專利名稱：碳納米芽分子的用途和包括碳納米芽分子的器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米技術(shù)。本發(fā)明尤其涉及基于使用光學(xué)激活納米材料的光學(xué)器件和 光電器件以及用于這些器件生產(chǎn)的方法。
背景技術(shù)：
發(fā)現(xiàn)光學(xué)器件和光電器件在例如電信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)量學(xué)中有許多應(yīng)用。前述領(lǐng)域內(nèi)的 器件可以包括諸如激光器、放大器和檢測(cè)器的有源器件和諸如濾光器、偏光器和吸收器的 無源器件。一般而言，這些器件的關(guān)鍵參數(shù)是功率消耗(對(duì)有源器件來說)、指示器件使用 壽命的穩(wěn)定性和與器件功能有關(guān)的各種參數(shù)；功能參數(shù)可以包括，例如電磁輻射的飽和吸 收、電磁輻射的偏振相關(guān)吸收、內(nèi)和/或外量子效率等。包括例如納米管、納米線、富勒烯、量子點(diǎn)、納米顆粒和納米晶須的新穎的納米材 料提出一種在光學(xué)和光電器件內(nèi)定制關(guān)鍵參數(shù)的新方法。例如，通過在器件結(jié)構(gòu)內(nèi)的合適 位置處使用這些納米材料可以將非線性光學(xué)效應(yīng)引入到器件內(nèi)并在器件內(nèi)得到增強(qiáng)。雖然 新的納米材料和納米結(jié)構(gòu)在改善光學(xué)和光電器件的關(guān)鍵參數(shù)方面顯示出是有前景的，但是 這些材料同時(shí)對(duì)這些器件的制造提出新的挑戰(zhàn)。用于合成納米結(jié)構(gòu)的方法強(qiáng)有力地依賴于結(jié)構(gòu)本身。一些納米結(jié)構(gòu)，例如量子點(diǎn) 可以用諸如MOCVD工具的常規(guī)的薄膜沉積工具被合成，而包括例如納米線的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 可能需要專門為合成和/或沉積這些高長徑比分子(HARM)設(shè)計(jì)的工具。包括新納米材料 的器件的制造通常需要以分子分解來處理材料。這在包括HARM的光學(xué)器件內(nèi)是尤其重要 的，其中具有高長徑比的分子的具體方位可以顯著影響器件的光學(xué)特性。這種器件的示例 是偏光器(偏振濾光器)，其光透射系數(shù)取決于入射光的偏振。另外，光學(xué)應(yīng)用中最重要的是納米材料的純度和均勻性。為了在器件內(nèi)加入HARM， 分子被從例如氣流中過濾和/或分散在溶液中。這些操作冒向光學(xué)器件內(nèi)加入雜質(zhì)的風(fēng) 險(xiǎn)，且HARM分散在溶液中通常不足以導(dǎo)致均勻的材料。而且，分散通常需要使用苛刻的處 理，諸如聲處理(sonification)和/或使用表面激活劑和功能化材料，這對(duì)器件的操作可 能是有害的。許多目前已知的基于納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)和光電器件的性能存在難以制造以及功能 化納米材料的性質(zhì)的不足。例如，公布W02008/025966A1公開一種包括光學(xué)耦合凝膠或光 學(xué)粘合劑中的納米材料的組合物。公布W02008/025966A1所公開的發(fā)明存在納米材料，例 如納米點(diǎn)不均勻地分散在光學(xué)凝膠或粘合劑中的缺陷。此外，可能難以由該公布所公開的 納米材料獲得用于光學(xué)或光電器件的足夠純度的納米材料。為了改善現(xiàn)狀，且為了開發(fā)新的光學(xué)和光電器件，重要的是發(fā)現(xiàn)具有改善的功能 性、純度、通用性和均勻性的新的納米材料。同等重要的是開發(fā)新的制造方法，該方法不會(huì) 導(dǎo)致這些器件內(nèi)所使用的材料的降解且不會(huì)不利地改變這些器件內(nèi)所使用的材料的關(guān)鍵 性質(zhì)。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是通過基于使用富勒烯官能化的且共價(jià)鍵合的富勒烯官能化的管狀碳分子來提供新類型的光學(xué)和光電器件，來減少現(xiàn)有技術(shù)的前述技術(shù)問題。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的用途的特征是由獨(dú)立權(quán)利要求1所呈現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的器件的特征是由獨(dú)立權(quán)利要求10或12所呈現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明，具有共價(jià)鍵合到管狀碳分子側(cè)部的至少一個(gè)富勒烯部分的碳納米芽 分子(carbon nanobud molecule)用于在器件內(nèi)與電磁輻射相互作用，其中與電磁輻射相 互作用是通過碳納米芽分子的弛豫和/或激發(fā)發(fā)生的。根據(jù)本發(fā)明的器件包括具有共價(jià)鍵合到管狀碳分子側(cè)部的至少一個(gè)富勒烯部分 的碳納米芽分子。該器件包括一個(gè)或多個(gè)至少部分P型導(dǎo)電的碳納米芽分子和一個(gè)或多個(gè) 至少部分η型導(dǎo)電的碳納米芽分子，使得一個(gè)或多個(gè)至少部分P型導(dǎo)電的碳納米芽分子與 一個(gè)或多個(gè)至少部分η型導(dǎo)電的碳納米芽分子電接觸，以使能輻射性的電子-空穴重組。根據(jù)本發(fā)明的器件包括具有共價(jià)鍵合到管狀碳分子側(cè)部的至少一個(gè)富勒烯部分 的碳納米芽分子，且發(fā)色團(tuán)連接到碳納米芽分子，以影響器件的光譜特征并且增強(qiáng)對(duì)于分 子來說電磁輻射的吸收特征的非線性。在此上下文中，碳納米芽分子與電磁輻射的相互作用應(yīng)該理解為包括涉及引起電 磁輻射的吸收或發(fā)射的納米芽分子的激發(fā)或弛豫的所有過程。