一种能源转换器件

摘要

本发明提供了一种能源转换器件，具有衬底，在衬底上形成电极3，在电极3上形成介电层，在介电层上分别形成电极1和电极2，在电极1和2以及介电层上形成半导体层，其中电极1与所述半导体层形成欧姆接触，电极2与所述半导体层形成肖特基接触，在衬底硅电极3与电极1之间施加交流信号，在电极1和电极2之间就会形成稳定的直流输出，该能源转换器件不仅制备工艺简单，而且可以收集具有任意幅值的电磁波信号用于转化成直流电，并且无衰减，能长期工作，工艺性能稳定。

权利要求

1.一种能源转换器件，其特征为：具有衬底，在衬底上形成电极3，在电极3上形成介电层，在介电层上分别形成电极1和电极2，在电极1和2以及介电层上形成半导体层，其中电极

1与所述半导体层形成欧姆接触，电极2与所述半导体层形成肖特基接触，在衬底电极 3与电极1之间施加交流信号，在电极1和电极2之间就会形成稳定的直流输出；所述能源转换器件能够用于收集大气中的电磁波信号。

2.根据权利要求1所述的一种能源转换器件，其特征在于所述衬底为刚性衬底或柔性衬底。

3.根据权利要求1所述的一种能源转换器件，其特征在于所述介电层为无机氧化物介电层或聚合物介电层。

4.根据权利要求1所述的一种能源转换器件，其特征在于所述半导体层为金属氧化物半导体、二维半导体或有机半导体。

5.根据权利要求1所述的一种能源转换器件，其特征在于所述半导体层为P型半导体层，电极1选择功函数与半导体的价带匹配的金属金，而电极2选择功函数与半导体的价带差别较大的金属铝。

6.根据权利要求1所述的一种能源转换器件，其特征在于所述半导体层为 N 型半导体层，电极 1 选择功函数与半导体的导带匹配的金属铝，而电极2选择功函数与半导体的导带差别较大的金属金。

7.一种根据权利要求 1‐6 任一所述的能源转换器件的应用，所述能源转换器件将所述电磁波信号的交流信号转换成直流电。

8.根据权利要求 7 所述的能源转换器件的应用，其特征在于所述直流电用于驱动小功率器件、给能源储存器件充电以及用于射频识别标签的电源驱动。

说明书

一种能源转换器件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种能源转换器件。

背景技术

[0002] 能源问题是当今世界面临的重大科学与社会问题。开发一种新型的能源转换器件，将大气中的电磁波信号(如广播信号、Wifi信号等)转换为直流电用于驱动小功率器件具有重要的应用价值。

[0003] 传统的将交流电转换为直流电用于驱动电路的结构单元(如主动式射频识别标签的电源单元)，除了接收电磁波的天线之外，通常还需要有整流管、电容、电阻等元件组成电路。这些器件的集成增加了工艺流程和难度，也增加了制造成本。另外，常用的整流管通常是P‐N结二极管或肖特基二极管。这类整流管需要施加到一定电压才能开启(0.5V左右)。而大气中的电磁波信号往往电压幅值很小，达不到整流管的工作电压，因此无法有效地用来实现上述能量收集。

发明内容

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能源转换器件，这种能源转换器件以交流电作为输入，能将交流电转换成直流电，提供一定的开路电压和短路电流，具有类似电池的功能。该器件不仅制备工艺简单，而且可以收集具有任意幅值的电磁波信号用于转化成直流电，并且器件性能稳定，不随时间衰减，方案如下：

[0005] 一种能源转换器件，其特征在于：具有衬底，在衬底上形成电极3，在电极3上形成介电层，在介电层上分别形成电极1和电极2，在电极1和2以及介电层上形成半导体层，其中电极1与所述半导体层形成欧姆接触，电极2与所述半导体层形成肖特基接触，在衬底硅电极3与电极1之间施加交流信号，在电极1和电极2之间就会形成稳定的直流输出。

[0006] 优选的，所述衬底为刚性衬底或柔性衬底。

[0007] 优选的，所述介电层为无机氧化物介电层或聚合物介电层。

[0008] 优选的，所述半导体层为金属氧化物半导体、二维半导体或有机半导体等。

[0009] 优选的，所述半导体层为P型半导体层，电极1选择功函数与半导体的价带匹配的金属金，而电极2选择功函数与半导体的价带差别较大的金属铝。

[0010] 优选的，所述半导体层为N型半导体层，电极1选择功函数与半导体的导带匹配的金属铝，而电极2选择功函数与半导体的导带差别较大的金属金。

[0011] 与现有技术比，本发明具有如下有益效果：

[0012] 1)本方案器件结构与制备工艺简单，无需集成整流管、电容、电阻等元件。

[0013] 2)本方案可以收集任意幅值的电磁波信号。

[0014] 3)本方案性能稳定，不随时间衰减。

附图说明

[0015] 图1是器件的截面示意图；

[0016] 图2是能源转换器件的工作原理示意图；

[0017] 图3是该能源转换器件与天线相结合，用于收集大气中的电磁波进行能量转换的示意图

具体实施方式

[0018] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加易懂下面结合图和实施例对本发明的具体实施方式做详细说明。

[0019] 图1是本发明器件的截面结构示意图。该器件类似于传统的金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)，但不同之处在于电极1和电极2分别是用不同金属制备成的。要求使电极1和电极2分别与半导体层形成欧姆接触和肖特基接触。以P型半导体层为例，选择功函数与半导体的价带匹配的金属来制备电极1，选择功函数与半导体的价带差别较大的金属来制备电极2。与此情况下，电极1与半导体层形成良好的金属/半导体接触(欧姆接触)，空穴可以很好地在半导体和金属间双向传输。而电极2与半导体层形成肖特基接触，空穴很难从金属一侧向半导体传输，但可以从半导体一侧向金属传输，因此是一个具有整流效应的肖特基结。

[0020] 图2是本发明器件的工作原理图。为简单起见，我们以半导体层为P型半导体，且该能源转换器件处于短路时的情形为例加以说明。当在电极1和电极3之间施加交流信号时，在电极1和电极2间短路时，该器件会有两个物理过程：1.当电极3相对于电极1(电极2)是负电压时，由于电极1和半导体是欧姆接触，电极2和半导体时肖特基接触，空穴会主要从电极1注入到半导体中，此为充电过程；2.当电极3相对于电极1是正电压时，半导体中的空穴会向外电路释放，此时对空穴电极1和电极2处均可顺畅流通，因此空穴几乎平均地从两个电极流出，此为放电过程。因此，在一个交流电压周期内，有净电荷从电极1流向电极2，形成直流电流。

[0021] 显然，在电极1和电极2之间形成的直流电流与所施加的交流信号的频率与幅值相关。幅值越大，频率越高，则电极1和电极2之间的直流电流越大。另外，该能源转换器件的性能与器件自身的特性有关。具体来说，当介电层的介电常数越大，厚度越薄，即介电层单位面积电容越大时，同样的交流信号下器件具有更大的短路电流和开路电压，具有高的转换效率。当半导体的迁移率越高时，器件能够响应更高频率的交流信号，因此可以收集更宽频域的电磁波信号。此外，肖特基结的整流特性越强，器件的转换效率也越高。

[0022] 图3是用该器件与天线结合用来收集电磁波能量的示意图。该能源转换器件不仅可应用于收集大气中的电磁波信号，转换成可用的直流电用于驱动小功率器件或给能源储存器件(如电池、电容)等充电，也可用于射频识别标签的电源驱动等。