碳纳米管结构的制作方法

本发明涉及碳纳米管手性的技术领域，特别涉及一种控制手性得到的碳纳米管结构。

背景技术

碳纳米管由于具有高的杨氏模量和抗拉强度、高的热导率等优良的特性而受到广泛的关注。

传统的化学气相沉积方法制备出的单壁碳纳米管中，金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管所占比例约为1：2。为了能够得到纯度更高的半导体性碳纳米管，在过去的二十年中，经过不断研究碳纳米管的热力学和动力学理论，人们已经能够通过cvd法生长出纯度达到97％的半导体性碳纳米管。

然而，想要直接生长出纯度更高的半导体性碳纳米管仍无法实现。同时，现有技术中碳纳米管在生长时无法任意改变碳纳米管的手性，即碳纳米管无法在生长过程中根据需要形成半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段交替的碳纳米管。同时，要想将上述半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段交替的碳纳米管应用于碳纳米管结构及碳纳米管结构的应用中也无法实现，如薄膜晶体管、光电探测器、光电转换模组等。

技术实现要素：

有鉴于此，确有必要提供一种碳纳米管结构，该碳纳米管结构中的碳纳米管既包含金属性片段，也包含半导体性片段。

一种碳纳米管结构，其包括多根碳纳米管呈阵列式分布，其中，每根碳纳米管包括一半导体性碳纳米管片段和一与该半导体性碳纳米管片段连接的金属性碳纳米管片段。

一种碳纳米管结构，其包括至少一根碳纳米管，其中，所述至少一根碳纳米管由多段半导体性碳纳米管片段和多段金属性碳纳米管片段组成，且半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段交替排列。

相较于现有技术，本发明提供的碳纳米管结构，由于该碳纳米管结构中单根碳纳米管均包括金属性碳纳米管片段和半导体性碳纳米管片段，相当于导电结构和半导体结构连接为一整体结构，使得该碳纳米管结构具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的碳纳米管的制备方法的流程图。

图2为本发明第一实施例提供的电场控制碳纳米管手性的示意图。

图3为本发明第一实施例提供的碳纳米管在施加反转电场前后的扫描电镜图。

图4为本发明提供的脉冲电场电压随时间变化的示意图。

图5为本发明提供的脉冲宽度为500ms时碳纳米管手性随电场变化的示意图。

图6为本发明提供的脉冲宽度大于500ms时碳纳米管手性随电场变化的示意图。

图7为本发明提供的脉冲宽度为100ms时碳纳米管结构的扫描电镜图。

图8为本发明提供的脉冲宽度为10s时碳纳米管结构的扫描电镜图。

图9为本发明第二实施例提供的碳纳米管结构的结构示意图。

图10为本发明第三实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图。

图11为本发明第三实施例提供薄膜晶体管的测试结果图。

图12为本发明第四实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图。

图13为本发明第五实施例提供的光电探测器的结构示意图。

图14为本发明第六实施例提供的光电转换装置的结构示意图。

图15为本发明第六实施例提供的光电转换装置的剖面示意图。

图16为本发明第七实施例提供的光电转换装置的结构示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合具体实施例，对本发明提供的碳纳米管手的方法制备及通过该方法得到的碳纳米管结构、采用该碳纳米管结构制备的薄膜晶体管、光电探测器、光电转换装置作进一步详细说明。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种碳纳米管的制备方法，其包括以下步骤：

步骤s11，提供一基底11，在所述基底11的表面沉积一催化剂层12；

步骤s12，将所述基底11设置于一反应炉13内，加热使反应炉内温度达到一预定温度，向反应炉13内通入一碳源气体14及一保护气体15，以在该基底11上生长碳纳米管片段结构16，该碳纳米管片段结构16包括多根碳纳米管片段；

