专利名称：半导体-金属线圈单元和包括其的电装置的制作方法
技术领域：
本公开尤其涉及包括至少一个半导体材料3D线圈和至少一个导电金属3D线圈的线圈单元。更具体地，本公开涉及这样的线圈单元，其中，至少金属线圈具有在一个或多个螺旋形半导体线圈之上或在多个环形半导体线圈之上延伸的螺旋形构造。本公开还涉及包括一个或多个这样的线圈的线圈组件和电装置。
背景技术：
许多半导体材料(包括一些光电导材料)极难形成三维(3D)线圈。为了制造相关设备，大部分半导体材料利用诸如化学气相沉积、物理气相沉积、外延、溅射或真空沉积的任何一种表面技术形成为各个层(两维或2D结构)。然而，这些层形成技术对于形成基本上2D的形状是有效的，在比MEMS大的尺寸范围上，由这些技术形成这种材料的3D结构却难以普遍成功。如在此使用的，“3D”或“三维”结构在X、y、z的所有方向分别具有比由传统的半导体层形成技术可形成的层厚度大的尺寸。例如，如果已经形成为各个尺寸(在X、1、z中的每一个方向上)都比薄层厚度大的结构，则由半导体材料或金属材料薄层制成的线圈是“3D”结构。在US专利公开N0.2007-0007844A1中，3D半导体-金属线圈被构造为涂布有光电导材料的金属线圈。首先，制造由金属线制成的金属线圈，接着利用诸如光电导体的半导体材料涂布该金属线圈。可惜的是，即使在使半导体材料以浆体的形式施加到金属线圈的情况下，也难以获得将光电导材料粘附到线圈金属上的满意的粘性。此外，由于这些线圈缺乏任何物理支撑，所以它们在实际使用时非常易碎。
发明内容
如在此公开的，通过在此公开的方法、设备和装置解决制造实用的且可靠的3D半导体-金属线圈的问题。具体地，半导体-金属线圈单元的示例性实施例通过在衬底的3D电介质表面上形成半导体材料膜来制作。根据3D线圈的尺寸和形状确定该表面的尺寸和形状(例如圆柱形)。将半导体材料膜的所选择区域从电介质表面去除，以使得剩余在衬底表面上的半导体膜限定具有螺旋形或其他3D线圈结构的至少一个半导体线圈。由期望不会与半导体材料反应的金属制作的对应的导电金属线圈被设置在半导体线圈的外表面上，从而形成具有至少一个半导体线圈和金属线圈的线圈单元。线圈单元可以被构造为使得多个线圈单元可以以还自动地获得线圈单元彼此之间的电连接的方式容易地机械连接到彼此。用于制造半导体线圈的特别期望的半导体材料是各种光电导材料中的任何一种，诸如但不限于硫化镉和硫化铅。光电导材料(或半导体材料)可以是多种光电导(或半导体)材料的混合体。如在此所述的线圈单元可以用于各种电源装置。
图1是示出用于形成线圈单元的示例性3D衬底的正二轴测图。图2是示出图1的衬底的正二轴测图，在该衬底上已经形成3D螺旋形半导体材料线圈，接着在半导体线圈的表面上设置对应的导电金属线圈，从而形成3D线圈单元的实施例。图3A是示出圆柱形衬底的替代构造的正二轴测图，在该衬底上已经形成半导体材料(特别是光电导材料)膜，接着选择性去除半导体膜的多个环形区域，以在圆柱形衬底表面上形成一系列对应的半导体环形线圈。图3B是示出图3A的衬底的正二轴测图，在该衬底上，金属螺旋形线圈已经被设置在半导体线圈的圆柱形表面上。该图还描述了可以利用一系列的LED照射光电导材料的示例性方式。图4是示出如通过每个线圈组件的一端上的法兰特性促使而耦合在一起且电连接在一起的如图2所示的两个线圈单元的正二轴测图。图5是耦合且连接在一起以形成电源设备的如图2所示的四线圈单元的端视图。图6A是示出用于线圈单元的衬底的替代实施例的正二轴测图。图6B是根据线圈单元的第二实施例的图6A的衬底的正二轴测图，在该衬底上已经形成螺旋形半导体材料线圈和螺旋形导电金属线圈。图6C是关于轴A以径向耦合的方式耦合在一起的如图6B所示的四线圈单元的端视图。图7是包括至少一个线圈单元的电源装置的电示意图。附图意图在于说明构造的通常方式，而不一定是按照比例绘制的。在此，在详细的描述和它们自身的附图中示出和描述了具体的示例性例子。然而，应该理解，附图和详细说明不是意图将本发明限制到公开的特定形式，而仅仅是示例性的，并且意图在于教导本领域技术人员如何制造和/或使用在此要求保护的发明。
