平行的間隔且在它們之間具有電流的任何裝置。

背景技術(shù)

從一個(gè)導(dǎo)體(發(fā)射器)向另一個(gè)導(dǎo)體(收集器)的高能電子流的現(xiàn)象已經(jīng)用在多種電子裝置中以及用于各種目的。例如，以該方式實(shí)現(xiàn)真空二極管，并且將這種物理現(xiàn)象稱為熱電子發(fā)射。由于相對(duì)大的可用物理間隔所施加的限制，這些二極管需要在非常高的溫度下(超過1000開氏度)運(yùn)行。熱二極管需要非常地?zé)幔员汶娮荧@得足夠能量以通過大的距離到達(dá)收集器并克服高量子位壘。然而，真空管允許構(gòu)建電子二極管及后來(lái)的放大器。隨著時(shí)間發(fā)展，為了降低運(yùn)行溫度，通過使用如銫的堿性金屬或氧化物來(lái)涂覆電極，優(yōu)化了這些裝置。雖然用于熱電子生成的溫度仍然明顯高于室溫，但能量產(chǎn)生的這種方法具有將來(lái)自燃燒或太陽(yáng)能集中器的熱量轉(zhuǎn)換為電力的功效。

后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)如果使發(fā)射器和收集器彼此非常接近，在如2到20納米的原子距離的級(jí)別上，那么電子可能在更低的溫度下，甚至在室溫下流動(dòng)。在這種小間隔下，兩個(gè)電極的原子的電子云非常接近，以致于熱電子實(shí)際上沒有物理傳導(dǎo)地從發(fā)射器云流到收集器云。將當(dāng)電子云交叉但電極沒有物理接觸時(shí)的電流的這種類型稱為隧道效應(yīng)。例如，掃描隧道效應(yīng)顯微鏡使用非常接近導(dǎo)電表面的針尖導(dǎo)電探針，并且通過繪制當(dāng)探針經(jīng)過該表面掃描時(shí)的電流能夠繪出該表面的原子輪廓。美國(guó)專利4343993(Binning等人)給出了用于掃描隧道效應(yīng)顯微鏡的這種方法。

在工業(yè)中已經(jīng)知道，如果可以在大面積(例如，1平方厘米)上保持這種原子隔離，那么可以由單一二極管型裝置將大量的熱量轉(zhuǎn)換為電力，并且這些裝置將具有作為冷凍機(jī)或恢復(fù)來(lái)自不同源的廢熱能的用途。見：Y.Hishinuna，T.H.Geballe，B.Y.Moyzhes和T.W.Kenny的Efficiency?of?Refrigeration?usingThermotunneling?and?Thermionic?Emission?in?a?Vacuum：Use?of?Nanometer?ScaleDesign(利用真空中熱隧道效應(yīng)和熱電子發(fā)射的致冷效率：納米尺寸設(shè)計(jì)的使用)，Applied?Physics?Letters，2001年4月23日的第78卷第17期；Y.Hishinuna，T.H.Geballe，B.Y.Moyzhes的Vacuum?Thermionic?Refrigeration?with?aSemiconductor?Heterojunction?Structure(利用半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的真空熱電子致冷)，Applied?Physics?Letters，2002年11月25日的第81卷第22期；及Y.Hishinuna，T.H.Geballe，B.Y.Moyzhes和T.W.Kenny的Measurements?ofCooling?by?Room?Temperature?Thermionic?Emission?Across?a?Nanometer?Gap(通過穿過納米間隙的室溫?zé)犭娮影l(fā)射來(lái)冷卻的測(cè)量)，Journal?of?Applied?Physics，2003年10月1日的第94卷第7期。為了允許“熱”電子(具有在費(fèi)米能級(jí)以上的能量的那些電子)流動(dòng)，電極之間的間隔必須足夠小，但不能過于接近，以致于允許正常接觸(在費(fèi)米能級(jí)或低于費(fèi)米能級(jí)的電子的流動(dòng))。存在在2和20納米之間的間隔距離的可用范圍，使得允許每平方厘米數(shù)千瓦的從電力向致冷的轉(zhuǎn)換。參見：前面的Y.Hishinuna等人的Efficiency?of?Refrigerationusing?Thermotunneling?and?Thermionic?Emission?in?a?Vacuum：Use?of?NanometerScale?Design。這些參考文獻(xiàn)還提出在發(fā)射電極上的堿性金屬或其它材料的涂層或單層以便獲得從一個(gè)電極到另一個(gè)的電子傳輸?shù)牡凸瘮?shù)的優(yōu)勢(shì)。這種涂層或單層還降低運(yùn)行溫度并增加轉(zhuǎn)換效率。