步骤s13，对生长的碳纳米管片段结构16施加一电场，电场的方向为给催化剂层充正电荷的方向，反转电场方向，从该碳纳米管片段中长出半导体性碳纳米管片段。

在步骤s11中，所述基底11用于生长碳纳米管，该基底11的材料可为硅、玻璃、石英等。本实施例中，所述基底11为st切单晶石英管。

所述催化剂层12可选用催化剂粉末层。所述催化剂层12的材料满足能够生长出单壁碳纳米管即可。具体地，该催化剂粉末层的材料可选用金属铁粉、金属铁网、金属镍粉、金属镍网及氧化铝和金属铁的粉末混合物等。所述催化剂层12可采用电子束沉积、蒸镀或溅射等方法形成于该基底11的表面上。本实施例中，所述催化剂层12为颗粒直径为0.2纳米的金属铁粉层，该催化剂层12通过电子束沉积形成于所述基底11的表面上。

在步骤s12中，将所述基底11置于反应炉内，反应炉内加热达到的预定温度可为800～960摄氏度，优选地，该预定温度为900～950摄氏度。本实施例中，反应炉内预定温度为950摄氏度。

所述碳源气体14可为一氧化碳，或碳氢化合物如乙炔、甲烷、乙烷、乙烯等，所述保护气体15可选用氢气、氮气或惰性气体。所述碳源气体和保护气体通入的流量比例可根据碳源气体的种类及需要进行调节。本实施例中，所述碳源气体14为甲烷，所述保护气体15为氮气，h2和ch4分别以流量为500sccm和200sccm通入10分钟，再改为h2的流量为5sccm和ch4的流量为2sccm继续通入以促使生长碳纳米管片段结构16。

当然，生长所述碳纳米管片段结构16的方法不限于上述步骤s11-s12中的生长方法，如电弧放电法、激光烧蚀法等。所述碳纳米管片段结构16包括多根碳纳米管片段，该多根碳纳米管片段通过阵列方式分布，且该多根碳纳米管片段基本沿同一方向延伸。其中，所述碳纳米管片段结构16中碳纳米管片段的密度大于3根/μm，以保证碳纳米管片段在生长过程中，碳纳米管片段的手性可以通过电场进行更有效地控制。本实施例中，所述碳纳米管片段结构16中碳纳米管片段呈水平阵列排布，碳纳米管片段的密度为6根/μm。所述多根碳纳米管片段可以是底端生长也可以是顶端生长，具体地，底端生长时，所述催化剂层12粘附于所述基底表面，碳纳米管片段在催化剂层的表面析出并向远离基底的表面生长；顶端生长时，碳纳米管片段是在催化剂层12的下表面析出，催化剂层中的催化剂颗粒被碳纳米管片段从基底表面抬起。所述碳纳米管片段结构16包括多根金属性碳纳米管片段。所述碳纳米管片段结构16中的碳纳米管片段为单壁碳纳米管，该单壁碳纳米管的直径小于2纳米。优选地，该单壁碳纳米管的直径为1.2纳米-1.5纳米。本实施例中，所述碳纳米管片段结构16为半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段的混合结构，且半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段的比例约为2:1。

在步骤s13中，对所述碳纳米管片段结构16施加的电场可为直流电场。设定电场的方向满足给催化剂层充正电荷时为正向，设定电场的方向反转后为负向，该负向电场为催化剂层充负电荷。当然，电场方向与碳纳米管片段生长方向垂直时，电场并不能给催化剂充电。请参阅图2，图中s指半导体性，m指金属性，e指施加的电场。当施加正向电场时，碳纳米管片段在生长过程中手性保持不变，即金属性碳纳米管片段仍保持为金属性碳纳米管片段，半导体性碳纳米管片段仍保持为半导体性碳纳米管片段。电场方向从正向到负向的变化使得生长出来的碳纳米管片段的手性发生改变。具体地，电场正向到电场负向的一次改变使碳纳米管片段在电场改变后生长出的碳纳米管片段基本变为半导体性碳纳米管片段，即由原金属性的碳纳米管片段长出半导体性碳纳米管片段，原半导体性的碳纳米管则还是保持半导体性继续生长。也就是说，通过施加反转后的电场，可以使得所述碳纳米管片段结构16中新生长的碳纳米管片段变为纯半导体性碳纳米管片段。这是由于电场由正向变为负向时，电场给催化剂充负电量增大，使得催化剂的费米能级升高，费米能级越高，碳纳米管片段从金属性转变为半导体性的过程越容易控制。优选地，催化剂的费米能级升高值大于等于0.7ev。优选地，催化剂的费米能级升高值等于1ev。

