基于结构超滑的肖特基微发电机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于结构超滑的肖特基微发电机，包括导电层、半导体层和第一金属电极层，所述导电层和所述半导体层之间形成超滑接触和肖特基接触，所述第一金属电极层与所述半导体层形成欧姆接触，所述导体层与所述半导体层相对运动并输出电信号。利用结构超滑的技术，设置第一金属电极层将半导体层中的非平衡载流子导出，在导电层和半导体层之间发生相对滑动时，能够产生非平衡载流子的移动，达到输出稳定和高密度的直流电信号的效果，使得导电层和半导体层在相对滑动时具有极低摩擦和无磨损的状态，能够实现稳定和高密度的输出，有效地解决了传统的肖特基微发电机的磨损、使用寿命以及输出密度之间的矛盾。使用寿命以及输出密度之间的矛盾。使用寿命以及输出密度之间的矛盾。

【技术实现步骤摘要】
基于结构超滑的肖特基微发电机


[0001]本技术涉及微弱能源俘获和微型器件供电的
，具体涉及一种基于结构超滑的肖特基微发电机。

技术介绍

[0002]摩擦与磨损是自然界中两个耦合的基本物理现象，摩擦和磨损的现象造成了巨大的能源浪费和环境污染，并且使得大量人类梦寐以求的关键技术难以实现，对人类生存和发展产生着持续重大的影响。结构超滑指的是两个相互接触的固体表面在滑动过程中，保持几乎为零的摩擦力和零磨损的状态。
[0003]电能是人类生活中不可或缺的二次能源，纳米发电机是一种能够在极其微弱的外界激励下，将激励能量转化为电能的器件，同时其具有结构尺寸小，适用范围广泛等特点，自从提出以来在自供电的传感器、物联网、传感器网络、大数据、个人医疗系统、人工智能等领域具有非常广泛的应用前景，尤其是能够为应用在上述领域的微纳器件提供稳定的电力，实现自供能，例如血管机器人、心脏起搏器等。其中肖特基微发电机相比于传统的静电感应型纳米发电机具有结构简单、直流输出和内部阻抗低等优势，其具有极其广泛的应用前景。但是，肖特基微发电机需要导电层和半导体层之间产生相对滑动，而滑动过程中的摩擦和磨损将导致器件失效，虽然减小有效接触面积可以一定程度上降低摩擦磨损的影响，但这将导致输出密度的降低。
[0004]公开号为CN110752784A的中国专利申请中公开了一种表面态增强的高电流密度动态肖特基发电机及其制备方法，该发电机自上而下依次为金属电极、半导体衬底、表面粗糙层和金属，金属与半导体衬底为肖特基接触，且表面粗糙层是对半导体衬底一侧抛光面采用粗糙处理所形成的具有粗糙形貌的表面层，金属直接压在表面粗糙层上，二者接触并可相对移动，形成表面态增强的高电流密度动态肖特基发电机。其通过增大摩擦力的方式，增大其电流，但是由于摩擦力增大会导致器件的寿命较短。
[0005]传统的肖特基微发电机均采用增大摩擦力的方式实现电流的增大，但是由于增大摩擦力会加快器件的损坏，或者，为了避免更多的磨损而减小了有效的接触面积而影响输出密度，二者之间存在较大的矛盾，但是现有技术中的肖特基微发电机难以调节该矛盾。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供一种基于结构超滑的肖特基微发电机，以解决现有技术中的肖特基微发电机的摩擦和磨损与接触面较小会导致电流密度降低之间存在矛盾的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种基于结构超滑的肖特基微发电机，基于结构超滑的肖特基微发电机，包括导电层和半导体层，还包括设于所述半导体层一侧的第一金属电极层，所述导电层和所述半导体层之间形成超滑接触和肖特基接触，所述第一金属电极层与所述半导体层形成欧姆接触，所述导电层与所述半导体层相对
运动并输出电信号。
[0008]进一步地，所述导电层或所述半导体层的任一个包括一个单晶的二维界面，另一所述导电层或所述半导体层包括一个单晶的二维界面，或者为具有原子级平整表面的导电层或半导体层，优选的，所述单晶的二维界面是原子级平整表面。
[0009]进一步地，所述导电层包括一个单晶的二维界面，所述半导体层为具有原子级平整表面半导体层。
[0010]进一步地，所述导电层包括石墨或石墨烯；或者，所述导电层为具有原子级平整表面的金属材料。
