光电装置及其制作方法制造方法及图纸

本文公开了一种光电装置。装置包括一个或多个经修饰光催化单元和半导体表面。经修饰光催化单元连接到半导体表面，使得在光催化单元吸收光时，生成足量的电场以诱导在半导体内的电荷载流子运动。在一些实施例中，多个光催化单元以定向方式连接到半导体表面。该光电装置能够在干燥环境中操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
和背景本专利技术涉及光电装置，更具体的说涉及具有光催化单元的光电装置。绿色植物、蓝细菌和光合作用细菌能通过包藏在它们的细胞膜中的反应中心(reaction center)来捕捉和利用太阳光。在产氧植物和蓝细 菌中，光子捕捉和光能向化学能的转化发生在称为类嚢体的特化膜 中。类嚢体在高等植物中位于叶绿体中，在蓝细菌中则由细胞质膜的 折叠所构成。在类嚢体由堆积的膜盘(称为基粒)和一夂堆积的膜盘(称为 基质)所组成。类嚢体膜含有两种关键的光合作用成分即光合系统I和光合系统n,分别标示为psi和psii。光合作用要求psii和psi依次工作，用水作为电子来源和用C02作为终末电子受体。ps i是跨膜多亚单位蛋白质-叶绿素复合物，能介导从质体蓝素或细胞色素C553向铁氧化还原蛋白的矢量光诱导电子转移。纳米大小的尺寸、大约58 %的能量产率和几乎等于1的量子效率使得这个反应中心成为有希望的元件，用于分子纳米电子学的应用中。纟田长聚球藻(Synechococus elongatus)和植物叶绿体的PS I的晶体 结构已被解析。在蓝细菌中，该复合物由12个多肽组成， 一些多肽 结合96个捕光叶绿素和22个类胡罗卜素色素分子。PSI中的电子传 递链含有特殊的一对叶绿素(P700)，这对叶绿素在1皮秒(ps)时间的光 激发后将电子转移到单聚叶绿素a (Chl),经过两个中间叶绿醌(PQ)和 三个铁硫中心(FeS),最终受体还原到0.2 |a 。已尝试将植物PS I和细菌反应中心连接到金属表面，在以下文献 中有描述Lee,I., Stubna，A. & Greenbaum，E, "Measurement of electrostatic potentials above single photosynthetic reaction center (单一光合作用反应中心的静电势的测量)，"J. Phys. Chem, B 104, 2439-2443 (2000); Das，R. et al.， "Integration of photosynthetic protein molecular complexes in solid-state electronic devices (光合4乍用蛋白质分子复合4勿 向固态电子装置中的结合),"NanoLetters4， 1079-1083 (2004); Frolov, et al., "Fabrication of Photo-Electronic Device by Direct Chemical Binding of the Photosynthetic Reaction Center Protein to Metal Surfaces (通过将光合作用反应中心蛋白直接化学结合到金属表面制作光电装 置)"，Adv. Mater. 17， 2434-2437 (2005);美国专利第60/654,502号和国 际专利申请IL2006/000241 。
技术实现思路
本专利技术的专利技术者成功组合了生物蛋白，特別是在固体电子学中的 光活化光合蛋白。本专利技术者发现此类组合能够用作许多应用的半导体 调制器，包括但不限于光电选通(photo-gating)、光传感、纳米电子 存储器系统、通信和光子能量转换。根据本专利技术的一个方面，提供了一种光电装置。装置包括至少一 个经修饰光催化单元和半导体表面，其中，该至少一个经修饰光催化 单元连接到半导体表面，使得在光催化单元吸收光时，生成足量的电 磁场以诱导在半导体表面内的电荷载流子运动。在本专利技术的一些实施 例中，光电装置可在干燥环境中操作。根据本专利技术的另一方面，提供了一种场效应晶体管装置。