可选择地，当电场由负向变为正向时，碳纳米管片段在生长过程中手性也会发生变化。具体地，碳纳米管片段在生长过程中先施加负向电场，在此过程中碳纳米管片段的手性保持不变。当电场方向从负向变为正向时，碳纳米管片段在电场改变后生长出的碳纳米管片段基本变为金属性碳纳米管片段，即原金属性的碳纳米管片段仍为金属性碳纳米管片段，原半导体性的碳纳米管片段则长出金属性碳纳米管片段。这是由于电场由负向变为正向时，电场给催化剂充正电量增大，使得催化剂的费米能级降低，费米能级越低，碳纳米管片段从半导体性转变为金属性的过程越容易控制。优选地，催化剂的费米能级降低值小于等于-0.1ev。优选地，催化剂的费米能级降低值小于等于-0.2ev。

在对所述碳纳米管片段结构16施加正向电场时，正向电场的施加时间不能过短，以使得碳纳米管片段有足够的时间处于正向电场的生长环境中。具体地，该正向电场的施加时间不少于2s。正向电场的电场强度大于等于200v/mm。电场从正向反转时，碳纳米管片段的电场环境发生强烈改变，从而直接影响碳纳米管片段的手性。又由于给催化剂充负电荷后，生长半导体性碳纳米管的吉布斯自由能小于生长金属性碳纳米管的吉布斯自由能，当电场从正向反转为负向后，金属性碳纳米管片段继续生长出的碳纳米管片段的手性会基本变为半导体性。其中，所述碳纳米管片段结构16经电场反转后半导体性碳纳米管片段的比例与施加负向电场的时间有关。当反转后负向电场的施加时间小于200ms时，金属性碳纳米管片段在新生长出的碳纳米管片段中会有部分碳纳米管片段由金属性变为半导体性，这是由于负向电压施加的时间过短，从而使得部分碳纳米管片段的手性仍保持为金属性。当反转后负向电场的施加时间大于200ms时，所述碳纳米管片段结构16中新生长出的碳纳米管片段的手性均为半导体性。请参阅图3，图为碳纳米管在施加反转电场前后的扫描电镜图。其中，亮白条为金属性碳纳米管片段，暗黑条为半导体性碳纳米管片段。施加在碳纳米管的电场参数为：正向电场的施加时间为20s，正向电场的电场强度为200v/mm，负向电场的施加时间为500ms，负向电场的电场强度为-200v/mm。

进一步，通过对所述碳纳米管片段结构16还施加脉冲电场还可以多次改变碳纳米管的手性。请参阅图4，脉冲电场是由正向电场和负向电场多次交替形成的具有周期性的电场。其中，脉冲电场的周期t为正向电场和负向电场经过一次交替的时间。所述碳纳米管片段结构16中碳纳米管片段的手性可根据调节负向电场脉冲的脉冲时间及电场方向而进行控制。