器件內(nèi)一個(gè)或多個(gè)碳納米芽 分子可以用于進(jìn)行與發(fā)射、吸收和/或與電磁輻射的其他相互作用有關(guān)的功能，這樣的器 件的示例包括例如發(fā)射器、顯示器、激光器、放大器、濾波器、偏光器、光檢測(cè)器、檢測(cè)器陣列 (例如，照相機(jī)的)、生化傳感器、用于在光譜或與熒光相關(guān)的應(yīng)用中使用的標(biāo)志器、信號(hào)再 生器、波形整形器、分散補(bǔ)償器、波長轉(zhuǎn)換器、光學(xué)動(dòng)力的致動(dòng)器(如，激光驅(qū)動(dòng)的納米發(fā)動(dòng) 機(jī))、光學(xué)開關(guān)、用于光刻過程的結(jié)構(gòu)化增強(qiáng)的材料、具有優(yōu)良的化學(xué)、機(jī)械或輻射抵抗性的 防反射(AR)涂層或選擇性反射涂層、用于增大信息存儲(chǔ)密度的感光材料或全息材料、以及 相位或振幅調(diào)制器。這些器件中的一個(gè)或多個(gè)碳納米芽分子可以取如網(wǎng)絡(luò)、沉積物或膜的 形式或者它們可以被結(jié)合在諸如玻璃、石英、晶體材料、聚合物、光學(xué)凝膠或光學(xué)粘合劑的 基質(zhì)材料中。包括根據(jù)本發(fā)明用于與電磁輻射相互作用的碳納米芽分子的部件尤其適合于各 種光學(xué)器件或光電器件。為此的原因在于碳納米芽分子的合成過程能夠比例如常規(guī)的碳納 米管的合成過程生產(chǎn)純度更高的、結(jié)晶度更高的和更均勻的材料。這是由于納米芽分子的 特定的幾何結(jié)構(gòu)，使得合成過程無需額外的、可能造成損壞的純化步驟。此生產(chǎn)方法產(chǎn)生滿 足許多光學(xué)應(yīng)用的高純度、高質(zhì)量和高均勻性需求的材料。此外，碳納米芽分子在穩(wěn)定的且 堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)中兼具管狀碳分子和富勒烯分子的功能特征，其可以被官能化以改變結(jié)合碳納 米芽分子的材料的性能和行為。這在起到諸如可飽和吸收、反向可飽和吸收、光放大和偏振 的作用的非線性光學(xué)應(yīng)用中是尤其有用的。另外，碳納米芽分子的富勒烯部分提供用于通 過簡單的幾何結(jié)構(gòu)考慮或通過富勒烯部分的官能化，使納米芽分子的管狀部分與其鄰近物 分離的方法，以便避免或以其他方式控制管-管相互作用，這可以改變包括碳納米芽分子 的材料的光學(xué)特征。應(yīng)注意，碳納米芽分子的富勒烯部分可以是富勒烯分子或可能包括富 勒烯分子的其他類富勒烯結(jié)構(gòu)。此外，鍵合到碳納米芽分子的管狀部分的富勒烯部分或類富勒烯結(jié)構(gòu)可以用于改 變包括碳納米芽分子的材料的帶隙(導(dǎo)電率或半導(dǎo)電率)。這允許材料內(nèi)的吸收、發(fā)射或其他電磁相互作用隨波長、溫度、化學(xué)環(huán)境或其他局部條件的變化被調(diào)整。鍵合到碳納米芽分 子的管狀部分的類富勒烯結(jié)構(gòu)可以另外用作兩個(gè)納米芽分子之間的橋接分子，或者直接地 或者經(jīng)由諸如酯基的另一個(gè)橋接分子。例如，這可以被用于增強(qiáng)納米芽分子內(nèi)載流子的馳 豫和/或減少包括碳納米芽分子的材料的恢復(fù)時(shí)間和/或增加沉積物或膜的機(jī)械堅(jiān)固性。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，將發(fā)色團(tuán)連接到碳納米芽分子，以增強(qiáng)對(duì)于納米芽 分子來說電磁輻射的吸收特征的非線性。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，將發(fā)色團(tuán)連接到碳納米芽分子的富勒烯部分，以 增強(qiáng)對(duì)于納米芽分子來說電磁輻射的吸收特征的非線性。通過將發(fā)色團(tuán)連接到管狀部分或富勒烯部分內(nèi)的碳納米芽分子內(nèi)的反應(yīng)位置，可 以實(shí)現(xiàn)非線性光學(xué)材料。此類型的材料因碳納米芽分子的穩(wěn)定性呈現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)的非線 性光學(xué)材料相比改進(jìn)的穩(wěn)定性。在此上下文中，發(fā)色團(tuán)可以被理解為當(dāng)與電磁輻射相互作 用時(shí)產(chǎn)生期望的光學(xué)效應(yīng)的任何分子結(jié)構(gòu)。導(dǎo)致碳納米芽分子內(nèi)的非線性光學(xué)效應(yīng)的發(fā)色 團(tuán)的示例包括有機(jī)分子，諸如聚合物、低聚物、單體和二聚物。具體而言，染料分子，例如酚 藏花紅(PSF)引起碳納米芽分子強(qiáng)烈的非線性吸收特征。發(fā)色團(tuán)還可以用作上述提及的橋 接分子。碳納米芽分子可以被沉積到器件結(jié)構(gòu)上，例如直接由氣相沉積，而不采用從液體 溶液分散納米芽分子，以改善碳納米芽分子的光學(xué)質(zhì)量。其他生產(chǎn)方法也是可能的，諸如 在基質(zhì)材料中旋涂或分散。與將納米材料分散在基質(zhì)材料中的方法相比，根據(jù)詳細(xì)描述在 W02007/057501A1中的方法，將碳納米芽分子直接由氣相沉積在諸如光學(xué)部件結(jié)構(gòu)的基底 上使實(shí)現(xiàn)分子更均勻的分布。只要碳納米芽分子與氣體中的其他分子或顆粒有效地分離， 那么直接由氣相沉積另外降低由于雜質(zhì)的污染的風(fēng)險(xiǎn)和因中間處理步驟而改變性能的風(fēng) 險(xiǎn)。用提及的方法直接由氣相沉積碳納米芽分子的附加益處是改善單個(gè)碳納米芽分子的光 學(xué)性能，例如結(jié)晶度和缺陷密度。此外，納米芽分子可以在過程中被表面化和去束化，這促 進(jìn)它們分散在液體內(nèi)或分散在固體基底上。為了使碳納米芽分子受到污染的風(fēng)險(xiǎn)最小，用 于沉積碳納米芽分子的基底可以不同于最終的基底。采用專利申請(qǐng)F(tuán)I 2007M82中描述的 方法，可以將包括碳納米芽分子的網(wǎng)絡(luò)從預(yù)備基底轉(zhuǎn)移到可以是例如光學(xué)部件的一部分的 最終的基底上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，器件包括兩個(gè)或更多個(gè)碳納米芽分子，其中兩個(gè)或 更多個(gè)碳納米芽分子彼此分離，以增大單個(gè)碳納米芽分子的光俘獲截面。