一种基于p-n结的近场辐射热流调制器制造技术

本发明专利技术涉及热流调制器件技术领域，尤其涉及一种基于p

【技术实现步骤摘要】
一种基于p
‑
n结的近场辐射热流调制器


[0001]本专利技术涉及热流调制器件
，尤其涉及一种基于p
‑
n结的近场辐射热流调制器。

技术介绍

[0002]当物体间距小于热辐射的特征波长，达到微纳米量级时，由于倏逝波的光子隧穿，使得辐射换热超越黑体辐射极限，此即近场辐射换热，近场辐射换热可比远场辐射增强数个量级。因此，准确调控近场换热在热回路、热利用与回收、制冷、微纳尺度热成像等方面具有重要应用前景。
[0003]利用电压控制近场换热(即电控近场换热)是一种实用性强且灵活的热流调制方式。目前已公开的电控近场换热机制主要有：通过外加电压调节铁电材料光学特性、电致变色材料特性、光子化学势、石墨烯化学势、石墨烯漂移电流等。这些方式通常不能建立起连续、准确的热流
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电压关系，且调节范围较小。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种能够建立连续的热流
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电压关系，且调节范围大的近场辐射热流调制器。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于p
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n结的近场辐射热流调制器，包括：依次设置的第一金属层(2)、p型半导体层(4)、n型半导体层(7)和第二金属层(9)；
[0006]其中，所述p型半导体层(4)和所述n型半导体层(7)之间存在微纳米量级的真空间隙(6)，用于实现辐射换热；所述第一金属层(2)连接直流电源的正极，所述第二金属层(9)连接直流电源的负极，构成电极对，用于对所述p型半导体层(4)和所述n型半导体层(7)施加统一的电场。
[0007]可选地，所述第一金属层(2)与所述p型半导体层(4)之间设有第一绝缘体(3)，所述n型半导体层(7)与所述第二金属层(9)之间设有第二绝缘体(8)。
[0008]可选地，所述的近场辐射热流调制器还包括：第一基底(1)和第二基底(10)，分设在所述第一金属层(2)和所述第二金属层(9)的外侧。
[0009]可选地，所述的近场辐射热流调制器还包括：间隔物(5)，设置在所述p型半导体层(4)和所述n型半导体层(7)之间，用于形成真空间隙(6)。
[0010]可选地，所述真空间隙(6)的厚度范围为10～500nm。
[0011]可选地，所述p型半导体层(4)和所述n型半导体层(7)的厚度相等。
[0012]可选地，所述p型半导体层(4)的材质为p
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Si，所述n型半导体层(7)的材质为ITO。
[0013]可选地，所述p型半导体层(4)的材质为p
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Si，所述n型半导体层(7)的材质为n
‑
Si。
[0014]可选地，所述第一绝缘体(3)和所述第二绝缘体(8)的材质为Si3N4。
[0015]可选地，所述第一金属层(2)的横截面积大于所述p型半导体层(4)的横截面积，所述第二金属层(9)的横截面积大于所述n型半导体层(7)的横截面积。
[0016]本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供了一种基于p
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n结的近场辐射热流调制器，该近场辐射热流调制器包括载流子电性相反的p型半导体层和n型半导体层，二者之间形成微纳米量级的真空间隙，用于辐射换热，外侧分设金属层构成的电极对，在外加的统一电场中，p型半导体层和n型半导体层中的空穴和电子同时向中间的真空间隙处聚集，通过改变载流子分布，进而实现调节近场辐射热流，本专利技术提供的近场辐射热流调制器能够实现建立连续的热流
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电压关系，调节范围大，且易于实现。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例中一种近场辐射热流调制器结构示意图；
[0018]图2是本专利技术一实施例中选择不同绝缘材料时近场辐射热流随直流电源电压V
C
的变化曲线；
[0019]图3是本专利技术一实施例中选择不同半导体厚度时近场辐射热流随直流电源电压V
C
的变化曲线；
[0020]图4是本专利技术一实施例中选择不同绝缘体厚度时近场辐射热流随直流电源电压V
C
的变化曲线；
[0021]图5是本专利技术一实施例中选择不同掺杂浓度的半导体时近场辐射热流随直流电源电压V
C
的变化曲线；
[0022]图6是本专利技术一实施例中选择不同真空间隙时近场辐射热流随直流电源电压V
C
的变化曲线；
[0023]图7是本专利技术另一实施例中选择不同半导体厚度时近场辐射热流随直流电源电压V
C
的变化曲线；
[0024]图8是本专利技术一实施例中选择不同材质半导体时近场辐射热流随直流电源电压V
C
的变化曲线。
[0025]图中：1：第一基底；2：第一金属层；3：第一绝缘体；4：p型半导体层；5：间隔物；6：真空间隙；7：n型半导体层；8：第二绝缘体；9：第二金属层；10：第二基底。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]如前所述，目前已公开的电控近场换热机制主要有：通过外加电压调节铁电材料光学特性、电致变色材料特性、光子化学势、石墨烯化学势、石墨烯漂移电流等。这些方式通常不能建立起连续、准确的热流
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电压关系，且调节范围较小。有鉴于此，为提供一种性能更优且易于实现的热流调制器，本专利技术提出将载流子电性相反的p型半导体和n型半导体配合使用，设计出一种简单易行的、类似电学p
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n结型结构的近场辐射热流调整器，以优化近场辐射热流调节效果。
[0028]如图1所示，本专利技术实施例提供的一种基于p
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n结的近场辐射热流调制器，从上到下(以图1所示的方位为准)包括：依次设置的第一金属层2、p型半导体层4、n型半导体层7和
第二金属层9；其中，p型半导体层4和n型半导体层7构成半导体对，二者之间存在有微纳米量级的真空间隙6，用于实现辐射换热；第一金属层2连接直流电源的正极，第二金属层9连接直流电源的负极，第一金属层2和第二金属层9构成电极对，用于对p型半导体层4和n型半导体层7施加统一的电场。设计时，第一金属层2、p型半导体层4、n型半导体层7和第二金属层9之间的理想状态是相互平行。上述“微纳米量级”是一个概括性的表述，其含义为：小于热辐射特征波长，以实现近场辐射换热，该特征波长300K时为9.7μm。p型半导体层4与n型半导体层7之间形成微纳米量级的真空间隙6后，即可分别用作热流的发射器与接收器(或接收器与发射器)进行近场辐射换热。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于p
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n结的近场辐射热流调制器，其特征在于，包括：依次设置的第一金属层(2)、p型半导体层(4)、n型半导体层(7)和第二金属层(9)；其中，所述p型半导体层(4)和所述n型半导体层(7)之间存在微纳米量级的真空间隙(6)，用于实现辐射换热；所述第一金属层(2)连接直流电源的正极，所述第二金属层(9)连接直流电源的负极，构成电极对，用于对所述p型半导体层(4)和所述n型半导体层(7)施加统一的电场。2.根据权利要求1所述的近场辐射热流调制器，其特征在于：所述第一金属层(2)与所述p型半导体层(4)之间设有第一绝缘体(3)，所述n型半导体层(7)与所述第二金属层(9)之间设有第二绝缘体(8)。3.根据权利要求1所述的近场辐射热流调制器，其特征在于，还包括：第一基底(1)和第二基底(10)，分设在所述第一金属层(2)和所述第二金属层(9)的外侧。4.根据权利要求1所述的近场辐射热流调制器，其特征在于，还包括：间隔物(5)，设置在所述p型半导体层(4)和所述n型半导体层(7)之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军明，徐德宇，裘俊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：