具体地，请参阅图4，当所述负向电场脉冲时间小于200ms时，电场方向由正向变为负向时，部分金属性碳纳米管片段生长出的新的碳纳米管片段的手性会变为半导体性，半导体性碳纳米管片段的手性保持不变，而电场方向由负向变为正向时，碳纳米管片段的手性保持不变。请参阅图5，当所述负向电场脉冲时间大于200ms小于等于500ms时，电场方向由正向变为负向时，生长出的新的碳纳米管片段的手性均为半导体性，而电场方向由负向变为正向时，碳纳米管片段的手性保持不变。进一步，通过上述条件下得到的碳纳米管片段结构可通过去除开头部分含有金属性碳纳米管的片段而变为纯半导体性碳纳米管。请参阅图6，当所述负向电场脉冲时间大于500ms时，电场方向由正向变为负向时，生长出的新的碳纳米管片段的手性均为半导体性，而电场方向由负向变为正向时，生长出的新的碳纳米管片段的手性均为金属性碳纳米管片段，这是由于施加的负向电场脉冲时间变长，催化剂层充的电荷会自发放电，负电荷减少，此时电场由负向变为正向时，会使催化剂颗粒充足够的正电荷，导致碳纳米管由半导体性变成金属性。也就是说，当脉冲宽度大于500ms时，随着施加脉冲电场时间的增加，所述碳纳米管片段结构16在生长过程中，碳纳米管片段的手性会不断改变，即生长的单根碳纳米管中会有金属性碳纳米管片段和半导体性碳纳米管片段交替出现。进一步，当新生长出的碳纳米管片段的手性为金属性时，维持电场方向不变，则新生长的碳纳米管片段的手性也会保持为金属性，这时将金属性碳纳米管片段之前的碳纳米管片段去掉则可得到纯金属性碳纳米管。请参阅图7，当脉冲周期为20s时，负向电场脉冲的脉冲宽度为100ms时，碳纳米管结构的扫描电镜图，图中亮白条为金属性碳纳米管片段，浅白条为半导体性碳纳米管片段。请参阅图8，当脉冲周期为20s时，负向电场脉冲的脉冲宽度为10s时，碳纳米管结构的扫描电镜图，所述碳纳米管结构是由多根半导体性和金属性交替的碳纳米管形成的阵列。

本发明提供的碳纳米管的制备方法，通过对生长的碳纳米管施加电场并反转电场方向，可相应改变碳纳米管的手性，从而可直接生长得到手性可控的碳纳米管，如纯半导体性碳纳米管；通过调节负向电场脉冲的脉冲时间及电场方向还可进一步获得由多段半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段交替形成的碳纳米管。

请参阅图9，本发明第二实施例提供一种通过上述方法制备得到的碳纳米管阵列20，该碳纳米管阵列20包括多根碳纳米管，每根碳纳米管包括至少一半导体性碳纳米管片段(s)和一金属性碳纳米管片段(m)。所述多根碳纳米管呈阵列式分布。所述每根碳纳米管中相邻的半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段通过肖特基势垒连接。

所述碳纳米管是由半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段组成。所述每根碳纳米管的结构可由一段半导体性碳纳米管片段和一段金属性碳纳米管片段连接组成，且所述半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段之间通过肖特基势垒连接。所述每根碳纳米管的结构也可由多段半导体性碳纳米管片段和多段金属性碳纳米管片段组成，且半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段是交替排列，相邻的半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段是通过肖特基势垒连接。具体地，如图9中，(a)-(e)为所述碳纳米管阵列20的多种结构类型，该碳纳米管的结构可为m-s-m型碳纳米管，也可为s-m-s型碳纳米管，或s-m混合型碳纳米管。所述多根碳纳米管中，碳纳米管的手性交替改变的每个周期基本是一致的。在这里基本一致是指在实际生产过程中，由于每根碳纳米管的生长速度略有差异，在电场方向改变时，每根碳纳米管的长度略有不同，从而使得碳纳米管的手性发生变化时，相同手性的碳纳米管片段的长度也略有差别，因此，在碳纳米管的手性交替改变一次的周期内，碳纳米管片段的长度也略有差别。所述碳纳米管中每个半导体性碳纳米管片段或每个金属性碳纳米管片段的长度可以通过改变电场施加时间进行调节。所述碳纳米管阵列20中碳纳米管为单壁碳纳米管，该单壁碳纳米管的直径小于2纳米。优选地，该单壁碳纳米管的直径为1.2纳米-1.5纳米。本实施例中，每根碳纳米管是由多段半导体性碳纳米管片段和多段金属性碳纳米管片段交替组成，且每根碳纳米管的直径为1.3纳米。

