[發明專利]表面態增強的高電流密度動態肖特基發電機及其制備方法

有效

• 申請號: 201910949575.0
• 申請日: 2019-10-08
• 公開（公告）號: CN110752784B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 林時勝;沈閏江;姚天易;陸陽華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明涉及可循環能源收集技術領域，公開了一種表面態增強的高電流密度動態肖特基發電機及其制備方法，該發電機自下而上依次為金屬電極、半導體襯底、表面粗糙層、金屬，金屬電極與半導體襯底為歐姆接觸，金屬與半導體襯底為肖特基接觸，所述的表面粗糙層是對半導體襯底一側拋光面采用粗糙處理所形成的具有粗糙形貌的表面層，金屬直接壓在表面粗糙層上，二者接觸并可相對移動，形成表面態增強的高電流密度動態肖特基發電機。該發電機結構工藝簡單，原材料成本較低，同時突破了傳統半導體物理框架，為利用肖特基勢壘中的表面態提供了直接證據。

技術領域

本發明涉及一種動態肖特基發電機及其制備方法，尤其涉及一種表面態增強的高電流密度動態肖特基發電機及其制備方法，屬于能源獲取器件技術領域。

背景技術

由于便攜設備飛速發展和供電電源緩慢發展的矛盾，人們對于小范圍可回收能源循環利用需求日益增加。目前常見的能源回收種類有太陽能、水能、熱能、機械能等，基于這些能源循環的發電機都需要一個內電場來輸出電能，同時具體原理存在較大差異。發電的性能往往和內電場的大小正相關，同時需要高效率的發電機理提升能源回收效率，安全的強電場和高效率發電機理成為了新型發電機性能評價的關鍵因素。受限于思維定勢，靜態肖特基器件中表面態往往會對器件性能產生負面影響，控制表面態是靜態肖特基器件的主要研究方向，但表面態在動態肖特基器件中的作用還沒有被探索過。近年來肖特基勢壘的強內建電場(～10⁶V/m)被發現可以用于發電，基于動態肖特基勢壘的發電機展示出了較強的應用潛能。微觀載流子高效回彈的新穎機理，強大且宏觀不對外表現的內建電場可以達到安全、高效輸出電能的目的。但是普通肖特基發電機的輸出電流和功率(通常約為～10¹A/m²,～10¹W/m²)還難以達到小范圍能源回收循環的要求，其背后蘊藏的物理內涵還有待開發。

本發明提出的表面態增強的高電流密度動態肖特基發電機突破傳統半導體物理框架中表面態純負面作用的思維定式，為利用肖特基勢壘區表面態的正面作用提供了證據。在運動能量收集形式不變的情況下，通過表面處理形成高表面態的表面粗糙層。其中表面態在動態回彈過程中充當額外的回彈中心，在不增加輸入功率的情況下可以增強勢壘區的載流子回彈，從而等效于非線性增強電源內電場，形成超高的電流密度和功率密度輸出。在無需整流的情況下，可以宏觀輸出目前已知較高的短路電流密度和功率密度(～10⁵A/m²,～10³W/m²)，且內阻較小，與實際便攜電子設備的內阻更匹配，同時器件制備工藝非常簡單，對半導體、金屬的質量的要求不高，具有良好的應用前景，也為利用肖特基器件中的表面態提供了可能性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種表面態增強的高電流密度動態肖特基發電機及其制備方法。

本發明的表面態增強的高電流密度動態肖特基發電機，自下而上依次為金屬電極、半導體襯底、表面粗糙層、金屬，金屬電極與半導體襯底為歐姆接觸，金屬與半導體襯底為肖特基接觸，所述的表面粗糙層是是在半導體襯底一側拋光面上進行粗糙處理所形成的具有粗糙形貌的表面層，金屬直接壓在表面粗糙層上，二者接觸并可相對移動，形成表面態增強的高電流密度動態肖特基發電機。

上述技術方案中，進一步的，所述的半導體襯底為雙面拋光的硅、砷化鎵、銦鎵砷、氧化鋅、鍺、氮化鎵或者磷化銦。所述的粗糙處理為采用砂紙進行打磨、或化學腐蝕的手段在半導體襯底表面形成凹槽或腐蝕坑，或者采用氣相沉積或溶液旋涂的方法在半導體襯底表面形成相應半導體顆粒從而形成表面粗糙形貌。

進一步的，所述的金屬是金、銀、銅、鐵、鋁、鉑、鈦、鎳、鉻中的一種，選用與所采用的具體半導體襯底可形成肖特基接觸的金屬。

進一步的，所述的金屬采用針狀形態壓在表面粗糙層上以形成良好穩定的接觸。