具体实施例方式下面，将在代表性实施例的上下文中描述本发明，这些代表性实施例不意图以任何的方式限定本发明。如在本申请和权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”、和“该”包括复数形式，除非上下文清楚地指示其他的情况。此外，术语“包括”意味着“包含”。进一步地，术语“耦合”包含将元件耦合或链接到一起的机械方式以及其他实际的方式，并且不排除在耦合元件之间存在媒介元件。在此描述的事物和描述的方法不应当解释为以任何方式进行限制。相反，本公开指向单独及以相互各种组合和子组合的各种公开实施例的所有新颖和非显而易见的特征和方面。公开的事物和方法不限于任何具体的方面或特征或其组合，公开的事物和方法也不需要任何一个或多个存在的具体优势或解决的问题。
虽然为了便于介绍在此以特定的、连续的顺序描述了所公开方法的执行，但是应该理解，这种描述方式包含重新布置，除非在下文的描述中以具体的语言要求特定的顺序。例如，在一些情况中，连续描述的操作可以被重新布置或同时执行。此外，为了简化，附图可以不示出公开的事物和方法可以与其他事物和方法结合使用的各种方式。此外，描述有时使用类似“生产”和“提供”这样的术语以描述公开的方法。这些术语是执行的实际操作的高度概括。与这些术语相对应的实际操作可以依赖于特定的实现而改变，并且是由本领域技术人员容易地可辨别的。在接下来的描述中，可以使用例如“上”、“下”、“上面”、“下面”、“水平”、“垂直”、
“左”、“右”等的一些术语。当处理相对关系时，这些术语在适当处用于提供一些清楚的描述。但是，这些术语不意图暗示绝对的关系、位置和/或方向。例如，相对于一个物体，仅仅通过将该物体翻转过来，就可以使“上”表面变成“下”表面。然而，它仍然是同一个物体。本公开包含的是线圈单元、用于制造线圈单元的方法、以及包括一个或多个线圈单元的线圈组件和电装置。示例性线圈单元是三维(3D)的，如通过提供非导电3D表面的衬底限定，线圈位于该3D表面上。因此，线圈具有对应的3D构造。线圈包括位于衬底外表面上的至少一个半导体材料线圈和与(一个或多个)半导体材料线圈(至少部分地)重叠的至少一个导电金属线圈。通过在衬底外3D表面上形成(一个或多个)半导体材料线圈，(一个或多个)半导体材料线圈被物理地支撑并且是持久的。持久性不受在(一个或多个)半导体线圈上形成、放置、施加或其他方式附接(一个或多个)导电金属线圈损害。如在此描述的线圈单元克服了获得在3D结构中将半导体材料粘附到金属的满意粘性的传统困难。在制造线圈单元中使用的特别有利的半导体材料是光电导性的各种半导体材料。这些材料被称为“光电导材料”。不意图限制的一种示例性光电导材料是硫化镉(Cds)。如在此使用的，“半导体”包含光电导体。在线圈单元中，特别有利的线圈形状是螺旋形，这是在由电介质材料制成或者包括在其上可以形成线圈的一层或多层电介质材料的圆柱形衬底的外表面上容易地可形成的3D结构。在主题方法的有用的实施例中，(一种或多种)半导体线圈首先形成在衬底上，接着将金属线圈设置在半导体线圈的表面上。3D线圈单元在线圈单元的示例性实施例中，半导体材料膜形成在基本圆柱形的管10或其他类似形状的刚性非导电性(电介质的)衬底的外表面上。容易理解，圆柱形外表面是3D表面。半导体材料可以是例如多晶的或非晶的，并且可以具有允许膜在被形成在衬底表面上时维持其完整性的便利的或有用的厚度。使用形成半导体膜的任何一种技术，将(一个或多个)半导体线圈形成在衬底上。在线圈单元中使用的特别有用的半导体材料是任何一种光电导体，包括但不限于光电导有机化合物、光电导硅、包括至少一种半导体的光电导混合物和组合物，以及石墨烯。