本发明提供的碳纳米管阵列，由于该碳纳米管阵列中单根碳纳米管均包括金属性碳纳米管片段和半导体性碳纳米管片段，相当于导电结构和半导体结构连接为一整体结构，使得该碳纳米管阵列具有广阔的应用前景。

请参阅图10，本发明第三实施例提供一种薄膜晶体管30，包括一绝缘基底31、栅极32、一栅极绝缘层33、一碳纳米管结构34、一源极35及一漏极36。所述碳纳米管结构34包括至少一根碳纳米管，该碳纳米管的两端为金属性碳纳米管片段341、342，中间为半导体性碳纳米管片段343。所述栅极32设置于所述绝缘基底31的表面。所述栅极绝缘层33设置于所述栅极32远离所述绝缘基底31的表面。所述碳纳米管结构34设置于所述栅极绝缘层33远离所述栅极32的表面。所述源极35、漏极36分别设置于所述碳纳米管两端的金属性碳纳米管片段341、342的表面且与该碳纳米管结构34电连接。所述碳纳米管中间的半导体性碳纳米管片段343作为一沟道。所述碳纳米管结构34、源极35、漏极36与所述栅极32绝缘设置。进一步，所述源极35及漏极36为可选择结构，所述碳纳米管结构34两端的金属性碳纳米管片段341、342也可以单独可作为源极、漏极使用。

所述绝缘基底31起支撑作用，该绝缘基底31的材料不限，可选择为玻璃、石英、陶瓷、金刚石等硬性材料，也可选择塑料、树脂等柔性材料。进一步，所述绝缘基底31为一柔性材料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺等柔性材料。本实施例中，所述绝缘基底31的材料为柔性材料，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

所述栅极32、源极35、漏极36均由导电材料组成，该导电材料可选择为金属、ito、ato、导电银胶、导电聚合物以及导电碳纳米管等。该金属材料可以为铝、铜、钨、钼、金、钛、钯或任意组合的合金。本实施例中，所述栅极32、源极35、漏极36为金属au和ti得到的金属复合结构，具体地，所述金属复合结构是由金属au在金属ti的表面复合而成。

所述栅极绝缘层33材料可选择为氧化铝、氧化铪、氮化硅、氧化硅等硬性材料或苯并环丁烯(bcb)、聚酯或丙烯酸树脂等柔性材料。该栅极绝缘层33的厚度为0.5纳米～100微米。本实施例中，所述栅极绝缘层33的材料为氧化铝，其厚度为40纳米。

所述碳纳米管结构34包括至少一根碳纳米管。当所述碳纳米管结构34包括多根碳纳米管时，所述多根碳纳米管之间通过范德华力紧密结合形成一碳纳米管膜，且该多根碳纳米管基本沿同一方向延伸。具体地，每单根碳纳米管是由两端的金属性碳纳米管片段和中间的半导体性碳纳米管片段组成，且相邻的碳纳米管中金属性碳纳米管片段的长度基本一致，相邻碳纳米管中半导体性碳纳米管片段的长度基本一致。所述多根碳纳米管的金属性碳纳米管片段均在碳纳米管的两端，排列位置基本一致。所述碳纳米管结构34的两端导电性好的金属性碳纳米管片段分别与薄膜晶体管30的源极35和漏极36接触设置，从而使得所述源极35、漏极36与所述碳纳米管结构34的电连接性能更好。所述碳纳米管结构34的“金属性-半导体性-金属性”结构可通过第一实施例提供的碳纳米管的制备方法得到。其中，所述沟道及金属性碳纳米管片段341、342的长度可通过调控电场进行调节。

