[发明专利]在碳纳米管的定向阵列上形成的多层涂层

说明书

本文描述了含有碳纳米结构‑氧化物‑金属二极管，诸如碳纳米管(CNT)‑氧化物‑金属二极管的阵列，以及其制造和使用方法。在一些实施方案中，所述阵列含有垂直定向的碳纳米结构，诸如用介电层的保形涂层(如金属氧化物)涂布的多壁碳纳米管(MWCNT)。碳纳米结构的尖端用诸如钙或铝的低逸出功金属涂布以在尖端处形成纳米结构‑氧化物‑金属界面。所述阵列由于其固有的低电容可以在高达约40皮赫的频率下用作整流天线。本文所描述的阵列在低至0.3V的低开启电压和高达约7800mA/cm²的大电流密度以及至少约10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60的整流比下产生高度不对称性和非线性。

技术领域

本发明大体上处于二极管阵列的领域，特别是碳纳米结构-氧化物-金属二极管阵列。

背景技术

在室温下用轻质并且便宜的材料操作的红外(IR)检测器在军事、安全和医学领域中拥有无限的潜力。增强的目标获取、监视、夜视等是所述IR检测器可以为军事和安全应用提供的一些益处。

耦合至整流二极管的天线、或整流天线当前的研究关注点在于其在IR检测和太阳能转换中的用途。已经研究了金属-绝缘体-金属(MIM)隧道二极管的大面积使用以及用于将二极管耦合至平面几何结构中的偶极天线阵列。最近已经探索了方形螺旋纳米级整流天线元件作为在塑胶薄片上制造的电磁收集器的理论和制造方面。在另一种方法中，探索了使用等离子体氧化的AlO_x薄电介质的转移印刷技术作为能够大面积制造MIM二极管的方法。

尽管在二十世纪七十年代首次介绍了IR光学整流天线的概念并且验证了对于中红外(CO₂激光)的收集和转换具有有限的效率，但还没有报道在IR或可见或太阳波长下整流的现实论证。主要的技术挑战包括制造能够在大面积上在THz频率下通过量子力学穿隧效应操作所需的小二极管几何结构。

纳米材料的出现为克服对上文所提及的整流天线的限制提供了重大的前景。具体地说，已经显示了CNT在纳米电子学和传感应用中提供优越的功能性能。然而，在其传输物理学的基本理解与实现用于集成装置的可扩展并且稳固的制造方法中仍存在众多挑战。

最近，已经显示了定向的多壁CNT的随机阵列展示与电磁辐射的类天线相互作用。多壁CNT展现偏振效应与长度天线效应，这些效应可以在整流天线中用于IR和光学检测以及太阳能收集应用。然而，如上文所论述，通过适当的二极管有效提取这种能量的能力仍存在挑战。

需要展现改善的能量收集和转换的基于纳米结构的二极管。

因此，本发明的一个目的在于提供展现改善的能量收集和转换的基于纳米结构的二极管以及其制造和使用方法。

发明内容

本文描述了含有碳纳米结构-氧化物-金属二极管，诸如碳纳米管(CNT)-氧化物-金属二极管的阵列，以及其制造和使用方法。适合的纳米结构包括(但不限于)碳纳米纤维、角、锥、管或任何其它高纵横比的石墨纳米碳。在一些实施方案中，这些阵列含有垂直定向的碳纳米管，诸如多壁碳纳米管(MWCNT)。纳米结构用介电层的保形涂层(如金属氧化物)涂布。碳纳米结构的尖端用低或高逸出功金属涂布以在尖端处形成碳纳米结构-氧化物-金属界面。