用于使用预平衡弹道电荷载流子折射的系统和方法技术方案

一种使用预平衡弹道电荷载流子折射的方法和系统包括制造一个或多个固态电发生器。该固态电发生器包括化学激励的固态电发生器和热离子固态电发生器中的一个或多个。在固态结中使用具有第一电荷载流子有效质量的第一材料。在该固态结中使用具有大于第一电荷载流子有效质量的第二电荷载流子有效质量的第二材料。第二有效质量与第一有效质量之间的电荷载流子有效质量比率大于等于２。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的领域总体上涉及能量转换系统，更具体地，涉及一种用于使 用预平衡弹道电荷载流子折射的方法和系统。
技术介绍
近来已经以若干新颖的方法和手私艮示了^^吏用固态结来将弹道电荷载流子运动直接转换为电。如图l-A中的横截面所示，在每种情况下，使 用光电激励材料或使用与热梯度相结合的热量而通过激励剂12A(例如利 用或不利用导电催化剂的化学反应)在导电表面10A上或在导电表面10A 附近对电荷载流子(最常见的是电子)进行激励。在每种情况下，电荷载 流子从导体10A弹道运动到半导体或电介质11A中。导体10A薄得以至 于电子以弹道方式有效地行进通过导体IOA，而不损失能量或与另一电子 或原子碰撞。结果是获得跨正端子17A和负端子16A的电压14A。在图 l-A中，电介质结15A是被特殊地选择用于创建电势电压势垒的半导体 结，其旨在阻碍电子弹道运动，如图l-B中的llB所示。图1-B示出了装 置中的电势，其为沿着装置的距离的函数。如图2-A所示，在导体表面 22A处的电子21A具有大于电势电压势垒的最高点的能量。这些电子21A 穿过电压势垒，并且在它们驻留到半导体导带25A之前将能量损失为热 量24A,半导体导带25A分离导体-电介质结两端的电荷。逆着电势电压 势垒行进的电子将一些弹道电子动能转换为电势能27A。其余的弹道电子 动能变成热量24A。所产生的电压27A是一侧28A上的导体的费米能级 与另一侧26A上的电介质导体电极的费米能级之间的差。当电荷分离时， 产生电压V (伏特)。在现有技术中，当在薄的导体表面上吸收含能量的化学物时，与图 l-A、 l-B和2-A所表示的情;W目类似地，在传感器中检测到具有大于约 0.5eV的电压势垒的能量的电子。然而，能量分布按指数规律下降超过 ~0.1eV，从而呈现出对于能量转换和能量生成而言无益的结果。此外，在 这些传感器中，量级为lm一e的金属导体10A的有效电子质量远大于量级为1/3m一e的半导体llA (典型地为硅)中的有效电子质量。这导致了大 部分生i:的电子被反射离开半导体/金属界面15A并因此未被收集到。尚 未公开或者详述电子有效质量的作用的关联性或效用。该方案还需要对二 极管进行低温冷却以减少热噪声。该方案的效率低，以至于只能以短路模 式测量电流。该系统只能用作化学传感器，并且该系统不是有用的电发生 器。在现有系统中，在导电催化剂表面上或在导电催化剂表面附近的締合 反应对高度振动激励的分子进行激励和起动(initialized)。振动激励的分子 的能量被传^导体中的电子。电子能量明显超过1.2伏特的势垒IIB。 当使用宽带隙氧化物半导体Ti02时，在充分超过水的沸点的温度(直到 473开尔文)处观测到有用的短路电流。在室温和几乎零温度梯度的^Hf 下观测到有用的开路正向电压。该正向电压与使用相同的氧化物半导体在 光电激励的系统中所观测到的正向电压相类似。非常有利的是:使用导致可预测的高输出电压和高输出电流的制造方 法，能够选择除了 Ti02之外的材料，在升高的温度下操作这种转换器， 以及使用热梯度在这种类型的装置中生成电流。固态热离子的场使用热梯度来激励电荷载流子，并使用半导体带隙工 程来提供跨半导体结的电压势垒。在这种装置中，电荷载流子必须弹道行 进穿过电介质IIA。在材料10A中无需电荷载流子弹道行进。此外，确 认电荷载流子在所有从材料10A朝向电介质11A的方向上行进。在弹道 传送期间载流子有效质量逐步增加的效应尚未被用于增强转换效率和降 低制造成本。所有已知的相关的转换器的构思遭受了与所使用的结材料的未指定 的且因此不受控的相对电荷载流子有效质量直接相关的低效率。该领域未 主张也未声称要求调整或控制载流子有效质量以增强能量转换效率的任 何方法或知i只。
技术实现思路