使用时，将源极35接地，在栅极32上施加一栅极电压ug，并在漏极36上施加一漏极电压ud。当栅极32施加一定的正电压或负电压，在沟道中产生电场，并在沟道表面处产生载流子。随着栅极电压的增加，沟道转变为载流子积累层，当栅极电压达到源极35和漏极36之间的开启电压时，源极35与漏极36之间的沟道导通，从而会在源极35与漏极36之间产生电流，从而使得薄膜晶体管30处于开启状态。

请参阅图11，图为所述薄膜晶体管30的测试结果图，其中该薄膜晶体管30中的碳纳米管结构34是由40根碳纳米管组成。从图中可以看出，该薄膜晶体管30的开关比可达到2×10⁵。

本发明提供的薄膜晶体管中，所述碳纳米管结构34中的金属性碳纳米管片段341、342单独作为源极、漏极使用时，从而使所述薄膜晶体管的结构简单，无需额外去制备单独的电极，同时，由于半导体层与源极、漏极为一体结构，从而降低了半导体层与源极、漏极之间的界面势垒，增大了开关电流比；当设置专门的金属源极、漏极时，由于其两端的碳纳米管为金属性，该金属性的碳纳米管片段与源极、漏极的电连接性能更好。

请参阅图12，本发明第四实施例提供一种薄膜晶体管40，包括一绝缘基底41、一碳纳米管结构42、一源极43、一漏极44、一绝缘层45及一栅极46。所述碳纳米管结构42包括至少一根碳纳米管，该碳纳米管的两端为金属性碳纳米管片段421、422，中间为半导体性碳纳米管片段423，该半导体性碳纳米管片段423作为一沟道。所述碳纳米管结构42设置于所述绝缘基底31的表面。所述源极43、漏极44分别设置于所述碳纳米管两端的金属性碳纳米管片段的表面与该碳纳米管结构42电连接。所述绝缘层45设置在所述碳纳米管结构42远离所述绝缘基底41的表面。所述栅极46设置于所述绝缘层45远离所述碳纳米管结构42的表面。

本发明第四实施例提供的薄膜晶体管40与第三实施例提供的薄膜晶体管30基本相同，其区别在于，本实施例中所述薄膜晶体管40为顶栅型薄膜晶体管，所述栅极46通过所述绝缘层45与所述碳纳米管结构42、源极43、漏极44绝缘设置。

请参阅图13，本发明第五实施例提供一种光电探测器50，包括一碳纳米管结构51、一第一电极52、一第二电极53及一电流检测装置54。所述碳纳米管结构51分别与所述第一电极52、所述第二电极53电连接。所述电流检测装置54、第一电极52、第二电极53以及所述碳纳米管结构51串联形成一回路。所述碳纳米管结构51与第三实施例提供的碳纳米管结构34的结构相同，在此不再作重复详细介绍。具体地，所述碳纳米管结构51两端为金属性碳纳米管片段，所述第一电极52和第二电极53分别设置在该碳纳米管结构51两端的金属性碳纳米管片段表面上，与该金属性碳纳米管片段电连接。

所述碳纳米管结构51中，由“金属性-半导体性-金属性”型碳纳米管形成的含有异质结的碳纳米管结构为光探测器50的探测点。

所述第一电极52和第二电极53均由导电材料组成，该导电材料可选择为金属、ito、ato、导电银胶、导电聚合物以及导电碳纳米管等。该金属材料可以为铝、铜、钨、钼、金、钛、钯或任意组合的合金。所述第一电极52和第二电极53也可以均为一层导电薄膜，该导电薄膜的厚度为2微米-100微米。本实施例中，所述第一电极52和第二电极53分别为由金属au和ti得到的金属复合结构，具体地，所述金属复合结构是由金属au在金属ti的表面复合而成，金属ti设置于所述碳纳米管结构51的表面，au设置于金属ti的表面。所述金属ti的厚度为2纳米，金属au的厚度为50纳米。

