路。
[0029]根据结合附图阅读的以下说明，本发明的以上和其它方面、特征以及优点将变得明显，在附图中类似的参考数字指示相同的元件。
【附图说明】
[0030]图1A是被配置为提供隧道结的非对称性的整流天线的透视图，其中示出了点接触纳米线/mCNT结(或在图1B中更明确可见的锐利边缘贴片天线)和入射辐射。
[0031]图1B是被配置为提供隧道结的非对称性的整流天线的透视图，其中示出了锐利边缘贴片天线结和入射辐射。
[0032]图2A是本发明的方法的流程图，其中，EM辐射入射在天线上。
[0033]图2B是图2A的流程图的继续。
[0034]图2C示出了在正向偏置下的本发明的示例性实施例的隧道结的表示。
[0035]图2D示出了在反向偏置下的本发明的示例性实施例的隧道结的表示。
[0036]图2E示出了本发明的示例性实施例的点接触结，包括电场线。
[0037]图3是使用贴片天线的图1的整流天线的电极和集电极组件的框图。
[0038]图4是使用贴片天线的图1的整流天线的电极至电极流的框图。
[0039]图5是天线末端的侧视图，示出了使用贴片天线的本发明的层积衬底。
[0040]图6是当入射波长与点接触结相遇时入射波长的影响的图，其中仅示出一个纳米线/mCNT以便简化视图。
[0041]图7是通过使用整流技术在天线的末端进行光能量转换的变型电路图。
[0042]图8是在使用本发明的天线处所捕获的入射辐射的变型关系图，示出了多个纳米线/mCNT以及外部负载。
[0043]图9是示出天线末端样本距离与在末端生成的整流之后的电流之间的关系的点营夂图(point dispers1n graph)。
[0044]图10是末端半径对整流比的影响的图。
【具体实施方式】
[0045]现在将详细地参照附图中所示的本发明的几个实施例。只要可能，在附图和说明书中使用相同或类似的数字来指示相同或类似的部分或步骤。附图具有简化的形式，而不是按照精确的比例。仅出于方便和清楚的目的，可以关于附图使用诸如顶部、底部、上、下、之上、以上以及以下等方向术语。这些术语和类似的方向术语不应当被理解为以任何方式限制本发明的范围。词语“连接”、“耦接”、以及采用其变形语素的类似术语不必然指示直接的和紧邻的连接，而是还可以包括通过中间元件或装置的连接。
[0046]首先转向图1A和图1B，其中示出了能够支持本发明的天线。在本发明中，单个元件用作接收天线和整流装置两者，该整流装置已经被证明具有到电磁频谱的可见光部分中的一部分的响应时间。在图1A中，该点接触状装置由平面衬底上的纳米线/mCNT构成(参见图6和图8)。本发明使用由这些点接触状装置组成的尺寸与波长相关的垂直阵列。在所提出的点接触装置中，纳米线或mCNT利用集电极形成MVM或MIM结势皇(junct1nbarrier) 0通过隧穿效应发生穿过势皇的电荷输运。在图1B中，整流天线是具有整流隧道结的锐利边缘贴片天线。
[0047]关于图1A和图1B，整流天线装置140具有多个纳米线/mCNT 190。外部负载196连接到整流天线140以便使用和/或存储整流之后的DC电流。
[0048]随着来自入射辐射180的光子到达纳米线/mCNT 190，纳米线/mCNT 190吸收光子。在红外和光学区域中，点接触纳米线/mCNT 190的长度比入射辐射180大几个波长(大约大1-10个波长的数量级)，当纳米线/mCNT 190等于适当的长度(诸如入射辐射的波长的1/4)时，纳米线/mCNT 190将用作有效的天线。
[0049]二极管天线长度、电导率、光学反射率以及负载阻抗的适当选择可以用来改进高频二极管的接收性质，并且可以用来优化功率吸收，从而优化电流发射的强度，或对应地优化整流天线140中的输出功率。
[0050]由纳米线/mCNT 190吸收的能量使电荷载流子移动到纳米线/mCNT 190的锐利边缘，并且此电荷在纳米线/mCNT 190中产生AC电压。点接触结188的几何非对称性引起对通过隧道结的AC电流的整流。当对电流进行整流之后，集电极198的透明导电层收集整流之后的DC电流。DC电流从集电极198耦接至外部负载196，以使用和/或存储可使用的能量。以这样的方式，金属纳米线/mCNT 190用作接收天线以吸收福射，从而在纳米线/mCNT190生成交流电压，该交流电压然后在点接触结188中被整流以产生DC电压。
[0051]图2A是本发明的方法的流程图，其中EM辐射入射在天线上。
[0052]方法流程从步骤200开始，在步骤200中发起可见辐射的整流。方法流程从步骤200前进至步骤202，在步骤202中入射辐射被导向整流天线。整流天线由接收天线(例如，由其三个主要维度表征的贴片天线)组成，所述接收天线的一个边缘以末端或锐利边缘结构终止，所述末端或锐利边缘结构为用于由天线所收集的辐射的几何上非对称的金属真空/金属结(具有缝隙距离s)的一部分。