公开了使用预平衡弹道电荷载流子折射的方法和系统。根据一个实施 例， 一种装置包括一个或多个固态电发生器。该固态电发生器包括来自 包括化学激励的固态电发生器和热离子固态电发生器的组中的一个或多 个。在固态电发生器的固态结中使用具有第一电荷载流子有效质量的第一材料。具有大于第一电荷载流子有效质量的第二电荷载流子有效质量的第 二材料形成该固态结。第二有效质量除以第 一有效质量的电荷载流子有效质量比率大于等于2。现在将参照附图更具体地描述(并在权利要求中指出)包括元件的实 现和组合的各种新颖的细节的上述的和其它的优选特征。应当理解，仅通 过示意方式来示出在此描述的特定方法和系统，而不^1作为限定。本领域 的技术人员应当理解，在不背离此处的教导的范围的情况下，可以在各种 的诸多实施例中使用在此描述的原理和特征。附图说明被包括作为本说明书的一部分的附图示出了目前优选的实施例，并且 连同上面给出的一般描述和下面给出的对优选实施例的详细描述一起用 于对本教导的原理进fr说明和教导。图l-A示出了现有技术的固态电发生器。图l-B示出了电势与距离的关系的现有技术图示，并指示了固态结中 的电压势垒的效果。图l-C示出了在具有肖特基(Schottky)势垒的示例性固态电发生器 中的电势与距离的关系图。图l-D示出了在具有pn结势垒的示例性固态电发生器中的电势与距 离的关系图。图l-E示出了在具有导体-电介质-导体纳米电容器势垒的示例性固态 电发生器中的电势与距离的关系图。图2A示出了电势与距离的关系的现有技术图示，并指示了能量转换 过程中的热量的效果。图2-B示出了示例性固态电发生器中的电势与距离的关系图，其中电 子经历能量到热量的损耗。图2-C示出了固态电发生器中的电势与距离的关系图，其中热量对电 子进行重新激励以跨结而泄漏回来。图2-D示出了在具有热沉的示例性固态电发生器中的电势与距离的关 系图。图3-A示出了在其中预平衡弹道电荷栽流子从低电荷栽流子有效质量 的区域移动到高电荷载流子有效质量的区域的区域中的电势与距离的关系 示例图。图3-B示出了折射到跨结行程的会聚角中的单个预平衡弹道电荷载流 子的示例性图示。图3-C示出了折射到行程的会聚角中的多个预平衡弹道电荷载流子的 示例性图示。图3-D示出了朝向结折射回的多个电荷载流子的示例性图示。图4示出了使用利用预平衡弹道折射和热量排出的二极管预平衡能量 转换器的示例性固态电发生器。图5示出了根据本专利技术的一个实施例的示例性固态串联化学激励的预 平衡电发生器。图6示出了使用利用弹道折射的预平衡能量转换器的示例性的电堆叠 和热堆叠的热梯度转换器。图7示出了附接有预平衡弹道折射转换器的柱状结构的示例性横截面图。图8示出了包括多种形式(例如弹道折射转换器装置所附于的铍褶、 通道、洞和孔)的概括的柱状结构的示例性横截面图。图9示出了显示预平衡弹道折射转换器装置所附于的从最冷(结构内 部)到最热(结构外部)的>^应物和冷冻剂的流的示例性横截面图。图10-A示出了显示在支撑衬底上随弹道折射转换器装置一起形成的 惰性间隔区的示例性横截面图。图10-B示出了支撑衬底上的间隔区和弹道折射转换器装置的示例性 横截面细节。图11示出了显示包含弹道折射转换器装置的衬底的堆叠并显示堆叠 的元素之间的空间中的应J[物、冷却和排气流的示例性横截面图。图12示出了显示跨支本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：　一个或多个固态电发生器，所述固态电发生器包括至少一个化学激励的固态电发生器，其中所述一个或多个固态电发生器包括：　固态结的第一区域，所述第一区域包括具有第一电荷载流子有效质量的第一材料；　所述固态结的第二 材料，所述第二材料具有大于所述第一电荷载流子有效质量的第二电荷载流子有效质量，其中所述第二电荷载流子有效质量与所述第一电荷载流子有效质量之间的电荷载流子有效质量比率大于等于２；以及　与所述第二材料相连接的热沉，所述热沉具有高于环境温度 的热沉温度；　其中，所述一个或多个固态电发生器被配置为使用化学激励的反应物的相互作用来对所述第一材料中的电荷载流子进行激励，以具有高于所述第二材料的第二材料温度的有效载流子温度；　其中，所述第一材料允许所述电荷载流子穿过所述第一 材料且进入所述第二材料的弹道传送。

【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：安托尼C祖佩罗，贾瓦哈吉德瓦尼，
申请(专利权)人：内奥克斯梅特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]