所述电流检测装置54用于探测第一电极52和第二电极53与电流检测装置54形成的回路中是否有电流流过。该电流检测装置54可以为一电流表。进一步，还可包括一电源55，用于向第一电极52和第二电极53提供电压，即在第一电极52和第二电极53之间形成偏压。

进一步，光电探测器50还可包括一基底56，该基底56用于支撑所述碳纳米管结构51，可以理解，当所述碳纳米管结构51为自支撑结构时，所述基底56可以省略。所述基底56的材料为绝缘材料，可以为玻璃、陶瓷、聚合物或木质材料。所述基底56的材料还可为表面涂覆有绝缘材料的导电金属材料等。本实施例中，所述基底56的材料为玻璃。

所述光电探测器50可以对光进行定性定量探测。所述光电探测器50的定性探测光的工作原理为：打开电源55，在第一电极52和第二电极53之间施加一定偏压，当没有光照射到光电探测器的探测点时，该碳纳米管结构51没有导通，回路中不会有电流通过，电流探测元件54中探测不到电流；当光照射到光电探测器的探测点时，光照射到该碳纳米管结构51中的半导体性碳纳米管时，半导体性碳纳米管中产生载流子，两端金属性碳纳米管之间形成的局域电场将光生电子空穴对分开，这样就形成了光生电流，即第一电极52和第二电极53之间实现导通，回路中产生电流，电流检测装置54探测到电流。即，通过回路中是否有电流产生来探测光源。

所述光电探测器50的定量探测光的工作原理为：打开电源55，用已知的、不同强度的光依次照射探测点，读出电流检测装置54中探测到的电流值，一个强度的光对应一个电流值，并将不同强度的光对应的不同的电流值作相应的曲线图，即可标识出不同强度的光对应形成电流的标准曲线。当采用未知强度的光照射探测点时，根据电流检测装置54中探测到的电流值，即可从该标准曲线上读出光的强度值。

本发明提供的光电探测器50，由于探测点是由含有异质结的碳纳米管结构形成，且形成该异质结的半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段为一整体结构，在碳纳米管中形成电流时，电流导通速度更快。因此，该光电探测器的结构简单，灵敏度高。

请一并参阅图14及图15，本发明第六实施例提供一种光电转换装置60，包括一光电转换模组61、一覆盖结构62及一基底63。该光电转换模组61设置于所述基底63的表面。该光电转换模组61包括一碳纳米管结构64。所述碳纳米管结构64与第三实施例提供的碳纳米管结构34的结构相同，在此不再作重复详细介绍。具体地，所述碳纳米管结构64两端为金属性碳纳米管片段641、642，中间为半导体性碳纳米管片段643。该半导体性碳纳米管片段643包括一遮盖区域643a及一非遮盖区域643b。该覆盖结构62覆盖该光电转换模组61的非遮盖区域643b。图14为所述光电转换装置60的俯视图，图15为图14中15-15’处的剖面示意图。

所述基底63用于支撑所述光电转换模组61，可以理解，当光电转换模组61为自支撑结构时，所述基底63可以省略。所述基底63的材料为绝缘材料，可以为玻璃、陶瓷、聚合物或木质材料。所述基底63的材料还可为表面涂覆有绝缘材料的导电金属材料等。优选地，该基底63的材料应基本不吸收红外线或者完全不吸收红外线。该基底63的厚度不限，优选为1毫米～2厘米。本实施例中，所述基底63的材料为玻璃，厚度为5毫米。

所述半导体性碳纳米管片段643被分为两个区域，即遮盖区域643a及非遮盖区域643b。所述遮盖区域643a和非遮盖区域643b的面积的大小不限，该遮盖区域643a的面积可大于、等于或小于所述非遮盖区域643b的面积。本实施例中，所述遮盖区域643a的面积等于所述非遮盖区域643b的面积。