通過確保器件內(nèi)的分子彼此分離可以增大器件內(nèi)的碳納米芽分子的平均光俘獲 截面，這與碳納米芽分子在器件內(nèi)彼此停留靠近或甚至彼此接觸的情形不同。在后一種情 形中，碳納米芽分子可能彼此阻擋，因此減小它們的平均光俘獲截面。增強(qiáng)碳納米芽分子的 分離的一種方式是使它們與已經(jīng)處于沉積階段的這些分子的束分離。這可以通過，例如利 用成束的碳納米芽分子與單個(gè)碳納米芽分子之間的電荷差來實(shí)現(xiàn)。增大的光俘獲截面導(dǎo)致 包括碳納米芽分子的材料中的光學(xué)過程的增強(qiáng)。增強(qiáng)分離的另一種方式是通過使納米芽分 子的富勒烯部分或類富勒烯部分借助于例如橋接分子連在一起而使單個(gè)的納米芽分子結(jié) 合在一起，使得碳納米芽分子在處理過程中成束或再成束的可能性較低。增強(qiáng)分離的又一 種方式是通過例如經(jīng)由諸如聚合物的合適的基質(zhì)分子使納米芽分子的富勒烯部分或類富 勒烯部分連接到基質(zhì)材料而將單個(gè)的納米芽分子結(jié)合到基質(zhì)材料或表面材料，使得碳納米芽分子成束的可能性較低。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米芽分子用于飽和吸收電磁輻射。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米芽分子用于反向飽和吸收電磁輻射。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，管狀碳分子用于飽和吸收電磁輻射，而共價(jià)鍵合 到管狀碳分子的富勒烯部分用于反向飽和吸收電磁輻射。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，兩個(gè)或更多相互對(duì)準(zhǔn)的碳納米芽分子用于使能在 器件內(nèi)的電磁輻射的各向異性的吸收。由于碳納米芽分子的不對(duì)稱形狀，這些分子可以通過將它們置于例如電場(chǎng)或磁場(chǎng) 內(nèi)而被靜電地或以其他方式任意極化和對(duì)準(zhǔn)。準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)吸收分子的可能性實(shí)現(xiàn)包括碳納 米芽分子的材料的各向異性吸收或調(diào)制圖案。此特征連同碳納米芽分子的可飽和吸收特征 和反向可飽和吸收特征呈現(xiàn)用于例如波形整形應(yīng)用的令人感興趣的機(jī)會(huì)，波形整形應(yīng)用可 以在光學(xué)電信網(wǎng)絡(luò)中用于脈沖再生。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米芽分子用于偏振光發(fā)射。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，器件包括與一個(gè)或多個(gè)至少部分η型導(dǎo)電的碳納米 芽分子電接觸的第一電極、與一個(gè)或多個(gè)至少部分P型導(dǎo)電的碳納米芽分子電接觸的第二 電極、柵電極、以及柵電極與碳納米芽分子之間的使柵電極與碳納米芽分子電絕緣的絕緣層。在上文描述的本發(fā)明的實(shí)施方案可以按彼此之間的任意組合來使用。若干實(shí)施方 案可以組合在一起以形成本發(fā)明的另外的實(shí)施方案。本發(fā)明所涉及的用途或器件可以包括 在上文所描述的本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案。發(fā)明詳述在下文中，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。將關(guān)于附圖作出參考，其中

圖1(現(xiàn)有技術(shù))呈現(xiàn)碳納米芽分子的5個(gè)不同的分子模型，其中至少一個(gè)富勒烯 分子或類富勒烯分子結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵合到管狀碳分子，圖2示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的發(fā)光二極管，圖3示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的激光器，圖4示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的發(fā)光FET結(jié)構(gòu)，圖5示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的器件裝置，圖6示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)器件裝置，圖7a示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的半導(dǎo)體激光器的縱向截面圖，圖7b示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的半導(dǎo)體激光器的橫向截面圖，圖8示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的光纖激光器的截面圖，圖9示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的環(huán)形激光器結(jié)構(gòu)，圖10示意性地呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)器件裝置，圖11示意性地呈現(xiàn)可飽和吸收函數(shù)，圖12示意性地呈現(xiàn)反向可飽和吸收函數(shù)，圖13示意性地呈現(xiàn)組合的可飽和吸收與反向可飽和吸收函數(shù)，圖1 呈現(xiàn)可飽和吸收函數(shù)、反向可飽和吸收函數(shù)以及組合的可飽和與反向可飽 和吸收函數(shù)對(duì)光脈沖流的影響，