在经受电压降的同时，只要材料被一个或多个合适波长的光照射，光电导体就会产生电流。电流可以由于正常质量(normal mass)的导电电子的传播以及低于正常质量的导电电子的传播。取决于具体的材料，这些所谓的低质量(low-mass)电子由照射而移动以携带电流。在一些情况中，在特定的环境条件下，低质量电子由材料自然地产生。在衬底表面上形成半导体材料膜之后，去除半导体材料的选择区域，以在衬底表面上形成进入一个或多个线圈的半导体膜剩余区域。例如，可以通过研磨、机械加工、选择性蚀刻、或激光烧蚀来选择性地去除。研磨可以使用窄研磨或切割工具手动地或通过自动切割机器执行。激光烧蚀可以使用导向衬底表面上的激光束来实现，其中，当激光烧蚀在激光束入射的位置上的材料时，激光、衬底或两者移动。作为这种选择性去除的结果，衬底的圆柱形表面上的半导体层的对应区域被去除，以使得半导体膜的剩余部分在衬底表面上限定线圈(例如圆形或螺旋形)。例如，通过从表面上去除半导体的互补形状的螺旋形区域，可以将半导体材料膜形成为膜状螺旋形线圈。在这样选择性去除半导体材料之后，衬底表面上剩余的半导体被构造为在衬底上具有螺旋形或其他3D形状的、在其原来的位置上的半导体带。半导体膜的这种选择性去除的结果是使得如此形成的半导体线圈典型包括多匝或“绕组”，并且具有外表面。在衬底的表面上形成半导体材料线圈之后，至少一个导电金属线圈形成在、施加至IJ、配合到、或以其他的方式附接到半导体线圈的外表面。关于形成的导电金属线圈的具体材料，唯一的通用标准是金属和半导体材料不应相互反应。否则，一个或全部线圈可能由于共反应而经历实质退化。因此，不锈钢是用于制作金属线圈的有利的材料。在许多实施例中，金属线圈具有与半导体线圈相同的节距，因此金属线圈的每个环由半导体线圈的对应环标记。虽然在一些实施例中，例如通过在金属线圈和下面的半导体线圈之间介入一层或多层电介质防止金属线圈接触半导体线圈，但是期望金属线圈在原来的位置上接触下面的半导体线圈。(如果在金属线圈和半导体线圈之间介入电介质膜，则金属线圈可以由与半导体材料起反应的材料制成。)为了使相对硬的金属条与半导体线圈紧密地一致，可以分开地形成金属条，并且在将线圈施加到半导体线圈的外表面之前，预先将其卷曲为比半导体线圈的直径小的直径。在任何情况下，对于金属线圈的绕组，使金属线圈的位置充分地接近半导体线圈，以在激励线圈时在半导体线圈的对应绕组中产生库仑拉力。如上所述制成的线圈单元克服了在导电金属线圈表面上直接形成半导体材料线圈的传统难点。制作线圈单元典型地由在衬底外表面上(或者至少由外表面限定)施加或形成至少一个半导体材料层(或重叠堆叠的多层)而开始。如果半导体层包括多个半导体材料层，则这些层可以都彼此相同，或者在成分方面、构造方面、或这两者上可以彼此不同。该(一个或多个)层可以由任何一种合适的方法形成，诸如但不限于化学浴沉积、化学气相沉积、溅射(例如石墨烯)、或用于施加半导体材料的微晶体浆体的任何一种技术。如果半导体材料作为浆体被施加到衬底表面上，则在随后去除浆体的载体流(例如通过在烤炉中加热)，接着如果需要烧结剩余的半导体材料。如果通过执行一个膜形成方案不能获得需要的膜厚度，则可以根据需要重复该方案以生产所需的半导体材料膜厚度。期望衬底的内表面不涂布半导体材料，以避免具有产生冲突第二半导体膜，这可能具有与期望电流相反的不可控制的电流。半导体材料可以施加在衬底的整个外表面上，接着如上所述地从选择的区域去除半导体材料，以将衬底表面上剩余的半导体材料形成为一个或多个线圈。期望地，半导体的选择性去除在衬底的整个长度上执行，这便于提供具有允许多个线圈单元耦合到一起的特性的线圈单元以在电装置中使用。在一些电装置中，多个线圈单元(例如两个、四个、六个或八个)耦合在一起，以将半导体和金属线圈形成为各个闭环电路。