所述半导体性碳纳米管片段643的遮盖区域643a用于接收光能，并将光能转换为热能，使遮盖区域643a的温度升高，从而在遮盖区域643a和非遮盖区域643b之间产生温度差，利用温差电效应，在半导体性碳纳米管片段643的两端产生电势差。所述光能可以为太阳光、可见光、红外线、紫外线或电磁波等。

进一步，该光电转换模组61还可包括一第一电极65、第二电极66，所述第一电极65与该金属性碳纳米管片段641电连接，所述第二电极66与该金属性碳纳米管片段642电连接。该第一电极65、第二电极66分别为该光电转换装置60的电压输出端。进一步，所述碳纳米管结构64两端的金属性碳纳米管片段641、642的手性为金属性，可单独作为电极使用，直接用作电压输出端。

该光电转换装置60可进一步包括一第一电极引线(图未示)及一第二电极引线(图未示)。第一电极引线与第一电极65电连接，第二电极引线与第二电极66电连接。第一电极引线和第二电极引线可使第一电极和第二电极方便地向外输出电压或者与外部电连接。

所述覆盖结构62用于覆盖所述光电转换模组61的非遮盖区域643b，以防止非遮盖区域643b被光照射到。该覆盖结构62的大小应确保其不会覆盖遮盖区域643a。所述覆盖结构62的材料不限，可以为导电材料，如金属，也可以为绝缘材料，如塑胶、塑料等。所述金属包括不锈钢、碳钢、铜、镍、钛、锌及铝等中的一种或多种。可以理解，当该覆盖结构62的材料为绝缘材料时，其可与非遮盖区域643b直接接触，该覆盖结构62可直接覆盖在非遮盖区域643b的表面。当覆盖结构62的材料为导电材料时，应确保覆盖结构62与非遮盖区域643b间隔绝缘设置。本实施例中，所述覆盖结构62为具有容置空间的罩体。该覆盖结构62的四周固定于基底63的表面。所述非遮盖区域643b设置于该覆盖结构62的容置空间内部，并与该覆盖结构62间隔一定距离设置。可以理解，当基底63的材料和覆盖结构62的材料均为绝缘材料时，所述覆盖结构62和基底63可以一体成型。

本发明提供的光电转换装置60的半导体性碳纳米管片段643被分为遮盖区域643a及非遮盖区域643b，通过将遮盖区域643a暴露于光照环境下，接收光照，在遮盖区域643a及非遮盖区域643b之间产生温度差，利用温差发电原理进行发电；同时，所述半导体性碳纳米管片段643与两端的金属性碳纳米管片段641、642为一整体结构，电流向外输出时界面势垒较低，从而增大输出功率。

请参阅图16，本发明第七实施例提供一种光电转换装置70，包括一光电转换模组71、一覆盖结构72及一基底73。该光电转换模组71设置于所述基底73的表面。该光电转换模组71包括一碳纳米管结构74，该碳纳米管结构74是由多个金属性碳纳米管片段和多个半导体性碳纳米管片段交替排列组成。

本实施例提供的光电转换装置70与第六实施例提供的光电转换模组60的结构基本相同，其不同之处在于，所述光电转换模组71是由多个金属性碳纳米管片段和多个半导体性碳纳米管片段交替排列组成。由于金属性碳纳米管片段可作为电极单独使用，该光电转换模组71相当于由多个半导体性碳纳米管片段串联而成，从而可使得该光电转换装置70的整体输出功率增大。所述覆盖结构72包括多个间隔设置的覆盖本体以及多个间隔设置的开口，所述覆盖本体用于遮挡每个半导体性碳纳米管片段的部分表面，所述开口用于暴露每个半导体性碳纳米管片段的另一部分表面。可以理解，所述开口也可以为采用透明材料的窗口，例如玻璃窗。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。