装置包 括半导体源极层、半导体漏极层、半导体沟道层及至少一层经修饰光催化单元，该经修饰光催化单元淀积在半导体沟道层的表面上，其方 式使得在至少一个光催化单元吸收光时，生成足量的电场以诱导在源 极与漏极之间通过沟道的电荷载流子运动。根据所述实施方案的还进一步特征，经修饰光催化单元包含至少 一个具有光合生物的光催化单元的多肽的氨基酸序列的经修饰多肽。根据所述实施方案的还进一步特征，经修饰光催化单元间接连接 到半导体表面。根据所述实施方案的还进一步特征，间接连接是通过单层的接头 分子来进行。根据所述实施方案的还进一步特征，单层的接头分子化学吸附在 半导体表面上。根据所述实施方案的还进一步特征，光合生物是绿色植物。 根据所述实施方案的还进一步特征，光合生物是蓝细菌。 根据所述实施方案的还进一步特征，光催化单元是PS I。 根据所述实施方案的还进一步特征，光催化单元是集胞藻(Synechosystis sp.) PCC 6803光催化单元。才艮据所述实施方案的还进一步特征，光催化单元的多肽的氨基酸 序列包含至少一个置换突变。根据所述实施方案的还进一步特征，置换突变是在光催化单元的 月莫夕卜J不(extra-membrane loop)上。根据所述实施方案的还进一步特征，多肽的氨基酸序列是psaB。根据所述实施方案的还进一步特征，多肽的氨基酸序列是psaC。才艮据所述实施方案的还进一步特征，Psa B在至少一个由坐标 D235C/Y634C界定的位置中包含置换突变。才艮据所述实施方案的还进一步特征，Psa C在至少一个由坐标 W31C界定的位置中包含置换突变。根据所述实施方案的还进一步特征，该至少一个置换突变是半胱 氨酸。才艮据所述实施方案的还进一步特征，表面由n型半导体制成。 根据所述实施方案的还进一步特征，表面由p型半导体制成。 根据所述实施方案的还进一步特征，表面由i型半导体制成。 根据所述实施方案的还进一步特征，表面是透明的。 根据所述实施方案的还进一步特征，表面包含GaAs。 根据所述实施方案的还进一步特征，表面包含GaN。 根据所述实施方案的还进一步特征，表面包含AlGaN。根据所述实施方案的还进一步特征，表面包含至少一种选自Si、Ge、 SiGe、 AlGaAs、 InGaAs、 InGaP、 AlInP和GalnAsP的材料。才艮据所述实施方案的还进一步特征，经分离多肽是单聚体形式或 三聚体形式。根据所述实施方案的还进一步特征，有多个经修饰光催化单元以 相对于表面基本上同样的方向定向。根据所述实施方案的还进一步特征，经修饰光催化单元以相对于 表面基本上同样的方向层状布置。根据所述实施方案的还进一步特征，多个光催化单元每一个之间 的距离在15-25 nm。根据所述实施例中还有的其它特性，该装置用作光电二极管中的 元件。根据所述实施例中还有的其它特性，该装置用作光电晶体管中的 元件。根据所述实施例中还有的其它特性，该装置用作逻辑门中的元件。 根据所述实施例中还有的其它特性，该装置用作场效应晶体管中 的光电门。根据所述实施例中还有的其它特性，该装置用作光耦合器中的元件。根据所述实施例中还有的其它特性，该装置用作光电探测管中的 元件。根据所述实施例中还有的其它特性，该装置用作光学开关中的元件。根据所述实施例中还有的其它特性，该装置用作图像传感器中的 元件。根据本专利技术的另外方面，提供了 一种适用于制造光电装置的方法。 方法包括将至少一个经修饰光催化单元连接到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电装置，包括至少一个经修饰光催化单元和半导体材料表面，其中所述至少一个经修饰光催化单元连接到所述半导体表面，使得在所述光催化单元吸收光时，生成足量的电场以诱导所述半导体材料内的电荷载流子运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C卡梅利，Y罗森瓦克斯，I卡梅利，L弗罗洛夫，
申请(专利权)人：特拉维夫大学拉莫特有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]