线圈衬底为了用于形成线圈单元，通常具有圆柱形或近圆柱形形状的衬底是方便的。替代地，衬底可以具有用于特定应用的任何一种其他的形状(例如矩形)。衬底由任何一种刚性、惰性材料制作，期望该材料对将与线圈一起使用的(一个或多个)光激励波长是透明的(特别是如果从衬底内腔内侧获得光激励)。衬底还是非导电性的，即由电介质材料制作，或者包括一个或多个电介质层，在该电介质层上形成或施加线圈。示例性衬底由电介质材料制作，诸如硼硅酸盐玻璃、刚性聚合物、或其他合适的材料。在图1中示出圆柱形衬底10的代表性实施例。衬底10具有第一端12，第二端14，和在两者之间延伸的3D衬底表面16。期望地，衬底表面16在其整个长度上具有恒定直径。在此实施例中，第二端14包括具有比第一端12或衬底表面16的直径大的直径的端部18(通常称为“法兰”)。在第二端14上而不是在第一端12上存在法兰18便于邻近的线圈单元以还自动地导致线圈单元的各半导体线圈和各导电金属线圈的对应端对端连接的方式奉禹合在一起。线圈单元的第一实施例在图2中示出线圈单元30的代表性实施例。线圈单元30包括如上所述的非导电衬底10，由半导体材料制成的第一线圈32，和由导电金属制成的第二线圈34。衬底10具有圆柱形外表面，其是线圈32、34所形成在的示例性3D表面。如上所述地，通过在衬底10的外表面上直接形成半导体材料膜，由任何金属分开地制作第一线圈32，接着通过选择性地去除膜的螺旋形形状区域36。半导体材料例如可以使用窄研磨仪器或通过激光烧蚀从区域36去除，在半导体膜中留下间隔，该半导体膜从衬底的一端到另一端形成剩余的半导体材料的螺旋状图案。去除材料的区域36围绕衬底10缠绕，并且从其第一端38延伸到第二端40，包括延伸到法兰42上。因此，区域36限定剩余的半导体层，作为围绕衬底外表面缠绕的半导体的螺旋形第一线圈32。第一线圈32具有外表面。由导电金属制成的第二线圈34被设置在第一线圈32的外表面上，并且与第一线圈共同延伸。因此，两个线圈32、34位于衬底的外表面上，并且具有以围绕衬底的多个绕组为特征的各自的螺旋形结构。虽然图2示出了具有基本上相同节距的第一和第二线圈32、34，但这不意图限制。如果期望或者需要，一个线圈可以具有与另一个线圈不同的节距。此外，虽然图2示出了第一和第二线圈具有在轴向方向上具有基本上相等的各自宽度的绕组，但这不意图限制。如果期望或者需要，第二线圈34可以具有比第一线圈32窄的绕组。如果第一线圈32的半导体材料是光电导体，则第二线圈34的更窄的绕组具有特别的效用，其中，第二线圈的更窄的绕组允许第一线圈的基本区域接收光电导或光刺激的光。即，第二线圈34的更窄的绕组防止第一线圈32被第二线圈过度妨碍。虽然图2示出了第一和第二线圈32、34在线圈单元30的轴向长度上具有基本上相等的节距，但这不意图限制。每个线圈或两个线圈32、34可以具有变化的节距。虽然图2示出了第二线圈34为一层绕组，但这不意图限制。替代地，第二线圈的绕组可以在多于一个层中。由导电金属制成的第二线圈34的绕组可以仅仅通过以螺旋的方式在第一线圈上围绕衬底圆周地缠绕对象金属的线、带、或条而形成。这种缠绕可以通过手或机器来进行。替代地，例如第二线圈34可以分开地形成，然后在第一线圈之上配合(例如滑动)到衬底上。再者，这可以手动地或通过机器执行。还可以设想第二线圈可以被施加或形成在原来的位置上，只要该特定的原位方法不破坏第一线圈32。期望金属绕组和半导体材料绕组基本上在衬底的整个长度上延伸。在衬底的端部上，期望第一线圈的绕组根据需要而分叉，以将各位置上的绕组的各端放置在衬底端部上或衬底端部附近，以便于当多个线圈单元被耦合在一起(例如并联地)成为线圈组件时自动地电连接各半导体线圈。在线圈组件中，金属条或金属“跳线”可以用于将邻近的线圈单元的各金属线圈连接在一起。夹子紧固件、小铆钉、或小螺栓可以用于将跳线连接到金属线圈的端部。