圖14b呈現(xiàn)光脈沖流中較窄的脈沖如何實(shí)現(xiàn)增大的脈沖速率，圖Hc呈現(xiàn)在用基于碳納米芽的可飽和及反向可飽和吸收器重整之前的光脈沖 序列，以及圖14d呈現(xiàn)在用基于碳納米芽的可飽和及反向可飽和吸收器重整之后的光脈沖 序列。在圖1中示意性地闡釋的碳納米芽分子可以使用諸如二茂鐵的催化劑前體、或 由熱線發(fā)生器產(chǎn)生的催化劑，諸如金屬顆粒和添加劑，其除了促進(jìn)納米芽分子的生長外 還增大產(chǎn)物純度，來由例如碳源(如，一氧化碳)合成。合成過程的細(xì)節(jié)可以見于公布 2007/057501 Al，其作為參考文獻(xiàn)增添在本文中。圖2中呈現(xiàn)基于由碳納米芽分子發(fā)射光的光發(fā)射器結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)包括η型Si區(qū) 域1和P型Si區(qū)域2。在這些區(qū)域之間存在絕緣區(qū)域，該絕緣區(qū)域包括具有直接帶隙的半 導(dǎo)電的碳納米芽分子3，其植入諸如非摻雜Si或二氧化硅(SiO2)薄(厚度5-lOnm)層的絕 緣基質(zhì)4材料中。在操作下，將負(fù)電壓-V/2施加到該結(jié)構(gòu)的η型Si 1側(cè)上的電接觸5，且 將正電壓V/2施加到該結(jié)構(gòu)的ρ型Si 2側(cè)上的電接觸6。這朝向絕緣區(qū)域注入來自η型 Si 1側(cè)的電子和來自ρ型Si 2側(cè)的空穴。當(dāng)在絕緣區(qū)域內(nèi)部空穴和電子碰到碳納米芽分 子3時(shí)，它們將經(jīng)受重組，其以有限概率將是放射的。通過調(diào)節(jié)用于合成這些分子的過程，可以定制碳納米芽分子的帶隙。通過用額外 的原子官能化分子或通過調(diào)節(jié)手性，可以例如改變碳納米芽分子的帶隙。具有比周圍的絕 緣基質(zhì)(matriX)4小的帶隙的碳納米芽分子3可以像將在絕緣區(qū)域內(nèi)形成溝道的電荷載流 子的量子點(diǎn)限制到碳納米芽分子3那樣操作，以增強(qiáng)光發(fā)射器的內(nèi)量子效率。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，可以改變圖2的結(jié)構(gòu)以起到激光器的作用。圖3中 呈現(xiàn)改變的結(jié)構(gòu)。該改變的結(jié)構(gòu)包括在圖2中所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上的布喇格反射器。布 喇格反射器限制一法布里-珀羅微腔，其中激活介質(zhì)包括作為發(fā)光材料的碳納米芽分子。 布喇格反射器可以包括例如形成高反射的干涉結(jié)構(gòu)的Si 7和SiO2 8的交替層。當(dāng)以足夠 高的速率將電子和空穴注入到激活介質(zhì)中以實(shí)現(xiàn)激活介質(zhì)中的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時(shí)，開始產(chǎn)生激 光。圖3的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生激光的波長由法布里-珀羅腔的長度與光發(fā)射器，即碳納米芽分子3 的基本帶隙之間的相互作用控制。應(yīng)該調(diào)節(jié)布喇格反射器內(nèi)的Si 7和SiO2 8層的厚度，使 得對(duì)于產(chǎn)生激光的波長實(shí)現(xiàn)足夠高的反射率。為了獲得電荷注入到激活介質(zhì)中的高能級(jí)， 高摻雜η型Si區(qū)域1和ρ型Si區(qū)域2可能是有益的?？梢源嬖趫D2和圖3的發(fā)光結(jié)構(gòu)的許多變化，它們根據(jù)相應(yīng)的原理操作。η型Si 區(qū)域1和ρ型Si區(qū)域2區(qū)域可以例如可選擇地由分別形成結(jié)構(gòu)的ρ型和/或η型側(cè)的ρ 型和/或η型碳納米芽分子的網(wǎng)絡(luò)形成。另外，在圖3的激光器結(jié)構(gòu)中，布喇格反射器可以 包括反射器結(jié)構(gòu)內(nèi)的碳納米芽分子，或者Si 7或S^2 8層可以被包括碳納米芽分子的層替換?？梢酝ㄟ^由CVD或PECVD將SW2和Si沉積在硅基底上，和通過使用合適的用于η 型或P型摻雜的退火工藝，來制造發(fā)光結(jié)構(gòu)(圖2的LED和圖3的激光器)?？蛇x擇地，如 果使用納米芽，那么可以沉積適當(dāng)摻雜的η型或ρ型納米芽分子。通過用Si或諸如S^2的 絕緣材料的合適的薄層使碳納米芽分子3過生長，將碳納米芽分子3植入到發(fā)光器件的激 活區(qū)域內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的器件是偏振光源。該器件示意性地呈現(xiàn)在圖4中。該 器件結(jié)構(gòu)類似于場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，并且其包括在源電極10與漏電極11之間的碳納米芽 分子9、柵電極12、柵介質(zhì)13以及在漏電極11和源電極10之上的覆蓋層14。通過向柵電 極12施加電壓，使得柵極的電勢(shì)處于源極的電勢(shì)與漏極的電勢(shì)之間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電子和空穴 注入碳納米芽分子9內(nèi)。這樣，在單個(gè)碳納米芽分子9內(nèi)產(chǎn)生p-n結(jié)。當(dāng)電子和空穴在所 呈現(xiàn)的器件內(nèi)的碳納米芽分子9中重組時(shí)，令人驚奇地觀察到偏振光的發(fā)射。圖4中的器件(雙極FET)的操作依賴于在源極10接觸與漏極11接觸的邊界處 碳納米芽分子9的每一端處的薄肖特基勢(shì)壘的產(chǎn)生。當(dāng)器件如上所述地被合適地偏置時(shí)， 電子和空穴都能夠穿過肖特基勢(shì)壘形成溝道到碳納米芽分子9中，這導(dǎo)致偏振光發(fā)射。可以例如通過將SiA沉積到P+-Si基底晶片上并將碳納米芽分子分散在絕緣SiA 柵介質(zhì)13上來制造圖4的器件。Ti漏電極11和源電極10可以例如使用PVD被沉積，并且 然后通過光刻法(lithography)形成圖案，以在基底上的合適位置處產(chǎn)生接觸區(qū)域。在此 階段，在例如900°C的Ar氣中進(jìn)行退火可以用于改善碳納米芽分子9與Ti漏極11接觸和 Ti源極10接觸之間的電接觸。該結(jié)構(gòu)可以被覆蓋有薄SiO2覆蓋層14。