[發明專利]在碳納米管的定向陣列上形成的多層涂層

有效

• 申請號: 201380060639.2
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN104798208B
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: B·蔻拉;A·夏爾;V·辛格
• 申請（專利權）人: 佐治亞科技研究公司
• 主分類號: H01L31/00
• 分類號: H01L31/00;H01L31/18;H01L51/42
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤

本文描述了含有碳納米結構?氧化物?金屬二極管，諸如碳納米管(CNT)?氧化物?金屬二極管的陣列，以及其制造和使用方法。在一些實施方案中，所述陣列含有垂直定向的碳納米結構，諸如用介電層的保形涂層(如金屬氧化物)涂布的多壁碳納米管(MWCNT)。碳納米結構的尖端用諸如鈣或鋁的低逸出功金屬涂布以在尖端處形成納米結構?氧化物?金屬界面。所述陣列由于其固有的低電容可以在高達約40皮赫的頻率下用作整流天線。本文所描述的陣列在低至0.3V的低開啟電壓和高達約7800mA/cm²的大電流密度以及至少約10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60的整流比下產生高度不對稱性和非線性。

技術領域

本發明大體上處于二極管陣列的領域，特別是碳納米結構-氧化物-金屬二極管陣列。

背景技術

在室溫下用輕質并且便宜的材料操作的紅外(IR)檢測器在軍事、安全和醫學領域中擁有無限的潛力。增強的目標獲取、監視、夜視等是所述IR檢測器可以為軍事和安全應用提供的一些益處。

耦合至整流二極管的天線、或整流天線當前的研究關注點在于其在IR檢測和太陽能轉換中的用途。已經研究了金屬-絕緣體-金屬(MIM)隧道二極管的大面積使用以及用于將二極管耦合至平面幾何結構中的偶極天線陣列。最近已經探索了方形螺旋納米級整流天線元件作為在塑膠薄片上制造的電磁收集器的理論和制造方面。在另一種方法中，探索了使用等離子體氧化的AlO_x薄電介質的轉移印刷技術作為能夠大面積制造MIM二極管的方法。

盡管在二十世紀七十年代首次介紹了IR光學整流天線的概念并且驗證了對于中紅外(CO₂激光)的收集和轉換具有有限的效率，但還沒有報道在IR或可見或太陽波長下整流的現實論證。主要的技術挑戰包括制造能夠在大面積上在THz頻率下通過量子力學穿隧效應操作所需的小二極管幾何結構。

納米材料的出現為克服對上文所提及的整流天線的限制提供了重大的前景。具體地說，已經顯示了CNT在納米電子學和傳感應用中提供優越的功能性能。然而，在其傳輸物理學的基本理解與實現用于集成裝置的可擴展并且穩固的制造方法中仍存在眾多挑戰。

最近，已經顯示了定向的多壁CNT的隨機陣列展示與電磁輻射的類天線相互作用。多壁CNT展現偏振效應與長度天線效應，這些效應可以在整流天線中用于IR和光學檢測以及太陽能收集應用。然而，如上文所論述，通過適當的二極管有效提取這種能量的能力仍存在挑戰。

需要展現改善的能量收集和轉換的基于納米結構的二極管。

因此，本發明的一個目的在于提供展現改善的能量收集和轉換的基于納米結構的二極管以及其制造和使用方法。

發明內容

本文描述了含有碳納米結構-氧化物-金屬二極管，諸如碳納米管(CNT)-氧化物-金屬二極管的陣列，以及其制造和使用方法。適合的納米結構包括(但不限于)碳納米纖維、角、錐、管或任何其它高縱橫比的石墨納米碳。在一些實施方案中，這些陣列含有垂直定向的碳納米管，諸如多壁碳納米管(MWCNT)。納米結構用介電層的保形涂層(如金屬氧化物)涂布。碳納米結構的尖端用低或高逸出功金屬涂布以在尖端處形成碳納米結構-氧化物-金屬界面。