開發高靈敏度二極管將微波轉化為電能

日本科學技術廳(JST)，富士通有限公司和東京城市大學宣布，他們開發了一種高靈敏度的整流元件，其形式為納米線反向二極管，可以將低功率微波轉換為電能。通過JST的戰略基礎研究計劃，該技術由富士通有限公司的川口健一和東京都大學的Su原道彥教授領導的研究人員開發。這項新技術有望在環境無線電波的能量收集中發揮作用，在環境無線電波中，電力是從周圍的無線電波中產生的，例如從移動電話基站發出的無線電波。

研究背景與情況

為了為真正的物聯網時代的開始做準備，近年來，能量收集技術將周圍環境中的微小能量轉化為電能，這已成為備受關注的技術，以創建無需電池即可工作的傳感器網絡。這樣的一個例子再利用為在移動空間中普遍存在的，在移動空間中普遍存在的低功率無線電波(微波)，以用于通信。用于從周圍無線電波發電的設備包括無線電波發電元件，該元件包括用于收集無線電波的天線和對無線電波進行整流的整流元件(二極管)(圖1)。

二極管對微波的響應度(靈敏度)在很大程度上取決于整流特性的陡度以及二極管的尺寸(容量)。通常，利用在金屬和半導體之間形成的結處發生的整流的肖特基勢壘二極管被用作用于功率轉換的二極管。但是，由于在極低的電壓下整流特性會變慢，并且元件的尺寸大于幾微米(μm)，因此對弱于微瓦(μW)的低功率微波的靈敏度不足，并且難以轉換環境無線電波變成電力。這導致對具有更高靈敏度的二極管的需求。

研究人員進行了開發，以制造出具有更高靈敏度的二極管。具體來說，它們縮小了后向二極管的容量并使其能夠小型化，該后向二極管能夠以零偏壓進行陡峭的整流操作，因為整流是通過將兩種不同類型的半導體結合在一起而進行的，并且電流的流變原理與常規肖特基勢壘二極管不同(隧道效應)。

通過經由蝕刻將層狀化合物半導體的薄膜加工成盤狀來形成傳統的后向二極管。但是，由于材料易于在加工過程中損壞，因此很難將二極管精細加工至亞微米尺寸并進行操作。