[发明专利]一种基于隧穿二极管的纳米天线

说明书

本发明一种基于隧穿二极管的纳米天线，包括左臂、右臂以及整流器；所述左臂与右臂为镜像结构；左臂与右臂交叉成蝴蝶结形状，左臂与右臂中间夹有整流器，且三者一体成型；所述左臂与右臂的辐射体形状为三角形或扇形或锥形；所述整流器为金属‑绝缘体‑金属型隧穿整流器；所述纳米天线左臂材质选取Au、Pt、Ag、Cu、Al、Ni、V、Cr和W中的任意一种；所述纳米天线右臂材质选取Ni、Ti、V、Ta、Nb、Co、Al、Cu和W中的任意一种。该仿真模拟对整流天线的实验制备、特别是为解决天线系统与整流器的匹配问题提供了理论指导，有利于提高天线的光电响应强度，从而促进其应用。

技术领域

本发明涉及一种基于隧穿二极管的纳米天线，属于光电子学和纳米科学技术领域。

背景技术

整流天线是一种实现光能向电能转化的装置，从其诞生至今已经有50多年的历史。金属-绝缘体-金属(MIM)二极管结构的整流天线成本低廉、结构简单、、环境友好，是一种颇具前景的光电能量转化器件。

与传统光伏电池不同，整流天线不受半导体禁带宽度的限制，利用光的波动性原理，通过接收天线将辐射光转换为高频交流电(AC)，经整流二极管将高频交流电转化为直流电(DC)从而供外加负载使用。在接收天线对辐射光的吸收达到最大、天线与整流器完全匹配的条件下，整流天线可以实现从光能到电能的完全转换，其电池效率可达到卡诺定理的极限效率。目前国际上对于整流天线的研究尚处于实验中，真正意义上的天线电池还没有出现，面临的主要问题是所制备的器件不具有光电响应、或测得的电学信号极其微弱以至于难以检测等。导致这些问题的主要因素之一是金属天线系统与整流器的不匹配，而实现二者匹配的关键在于介质层的精确设计。介质层的设计主要包括两个方面，即尺寸参数(介质层厚度和结区面积等因素)与自身成分特性(介电性质和导电性质等因素)对整流天线光电行为的影响。由于实验上对介质层的设计面临着成本高、可重复性差和设计机理空缺等缺点，因此，从理论上对介质层结构、介电性能和导电性能进行研究与设计，以及由此指导实验制备出具有较强光电响应的器件十分迫切与重要。

基于现有的理论计算背景，设计该整流天线的介质层设计需要克服的主要难点有：1.对整流天线同时实现光学和电学上的理论计算；2.介质层结构、介电性质和导电性质对整流天线光电性能影响规律的分析；3.通过对整流天线介质层的设计，实现天线系统与整流器匹配。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于隧穿二极管的纳米天线，克服了现有整流天线实验中金属天线系统与整流器不匹配的问题，以及完善介质层的结构、介电性质和导电性质对整流天线光电行为影响的理论研究。

本发明的技术方案是：一种基于隧穿二极管的纳米天线，包括左臂、右臂以及整流器；所述左臂与右臂为镜像结构；左臂与右臂交叉成蝴蝶结形状，左臂与右臂中间夹有整流器，且三者一体成型；

所述左臂与右臂的辐射体形状为三角形或扇形或锥形；

所述整流器为金属-绝缘体-金属型隧穿整流器；

所述纳米天线左臂材质选取Au、Pt、Ag、Cu、Al、Ni、V、Cr和W中的任意一种；

所述纳米天线右臂材质选取Ni、Ti、V、Ta、Nb、Co、Al、Cu和W中的任意一种；