在圖4的器件中， 碳納米芽分子可以被兩個(gè)或更多個(gè)碳納米芽分子替換，以形成本發(fā)明的另外的實(shí)施方案。除了前述基于碳納米芽分子的電致發(fā)光的器件之外，這些分子可以另外或排他地 被光激發(fā)以執(zhí)行各種功能。隨后將描述本發(fā)明的執(zhí)行這些功能的實(shí)施方案。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)碳納米芽分子可以被使用在示意性地且 一般性地在圖5中所闡釋的器件裝置中。此裝置包括輸入光源15、電磁輻射的輸入束16、 包括一個(gè)或多個(gè)碳納米芽分子18的透明或半透明材料17的板(slab) 17、兩個(gè)電磁輻射的 輸出束(透射束19和發(fā)射束20)以及檢測(cè)器件21。在此上下文中，透明度應(yīng)該被理解為 圖5中所呈現(xiàn)的電磁輻射束的波長處的透射度。輸入光源15可以是例如激光或?qū)拵Ч庠?且其可以被調(diào)制。檢測(cè)器件21可以是例如能夠檢測(cè)兩個(gè)輸出束19、20的波長處的輻射的 光電二極管或其他光敏器件。圖5中的透射束19是透射穿過包括碳納米芽分子18的板17的輸入束16的一部 分，而基本上不與板17相互作用。發(fā)射束20是自板17射出的電磁輻射束，其作為輸入束 16與板17內(nèi)的碳納米芽分子18相互作用的結(jié)果。植入到板17內(nèi)的碳納米芽分子18可以吸收在輸入束16的波長或若干波長處的 電磁輻射。此吸收可以依賴許多參數(shù)變化，這些參數(shù)諸如輸入束16的方向、偏振、強(qiáng)度以及 波長或波長的光譜特征。這些依賴性使板17能夠執(zhí)行不同的功能，這些功能可以用在例如 通信和測(cè)量技術(shù)中。應(yīng)注意，圖5的板17可以采用任何幾何形狀。當(dāng)電磁輻射被吸收在碳納米芽分子18內(nèi)時(shí)，隨著在分子內(nèi)電子移動(dòng)至更高的能 態(tài)，這些分子受到激發(fā)。當(dāng)相同的分子的馳豫發(fā)生時(shí)，在分子內(nèi)電子移動(dòng)回到較低的能態(tài)， 且能量可以以碳納米芽分子18的一個(gè)或多個(gè)波長特征被發(fā)出。令人驚奇地觀察到，碳納米 芽分子18呈現(xiàn)出非線性光致發(fā)光，該非線性光致發(fā)光可以用于例如在光域內(nèi)完全地執(zhí)行 邏輯操作、光開關(guān)和調(diào)制。由于非線性光致發(fā)光，所以由圖5的板17發(fā)出的發(fā)光體(lumineSCentlight)20 的強(qiáng)度作為用于激發(fā)板17內(nèi)的碳納米芽分子18的電磁輻射的強(qiáng)度的非線性函數(shù)而變化， 電磁輻射的強(qiáng)度即輸入束16的強(qiáng)度。因此，在圖5的裝置中，發(fā)射束20的輸出強(qiáng)度可以按照輸入束16的強(qiáng)度來動(dòng)態(tài)控制。因此，信號(hào)處理和調(diào)制可以在純光學(xué)部件內(nèi)進(jìn)行，這與更 常規(guī)的電光調(diào)制器不同。這使實(shí)現(xiàn)純光學(xué)互連、信號(hào)處理以及最終具有高開關(guān)速度與光信 號(hào)處理有關(guān)的邏輯操作。當(dāng)輸入束16的強(qiáng)度增加到某一閾值之上時(shí)，可以從板17觀察到光發(fā)射的突增。因 此，所使用的開關(guān)控制參數(shù)是輸入束16的相關(guān)光譜分量的功率Pin。通過例如電光調(diào)制輸 入光源15可以實(shí)現(xiàn)此功率的控制。所得到的發(fā)射束20的強(qiáng)度遵照關(guān)系式Ptl = σ Pin0通過例如前述在W02007/057501 Al中公開的合成方法，可以合成呈現(xiàn)上述非線性 光致發(fā)光特征的一個(gè)或多個(gè)碳納米芽分子18。為了制造圖5的板17，將一個(gè)或多個(gè)碳納米 芽分子18沉積在透明的或半透明的基底上，基底由例如石英、硼硅酸鹽或軟玻璃組成。此 透明的基底可以被插入到合成碳納米芽分子18的反應(yīng)器內(nèi)，或安放在該反應(yīng)器之后，以便 將碳納米芽分子18直接由氣相沉積到基底上。可選擇地，碳納米芽分子可以先被沉積在預(yù) 備基底(preliminary substrate)上，然后可以使用專利申請(qǐng)F(tuán)I2007M82中描述的方法將 包括碳納米芽分子的網(wǎng)絡(luò)從預(yù)備基底轉(zhuǎn)移到最終的基底上，該最終的基底可以是例如前述 的透明的或半透明的基底。非線性放大的閾值取決于合成碳納米芽分子中所采用的處理參數(shù)。影響閾值的最 重要的參數(shù)是合成溫度和附加的試劑的濃度，該合成溫度可以是例如900°C且該附加的試 劑諸如H2O和C02。納米芽分子的管狀部分中的碳原子應(yīng)該通過形成六角形環(huán)的spM鍵連 接彼此。透明的基底上的沉積的碳納米芽分子或碳納米芽分子18的層可以被植入到透明 的結(jié)構(gòu)(諸如，板17)內(nèi)部，這通過例如由透明的或半透明的膜涂覆一個(gè)或多個(gè)碳納米芽分 子18。稱為飽和吸收的另一非線性函數(shù)可以使用圖5的簡化裝置來實(shí)現(xiàn)。利用該函數(shù)， 例如透射束19的波形可以被成形或調(diào)制，例如在光學(xué)電信網(wǎng)絡(luò)的脈沖再生中或在產(chǎn)生短 激光脈沖的激光成分中，這可以是有用的。當(dāng)板17內(nèi)的碳納米芽分子18表現(xiàn)為可飽和吸 收器時(shí)，它們隨輸入束16的強(qiáng)度的變化吸收輸入束16的電磁輻射。當(dāng)輸入束16的強(qiáng)度低 于飽和閾值時(shí)，吸收是高的且輸入束16的強(qiáng)度的非常少的比例被透射穿過板17。當(dāng)強(qiáng)度超 過閾值時(shí)，碳納米芽分子18不再能夠吸收輸入束16的輻射且超過飽和閾值(還稱為漂白 閾值)的強(qiáng)度部分透射穿過板17。圖11中闡釋可飽和吸收函數(shù)。在碳納米芽分子的管狀部分的端部上或富勒烯(或類富勒烯)部分上，可以直接 由碳納米芽分子實(shí)現(xiàn)可飽和吸收，或可以通過例如將發(fā)色團(tuán)連接至管狀部分上的反應(yīng)位 置，改變或增強(qiáng)可飽和吸收。