[0053]在步骤S204中，选择适当的实施方式(具体形式)，诸如具有锐利边缘涂层(诸如金刚石、BN、GaN、AlN、AlGaN以及Cs)的整流天线，贴片天线或触须型天线。所述涂层减少了正向隧穿势皇的大小，从而允许增强的电子发射。除了由触须型天线所使用的纳米线几何结构之外，其它实施例使用贴片天线，该贴片天线在IR及更高的频率中工作，并且可以具有扩展的实心和空心几何结构(例如，正方形、矩形、任何η边形结构或其它结构)。这些整流天线装置提供了更健壮的稳定性。
[0054]此外，贴片天线导致增强的可操作天线性质和输出。在爱达荷国家实验室中，在柔性衬底上制备了这样的由黄金制成的天线阵列。近来，通过使用原子层沉积(ALD)克服了生产纳米缝隙结阵列的技术难点。使用传统的光刻技术，随后通过ALD产生约lnm的隧道结，来在硅晶片上生产铜-真空-铜隧道结的平面阵列(参见R.Gupta和B.G.Willis,Appl.Phys.Lett.90，253102 (2007))。
[0055]方法流程从步骤S204前进至步骤206，在步骤206中，在前进至步骤208的查询之前确定天线。
[0056]在步骤S208中，所述流程关于辐射频谱是否窄进行查询。如果对查询的回答为“是”，则方法流程前进至步骤212，在步骤212中，将几何参数与谐振匹配以确定峰值波长。方法流程从步骤212前进至步骤S214。但是，如果在步骤208中对查询的回答为“否”，则流程前进至步骤210，在步骤210中，在流程前进至步骤214之前，几何参数是基于能量吸收和能量密度的。
[0057]在步骤214中，缝隙足够小以对入射辐射所呈现的频谱中的最高频率进行响应。缝隙距离被设计为使得隧穿时间足以让电子在场反向之前穿越势皇。纳米线/mCNT 190和其它锐利边缘的几何结构装置具有固有的快速响应时间(达到飞秒)。整流天线装置使用由这些整流天线组成的尺寸与波长相关的阵列。在整流天线装置中，纳米线/mCNT 190或其它实施例利用集电极形成点接触或锐利边缘的MVM或Μ頂结势皇。通过隧穿效应电荷穿过势皇。通过使用这些面积减小的点接触纳米线/mCNT或锐利边缘装置，可以克服由于寄生电容效应所引起的传统平面Μ頂二极管的受限频率响应的问题。
[0058]方法流程从步骤214前进至步骤216，在步骤216中，沿天线的长度感应出AC电流。所述流程然后沿路径A前进，在步骤218再次进入方法流程，如图2B中所示。
[0059]转向图2B，示出了图2A的流程图的继续，在图2B中路径A前进至步骤218。在步骤218，AC电流在几何上非对称的隧道结的顶部或边缘产生震荡电荷，在步骤220，由于末端或边缘的紧缩几何结构，震荡电荷引起增强的场。在步骤222，隧道结中的震荡电荷感应出横跨缝隙的AC电压。
[0060]方法流程从步骤222前进至步骤224的查询，该查询询问所感应出的场是否足够大以用于场发射。如果对查询的回答为“否”，则在沿路径B移动以便如图2A所示在步骤204再次进入方法流程之前，在步骤226改变实施方式。但是，如果在步骤224对查询的回答为“是”，则流程前进至步骤228，在步骤228中，由于几何非对称性，关于正向偏置的势皇与关于反向偏置的势皇之间存在差别，该差别导致了整流。
[0061]在根据偏置是正向的还是反向的而从步骤230前进至步骤232或步骤234之前，方法流程在步骤230采用“偏置参考”。可以通过参看图2C、2B以及2D (在下文中将进一步讨论)来查看步骤230中的偏置参考。
[0062]在步骤232中，正向偏置导致在相对于对应电极的末端或边缘突出处的电场增强，该电场增强导致与均匀场情况相比的凹势皇。在步骤234中，反向偏置导致在末端处的几何上要求的场降低，该场降低进一步导致与均匀场情况相比的凸势皇。
[0063]平面几何结构的整流比(rectificat1n rat1)为1。在步骤232中正向偏置导致凹势皇，而在步骤234中势皇是凸的，这导致正向和反向隧穿电流的非对称性，因此整流比大于1。当然，可以通过温度或材料非对称性以及其它几何因子来增强整流处理。
[0064]方法流程从步骤232和步骤234前进至步骤236，在步骤236中正向电流超过反向电流，从而使净DC电流和功率被传送到外部电路。方法流程然后在步骤238终止。
[0065]纳米线/mCNT点接触二极管140中的整流由二极管结构的几何非对称性以及异种材料的使用引起。在图2C和图2D中示出了此几何非对称性，其中，对于所施加的电偏置，在正向和反向方向上的电流不相等(即使对于相同金属)，因为几何上感应的非对称隧穿势皇导致了非对称的正向和反向隧穿电流。如在图2C和图2D中所示，对于正向偏置，在边缘34和基部30之间，凹势皇32与反向偏置的凸势皇36不对称。通过提供边缘34和基部30的材料非对称性，以及通过改变结的其它物理参数(诸如边缘半径和边缘-基部(阳极)间隔)，可以进一步增强此整流。通过测量STM的1-V特性可以实验上确认以上结果，STM只是对结中的真空间隔进行原子尺度控制的点接触二极管。
[0066]图2E示出了点接触结，所述点接触结具有位于纳米线/mCNT 40 (具有锐利边