[0011]进一步地，所述半导体层为具有单晶二维界面的半导体材料，采用二硫化钼、二硒化钨、二硫化钨或者黑磷；或者，所述半导体层为具有原子级平整表面的半导体材料，采用硅、砷化镓、铟镓砷、氧化锌、锗、氮化镓或者磷化铟中的任一种。
[0012]进一步地，在所述导电层上还设有第二金属电极层，所述第二金属电极层与所述导电层电连接。
[0013]进一步地，所述的第一金属电极层和所述第二金属电极层均可以为金、银、铜、铁、锡、铂、汞、铝、锌、钛、钨、铅、镍中的一种或多种的合金。
[0014]本技术提供的基于结构超滑的肖特基微发电机的有益效果在于：
[0015]1、利用结构超滑技术，使得导电层和半导体层在相对滑动时具有极低摩擦和无磨损的状态，在导电层和半导体层之间发生相对滑动时，导致动态肖特基节产生非平衡载流子的移动，输出稳定和高密度的直流电信号。由于导电层和半导体层超滑接触，界面间的范德华相互作用面将具有接近100％的有效接触面积，从而能够实现稳定和高密度的输出；同时由于结构超滑极低摩擦和无磨损的特性，还能实现几乎无限的寿命；由于摩擦力较小，因此能量的损耗较小，导致其所需外力极低，可以应用在极其微弱的环境下，具有趋近于100％的转换效率，有效地解决了传统的肖特基微发电机的磨损、使用寿命以及输出密度之间的矛盾，革命性的改变了传统的肖特基微发电机的技术。
[0016]2、通过在半导体层的底部设置第一金属电极层，从而将半导体层中的非平衡载流子导出至第一金属电极层，导致在导电层和半导体层之间发生相对滑动时，能够产生非平衡载流子的移动，达到输出稳定和高密度的直流电信号的效果。在导电层的顶部设置第二金属电极层，既可以增强导电层的导电效果，还可以扩大导电层的厚度，增强其可转移性，还可以对导电层进行保护。超滑状态下具有自清扫作用，即滑动过程中可以将位于导电层或半导体层上的杂质分子或杂志原子排除，此能够保证接触的稳定性和避免了表面的氧化作用，能够保证导电层和半导体层之间始终保持超滑接触，使用寿命更长。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本技术实施例提供的基于结构超滑技术的肖特基微发电机的结构示意图；
[0019]图2为本技术实施例提供的基于结构超滑技术的肖特基微发电机的俯视结构示意图；
[0020]图3为本技术传统的肖特基微发电机的结构示意图；
[0021]图4为本技术实施例提供的基于结构超滑技术的肖特基微发电机和传统的肖特基微发电机的电流输出对比图；
[0022]图5为传统的肖特基微发电机的工作过程的表面氧化表征图；
[0023]图6为传统的肖特基微发电机的工作后的形貌表征图；
[0024]图7为本技术实施例提供的基于结构超滑技术的肖特基微发电机的形貌表征图；
[0025]图8为本技术实施例提供的基于结构超滑技术的肖特基微发电机的自清洁效果图。
[0026]附图标记说明：
[0027]1、导电层；2、半导体层；3、第二金属电极层；4、第一金属电极层；5、位移平台。
具体实施方式
[0028]下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于结构超滑的肖特基微发电机，包括导电层和半导体层，其特征在于：还包括设于所述半导体层一侧的第一金属电极层，所述导电层和所述半导体层之间形成超滑接触和肖特基接触，所述第一金属电极层与所述半导体层形成欧姆接触，所述导电层与所述半导体层相对运动并输出电信号。2.如权利要求1所述的基于结构超滑的肖特基微发电机，其特征在于：所述导电层或所述半导体层的任一个包括一个单晶的二维界面，另一所述导电层或所述半导体层包括一个单晶的二维界面，或者为具有原子级平整表面的导电层或半导体层。3.如权利要求2所述的基于结构超滑的肖特基微发电机，其特征在于：所述单晶的二维界面是原子级平整表面。4.如权利要求2所述的基于结构超滑的肖特基微发电机，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑泉水，黄轩宇，向小健，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：新型
国别省市：