非線性光學(xué)器件中的這些發(fā)色團(tuán)的激活基于它們的超極化率。 酚藏花紅(PSF)尤其是能夠用于在包括碳納米芽分子的光學(xué)激活材料中產(chǎn)生偶極子的分 子。這些偶極子的產(chǎn)生極大地增強(qiáng)光學(xué)激活材料的非線性特征。當(dāng)碳納米芽分子是物理和 化學(xué)上非常穩(wěn)定的分子時(shí)，通過用發(fā)色團(tuán)官能化碳納米芽所獲得的非線性光學(xué)材料允許使 用強(qiáng)的光場(chǎng)，而不會(huì)有降解光學(xué)材料的風(fēng)險(xiǎn)。基于碳納米芽分子的可飽和吸收作用利用可飽和吸收器器件的應(yīng)用是可飽和吸 收器鏡。這些鏡包括在板(諸如板17)后面的反射面或起到可飽和吸收作用的層?？娠柡?吸收鏡可以用在例如激光器中，作為用于超短脈沖產(chǎn)生的腔鏡?；谔技{米芽分子的可飽 和吸收器鏡可以通過，例如直接由氣相沉積、從初級(jí)基底轉(zhuǎn)移沉積、或在反射面上的合適的 透明基質(zhì)材料(如，聚合物)內(nèi)旋涂合成的碳納米芽分子來制造。
碳納米芽分子甚至在其自身上呈現(xiàn)非線性可飽和吸收特征，而沒有發(fā)色團(tuán)附屬物 (attachment)來增強(qiáng)這些非線性特征。帶有或沒有發(fā)色團(tuán)附屬物的非線性吸收碳納米芽分 子可以被引入凝膠內(nèi)或光學(xué)粘合劑內(nèi)，以形成納米復(fù)合材料。可以選擇此復(fù)合材料中的基 質(zhì)材料(即，凝膠或粘合劑)以具有某些特定應(yīng)用光學(xué)特性。例如，可以選擇基質(zhì)材料的折 射率以光學(xué)匹配光纖的兩個(gè)截面。在此情形中，圖5的板17對(duì)應(yīng)于能夠呈任何幾何形狀的 納米復(fù)合材料件。此件可以將輸入束16在其內(nèi)傳播的介質(zhì)與透射束19和發(fā)射束20在其 內(nèi)傳播的介質(zhì)連接在一起。碳納米芽分子可以可選擇地僅沉積在如圖6中示意性呈現(xiàn)的介 質(zhì)的切口或裂口內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)表面上。切口可以是部分的(如圖6中所示)或完整的。 在此圖中，將包括碳納米芽分子18的納米復(fù)合材料件17沉積在固體介質(zhì)觀內(nèi)的通孔中。 固體介質(zhì)可以是例如激光器或光纖中的增益介質(zhì)。上述光學(xué)納米復(fù)合材料可以通過，例如在基質(zhì)材料中采用合成的碳納米芽分子來 制造。然后，例如經(jīng)聲波處理溶液以在基質(zhì)材料中產(chǎn)生碳納米芽懸浮液，基質(zhì)材料可以是例 如液體光學(xué)耦合凝膠或光學(xué)粘合劑。接著，通過例如超離心法來混合懸浮液。可選擇地，可 以通過例如申請(qǐng)F(tuán)I2007M82的方法來生產(chǎn)納米復(fù)合材料，在該方法中，先將納米芽沉積在 初級(jí)基底上，然后轉(zhuǎn)移并注入(impregnate)到二級(jí)基底中?；谔技{米芽分子的可飽和吸收膜也可以用于在例如脈沖光纖激光器、脈沖波導(dǎo) 激光器或脈沖環(huán)形激光器中的被動(dòng)鎖模。在這些器件中，基于碳納米芽的可飽和吸收器用 于激光腔內(nèi)部的被動(dòng)調(diào)制激光模式，以產(chǎn)生超短激光脈沖。可以將可飽和吸收器置于光腔 內(nèi)部，以按照傳輸模式運(yùn)行，或置于光腔外部以通過與激光模式的漸逝波相互作用運(yùn)行。在 后一種情形中，可以通過例如用包括碳納米芽分子的膜涂覆錐形的或非錐形的光纖激光 器，或?qū)ㄌ技{米芽分子的層沉積在半導(dǎo)體激光器的通道上或平面波導(dǎo)上，來實(shí)現(xiàn)與漸 逝波的相互作用。前述脈沖激光器器件利用碳納米芽分子的快速恢復(fù)率和良好的穩(wěn)定性來 產(chǎn)生超短激光脈沖，例如在飛秒范圍內(nèi)且具有大的可靠性。通過圖7a的縱向截面圖和圖7b的橫向截面圖，呈現(xiàn)基于與碳納米芽分子相互作 用的漸逝波、利用可飽和吸收器的被動(dòng)鎖膜激光二極管結(jié)構(gòu)的示意性實(shí)施例。該結(jié)構(gòu)包括 沉積在常規(guī)的半導(dǎo)體激光器的激活區(qū)域30外部的平面波導(dǎo)上的碳納米芽分子四。該器件 還包括η型基底31 (如，n-GaAs)，包括激活區(qū)域30的半導(dǎo)體膜沉積到該η型基底31上。 激活區(qū)域30可以通常由在例如MOCVD反應(yīng)器內(nèi)的例如摻雜的III-V半導(dǎo)體，諸如η型和ρ 型GaAs和AKiaAs來制造，且器件的激活區(qū)域30(增益介質(zhì))可以包括多個(gè)量子阱。η型 電接觸32和ρ型電接觸33也在圖7a和圖7b中是可見的。激光腔由激光器芯片的劈裂面 34限定在縱向方向上，劈裂面34可用作腔鏡。在橫向方向上，通過合適地?fù)诫s激活區(qū)域30 可以限制載流子注入以制造絕緣載流子引導(dǎo)區(qū)域35。當(dāng)在圖7a和圖7b的器件的激活區(qū)域30內(nèi)產(chǎn)生激光模式時(shí)，該模式在由劈裂面34 限定的光腔內(nèi)傳播，且聚集到模式中的光功率分布的一部分，漸逝波，與碳納米芽分子四 交疊。碳納米芽分子四的可飽和吸收被動(dòng)地調(diào)制激光模式的光功率，導(dǎo)致激光器的鎖模。圖8示意性地呈現(xiàn)碳納米芽分子36如何可以被置于鎖模光纖激光器的腔37內(nèi) 部，以作為處于傳輸模式的可飽和吸收器。在圖8中，碳納米芽分子36被置于腔37的一端 處，靠近限定激光腔37的長度的光纖布拉格光柵38中的一個(gè)。在此幾何結(jié)構(gòu)中，當(dāng)被引導(dǎo) 在激光腔37中的光學(xué)模穿過包括碳納米芽分子36的區(qū)域時(shí)，其通過可飽和吸收被調(diào)制。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米芽分子還可以被植入作為激光器中的腔鏡的一部分，以 進(jìn)行可飽和吸收作用來用于鎖模。圖9示意性地呈現(xiàn)碳納米芽分子如何可以用在環(huán)形激光器結(jié)構(gòu)的可飽和吸收器 中，以實(shí)現(xiàn)鎖模。