[发明专利]提供无边缘纳米管谐振器阵列的装置、方法、和计算机程序产品

说明书

技术领域

概括地说，本发明的示例性实施例涉及碳纳米管器件，更具体地，涉及可调谐射频滤波器技术。

背景技术

纳米机电系统(NEMS)是纳米技术的发展中的领域。NEMS包括依赖于机械移动的纳米管器件。纳米管还可称为纳米棒(nanorod)、纳米纤维、和纳米晶须。可调谐射频(RF)滤波器是NEMS的实例。

一些频率可调的谐振器将电容特性用于激励/变频。这些频率可调的谐振器典型地包括大规模并行阵列。在这样的阵列中的管或光纤的数目大约为10,000-100,000。

图1中示出对于这种阵列的最简易几何体。这种几何体在管被分隔的足够远，使得侧电极遮蔽管之间的库仑相互作用的情况下工作。

移动管使之彼此更接近导致管之间的库仑相互作用在管上发挥更大的效应。这种相互作用在使用共同谐振时是有用的。然而，对于这样安排的缺陷在于，在阵列中的管/光纤上的电荷分布将不是均匀的。与阵列内部的管相比，更多电荷将聚集在阵列边缘处的管上。

图1示出传统的线性阵列谐振器。当源极偏置电压V_S处于该系统与输入的信号频率谐振的条件下，在栅极上输入的RF信号激励CNT/CNF(碳纳米管/碳纳米纤维)。偏置电压是V_g和V_s之间的差。源极不需要电接地；它可具有电势Vs，Vg可以使用相同电势来偏移。

当系统谐振时，通过电容变频，将信号传送至漏极120。因此，该器件用作可调谐滤波器。因为管正在相互作用，在管上沿着阵列方向(x方向)的电荷分布不相同。在插图中将典型的分布显示为Q。这样的分布可使得管更接近于要调谐的边缘，并导致过早咬接。

由于电荷的不等，当施加足够电压时，在边缘处的管将更易受到电极吸引，并且如图2a所示可咬合接触。一旦两个最外侧的管咬合接触，DC路径可对于电流可用，并且可导致该器件的毁坏。

尽管例如可通过电极上的介电介质层防止DC路径的发展，但是同样出现其他问题。只要最外侧的管咬合接触，在阵列中的剩余管上的电荷分布就被重新分布，以再一次聚集在边缘周围。因此，更多的管可咬合接触(如图2b所示)。这将导致整个阵列最终咬合接触的级联效应。

图2b示出过早咬接的级联现象。如图2所示，在阵列端部的管承载更多的电荷。这些管与中心的管相比更易受到漏极120的吸引。因此，他们将在内部纳米管之前进行咬合接触。如图2a所示，一旦最外侧的管咬接，电荷就重新分布，从而没有咬合接触的两个最外侧的管将经历更大的力。然后，如图2b所示这些管也将咬合接触。这生成可导致所有管咬合接触的级联效应。

因为主变频源自阵列内部的部件，所以咬接级联效应导致器件的全频率调谐范围不可用。

可参照PCT/SE02/00853，其描述了纳米管弯曲至接近电路的纳米管继电器设备。

PCT/SE05/00691描述了若干纳米继电器的配置，所述若干纳米继电器利用系统的机电谐振以用作滤波器。作为进一步实例，见US 6,737,939和US 7,301,191。

已经提出了针对咬接问题的某些现有方案，例如，在管之间具有不相同的间隔，在边缘附近增加管间距离，或使用弯曲以接近于边缘的电极。第一个方案的缺陷在于，在阵列中的部件之间的相互作用变得不相同，并且共同谐振模式不可能防止谐振的无序感应扩大(disorder inducedbroadening)。因为两个可选方案需要管或电极几何体的图形模式被精确控制，所以他们同样受到制造方面的限制。

需要一种更加实践性的方案，通过解决在纳米管阵列边缘处的电荷聚集的问题来提高谐振器的调谐范围。

发明内容

根据本发明的示例性实施例是一种纳米管装置。所述装置包括：第一电极，具有第一边缘。还包括：在闭合路径中分布的纳米管阵列。所述闭合路径围绕所述第一电极并邻近所述第一边缘。所述闭合路径局部是直的。所述纳米管中的每个包括自由摆动的端部。所述装置还包括：第二电极，具有围绕所述第一电极和所述纳米管阵列的第二边缘。

根据本发明的另一示例性实施例是一种制造纳米管谐振器的方法。所述方法包括：提供衬底。在所述衬底上形成具有第一边缘的第一电极。在所述衬底上以闭合路径设置纳米管阵列。所述闭合路径邻近所述第一边缘并围绕所述第一电极。所述纳米管中的每个的端部可自由移动(例如，摆动)。