此結(jié)構(gòu)包括可飽和吸收元件，諸如包括碳納米芽分子18的板17，其用例如 光耦合器被適當(dāng)?shù)剡B接至在板的輸入側(cè)和輸出側(cè)的光纖環(huán)39。該結(jié)構(gòu)還包括50 50的耦 合器40、第一光隔離器41、第二光隔離器42和摻鉺光纖放大器(EDFA)43。用泵浦激光器 (未顯示)光學(xué)泵浦EDFA 43。在圖9的鎖模環(huán)形激光器結(jié)構(gòu)中，EDFA 43可用作增益介質(zhì)，第一光隔離器41防 止光在環(huán)39內(nèi)的反向(逆時(shí)針)傳播且第二光隔離器42防止光在輸出路徑44內(nèi)的反向 傳播。50 50的耦合器將在環(huán)39內(nèi)傳播的光的一半強(qiáng)度耦合到輸出路徑44且將另一半 耦合回到EDFA 43。由圖9的環(huán)形激光器支持的激光模式的波長由圍繞環(huán)39的這些模式的 傳播路徑的光學(xué)長度確定。所支持的波長必須是對(duì)于圍繞光纖環(huán)39傳播的每一個(gè)波實(shí)現(xiàn) 光的相長干涉的那些。這使實(shí)現(xiàn)光到EDFA 43中的相應(yīng)模式內(nèi)的受激發(fā)射。當(dāng)包括可飽和 吸收的碳納米芽分子18的板17被置于環(huán)形腔內(nèi)時(shí)，如圖9所呈現(xiàn)的，由板17所執(zhí)行的飽 和吸收作用調(diào)制激光模式，這導(dǎo)致環(huán)形激光器的被動(dòng)鎖模?？梢杂肳02007/057501 Al中公開的方法來合成具有可飽和吸收特征的碳納米芽 分子。為了將發(fā)色團(tuán)例如PSF連接到這些分子，可以先在酸中，例如在Η2504/ΗΝ03φ處理碳 納米芽分子，以在碳納米芽分子的管狀和/或富勒烯部分上形成羧基。PSF分子然后可以通 過將羧基化的碳納米芽放入包含PSF的去離子水中被連接到這些羧基。圖10中呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的另一器件裝置。此裝置包括層22，層 22包括在兩個(gè)鏡，后鏡M與前鏡25之間的非線性吸收的碳納米芽分子23。干涉測(cè)量結(jié)構(gòu) 可以用于增強(qiáng)輸入光26與碳納米芽分子23的相互作用。納米芽層后面的鏡(正如從入射 光26的側(cè)面看到的)，后鏡24，具有非常高的反射率，使得入射光沈不能夠從后側(cè)漏出結(jié) 構(gòu)。當(dāng)光撞擊結(jié)構(gòu)時(shí)，光穿透反射性較弱的前鏡25，并在從前鏡25的側(cè)面漏出結(jié)構(gòu)之前在 兩個(gè)鏡Μ、25之間經(jīng)歷多次反射。在每次穿過包括碳納米芽分子23的層22時(shí)，一部分入 射光沈與納米芽層22相互作用，這增加總的相互作用量。此外，此類型的干涉儀呈現(xiàn)出光 譜選擇性，這是因?yàn)閮蓚€(gè)鏡對(duì)、25之間的光腔僅支持取決于腔長的某些波長。圖10的器件 裝置還包括電接觸27，使得可以將電壓V施加在包括碳納米芽分子23的層22上。此電壓 V可以用于例如電調(diào)制層22的光學(xué)特性。為了使圖5的板17或圖10的層22有效地用作非線性光學(xué)部件，應(yīng)該使板17或 層22的光吸收量最大化。為此，應(yīng)該使每碳納米芽分子的碳納米芽分子的平均光俘獲截面 最大化。通過確保板17內(nèi)或?qū)?2內(nèi)的分子彼此分離，可以增大平均光俘獲截面。增強(qiáng)碳 納米芽分子的分離的一種方式是在沉積階段已經(jīng)將它們從這些分子的束中分離出。這可以 通過，例如利用成束的碳納米芽與單獨(dú)的碳納米芽分子之間的電荷差異來實(shí)現(xiàn)。增大的光 俘獲截面導(dǎo)致包括碳納米芽分子的材料中的光學(xué)過程的增強(qiáng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，器件利用碳納米芽分子的反向可飽和吸收作用。在 如圖5的情形中，反向可飽和吸收意指輸入束16的吸收隨輸入束16的強(qiáng)度的變化增加。 因此，碳納米芽分子18或包括碳納米芽分子的材料件，諸如圖5中的板17，可以被用作保 護(hù)器件中的光限制器。這些器件可以獲得在例如光學(xué)傳感器和眼保護(hù)設(shè)備上的應(yīng)用。圖12中闡釋反向可飽和吸收作用。令人驚奇地觀察到，碳納米芽分子的富勒烯部分有效地 用作反向可飽和吸收器。尤其觀察到，類富勒烯結(jié)構(gòu)或富勒烯，例如巴克敏斯特富勒烯 (buckminsterfullerene)^，在碳納米芽分子中是有效的反向可飽和吸收器。另外，當(dāng)碳納 米芽分子的管狀部分本身或經(jīng)由發(fā)色團(tuán)的官能化呈現(xiàn)出如上所述的可飽和吸收特征時(shí)，碳 納米芽分子為各向異性地起作用的光學(xué)或光電器件提供特殊的平臺(tái)。另外，可以與可飽和吸收作用結(jié)合使用納米芽分子的富勒烯部分的反向可飽和吸 收作用，以在本發(fā)明的前述實(shí)施方案中的任一個(gè)內(nèi)限制通過包括碳納米芽分子的區(qū)域透射 的電磁輻射的強(qiáng)度。通過控制納米芽內(nèi)的富勒烯部分的濃度，可以控制反向可飽和吸收效 果。此作用可以用于，例如限制器件的輸出強(qiáng)度或保護(hù)器件的各部分免受因過量的電磁能 造成的損壞。由于碳納米芽分子呈現(xiàn)出可飽和吸收(納米芽分子的管狀部分)特性和反向可飽 和吸收(納米芽分子的富勒烯部分)特征，所以這些分子可以容易地用于產(chǎn)生根據(jù)圖13的 輸入-輸出關(guān)系，其結(jié)合可飽和吸收作用與反向可飽和吸收作用。此關(guān)系可以在例如圖5 的器件裝置中的輸入束16與透射束19之間被觀察到。此類型的通用輸入-輸出函數(shù)可以 有效地用在例如光信號(hào)處理、脈沖再生、波形整形和光學(xué)開關(guān)應(yīng)用中。如圖14a中所示，與可飽和吸收作用結(jié)合的反向可飽和吸收作用允許電磁脈沖被 整形。圖1 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案闡釋原始脈沖序列45如何單獨(dú)被可飽和吸收作 用46、單獨(dú)被反向可飽和吸收作用47以及被結(jié)合的可飽和吸收作用與反向可飽和吸收作 用48改變，以例如從具有較長的上升和下降時(shí)間的寬的、形狀不佳的原始脈沖序列45產(chǎn)生 具有較短的上升和下降時(shí)間的更似方形的脈沖。這種改進(jìn)的脈沖是較窄的且易于被檢測(cè)器 件隔離，因而允許例如光纖中的光信息流的帶寬和脈沖速率的增加。圖14c和圖14d顯示 對(duì)于在用所述方法重整之前(圖14c)和之后(圖14d)的脈沖的改善的脈沖分離。圖14b 闡釋以不同虛線表示的四個(gè)不同的脈沖序列，從圖14b明顯看出因較窄的脈沖導(dǎo)致的脈沖 速率增加的能力。在這些脈沖序列中獨(dú)立的脈沖可以被容易地隔離。例如，碳納米芽分子中富勒烯部分的濃度的調(diào)節(jié)、基質(zhì)材料中納米芽分子的濃度 的調(diào)節(jié)、納米芽分子的直徑的調(diào)節(jié)、以及例如用發(fā)色團(tuán)的納米芽分子的官能化的量和類型 的調(diào)節(jié)，可以用于確定加在電磁輻射上面的碳納米芽的調(diào)制作用，且因而確定所得到的脈 沖形狀和強(qiáng)度。通過利用由碳納米芽分子的不對(duì)稱形狀產(chǎn)生的偏振，碳納米芽分子可以通過被暴 露于外部電場(chǎng)而在指定的方向上對(duì)準(zhǔn)。由于此對(duì)準(zhǔn)規(guī)定碳納米芽分子的反向可飽和吸收富 勒烯部分與可飽和吸收管狀部分的相對(duì)方位，所以可能設(shè)計(jì)器件，在器件中電磁輻射的輸 入束(例如，圖5的輸入束16)受到可飽和吸收或反向可飽和吸收，這取決于具有碳納米芽 分子的輸入束的入射角。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所清楚的，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，相反，各實(shí)施方案可 以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)隨意變化。
權(quán)利要求
1.一種碳納米芽分子(3、9、18、23、29、36)的用途，該碳納米芽分子具有共價(jià)鍵合到管 狀碳分子側(cè)部的至少一個(gè)富勒烯部分以在器件內(nèi)與電磁輻射相互作用，其中所述與電磁輻 射相互作用是通過所述碳納米芽分子的弛豫和/或激發(fā)發(fā)生的。
2.如權(quán)利要求1所述的用途，其特征在于所述碳納米芽分子用于飽和吸收電磁輻射。
3.如權(quán)利要求1所述的用途，其特征在于所述碳納米芽分子用于反向飽和吸收電磁輻射。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的用途，其特征在于所述管狀碳分子用于飽和吸收電 磁輻射，且共價(jià)鍵合到所述管狀碳分子的所述富勒烯部分用于反向飽和吸收電磁輻射。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的用途，其特征在于兩個(gè)或多個(gè)相互對(duì)準(zhǔn)的碳納米芽 分子用于在所述器件內(nèi)使能電磁輻射的各向異性吸收。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的用途，其特征在于所述碳納米芽分子用于偏振光發(fā)射。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的用途，其特征在于發(fā)色團(tuán)連接到所述碳納米芽分 子，以對(duì)于所述納米芽分子增強(qiáng)電磁輻射的吸收特征的非線性。
8.如權(quán)利要求7所述的用途，其特征在于所述發(fā)色團(tuán)連接到所述碳納米芽分子的所述 富勒烯部分，以對(duì)于所述納米芽分子增強(qiáng)電磁輻射的吸收特征的非線性。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的用途，其特征在于所述器件包括兩個(gè)或多個(gè)碳納米 芽分子，其中所述兩個(gè)或多個(gè)碳納米芽分子彼此分離，以增大單個(gè)碳納米芽分子的光俘獲 截面。
10.一種包括碳納米芽分子(3、9、18、23、29、36)的器件，所述碳納米芽分子具有共價(jià) 鍵合到管狀碳分子側(cè)部的至少一個(gè)富勒烯部分，其特征在于該器件包括一個(gè)或多個(gè)至少部 分P型導(dǎo)電的碳納米芽分子和一個(gè)或多個(gè)至少部分η型導(dǎo)電的碳納米芽分子，使得所述一 個(gè)或多個(gè)至少部分P型導(dǎo)電的碳納米芽分子與所述一個(gè)或多個(gè)至少部分η型導(dǎo)電的碳納米 芽分子電接觸，以使能輻射性的電子-空穴重組。
11.如權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于所述器件包括與所述一個(gè)或多個(gè)至少部分 η型導(dǎo)電的碳納米芽分子(9)電接觸的第一電極(10)、與所述一個(gè)或多個(gè)至少部分ρ型導(dǎo) 電的碳納米芽分子(9)電接觸的第二電極(11)、柵電極(12)、以及所述柵電極(12)與所 述碳納米芽分子(9)之間的使所述柵電極(1 與所述碳納米芽分子(9)電絕緣的絕緣層 (13)。
12.一種包括碳納米芽分子(3、9、18、23、29、36)的器件，所述碳納米芽分子具有共價(jià) 鍵合到管狀碳分子側(cè)部的至少一個(gè)富勒烯部分，其特征在于發(fā)色團(tuán)連接到所述碳納米芽分 子，以影響所述器件的光譜特征并對(duì)于所述分子增強(qiáng)電磁輻射的吸收特征的非線性。
13.如權(quán)利要求12所述的器件，其特征在于所述發(fā)色團(tuán)連接到所述碳納米芽分子的所 述富勒烯部分，以影響所述器件的所述光譜特征并對(duì)于所述分子增強(qiáng)電磁輻射的吸收特征 的非線性。
全文摘要
具有至少一個(gè)共價(jià)鍵合到管狀碳分子側(cè)部的富勒烯部分的碳納米芽分子(3、9、18、23、29、36)用于在器件內(nèi)與電磁輻射相互作用，其中與電磁輻射相互作用是通過碳納米芽分子的弛豫和/或激發(fā)發(fā)生的。
文檔編號(hào)H01L51/42GK102077378SQ200980124653
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者大衛(wèi)·P·布朗, 布拉德利·J·艾奇遜 申請(qǐng)人:卡納圖有限公司