通常，不必要使第二线圈的绕组相对于第一线圈的绕组精确放置。关于线圈放置的主要标准是第二线圈的绕组足够紧密地接近第一线圈的绕组，以便当被第二线圈中的电子流驱策时，第二线圈对第一线圈中流动的电子产生库仑拉力。如上所指出的，第一和第二线圈之间的实际物理接触通常不是问题。(然而，在一些应用中，金属线圈和半导体线圈之间没有实际的接触；接触可以通过在第一和第二线圈之间介入一个或多个电介质层来防止。)线圈单元的第二实施例在图3A-3B示出的本实施例60中，如第一实施例中所述的，电介质材料的圆柱形(3D)衬底62的外表面涂布有半导体。例如通过研磨或激光烧蚀从衬底62去除圆形半导体材料带64，剩余环绕衬底62的半导体的多个环66。(这些环66中的每一个都可以被看作分别的单环形线圈。)诸如不锈钢的不起反应的金属的窄条以螺旋的方式缠绕或以其他的方式设置在半导体环66的表面上。得到的金属环67期望从衬底62的一端延伸到另一端，从而覆盖每个半导体材料环66的部分。在半导体是光电导体的情况下，金属条68期望是足够窄的，以使得每个半导体环66的显著部分可以接收来自照明源的激励光子，该照明源诸如产生导向半导体环形线圈的光的期望波长的附近的LED70。当将本实施例的线圈单元并入电装置中时，装置的“发送”线圈(未示出)可以位于线圈单元60的旁边并且与其平行。另外的线圈单元60被布置为彼此平行，并且径向地围绕发送线圈以在线圈单元的金属线圈中感应振荡。在替代的构造中，本实施例的金属线圈67可以直接用作发送线圈，而为此目的不必利用第二线圈。馈送到金属线圈67中的振荡电流在半导体材料环66上施加库仑拉力。半导体环66中的电振荡依次可用于在输出线圈(未出)中感应电振荡。金属线圈67的端部设置有孔72，以便于互连(例如使用导电跳线(未示出))。线圈纟目件中的多个线圈单元的互连图4示出包括第一和第二线圈单元82a、82b的线圈组件80的实施例，第一和第二线圈单元82a、82b位于彼此邻近以使得第一线圈单元82a的第一端83定位在第二线圈单元82b的第二端84附近，并且第一线圈单元82a的第二端85定位在第二线圈单元82b的第一端86附近。这种布置允许邻近的半导体线圈彼此容易电连接(通过半导体到半导体接触)，并且在某些实施例中允许邻近的金属线圈彼此容易电连接。具体地，仅仅通过第二线圈单元82b的法兰92与第一线圈单元82a的第一端88的横向接触，第一线圈单元82a的半导体线圈的第一端88连接到第二线圈单元82b的半导体线圈的第二端90。如果需要，可以通过在第一线圈单元82a的法兰96和第二线圈单元82b的第一端98之间放置电介质材料件94，来防止线圈组件80的相反端上的这样的接触。同时，在本实施例中，使用导电跳线104将第一线圈单元82a的金属线圈的端部100和第二线圈单元82a的金属线圈的端部102电连接在一起。跳线104可以通过纤焊(例如软纤焊)、焊接、或使用任何一种紧固件、铆钉、螺栓来固定到金属线圈的端部100、192。另外的线圈单元(未示出)可以以类似的方式连接到图4中示出的对上，从而提供多个金属线圈和多个半导体线圈各自的串联连接。在图4中，金属线圈由螺旋形、阴影带指示。在衬底的表面上限定螺旋形的半导体材料线圈的研磨或烧蚀线由厚虚线指示。图5是包括如图2所示的四个线圈单元152a、152b、152c、152d或如图4所示的两个线圈组件的线圈组件150的端视图，示出线圈组件可以构成的、为了空间效率和操作效率而在占用最小体积的同时使多个线圈单元152a-152d彼此尽可能地紧密地放置的代表性方式。具体地，通过将线圈单元152a-152d彼此平行地布置并且关于与线圈单元平行的中心轴A径向地布置，来实现效率。在此图中可视的分别是第一和第三线圈单元152a、152c的法兰154a、154c，第二和第四线圈单元152b、152d的法兰154b、154d。法兰154a、154c比法兰154b、154d位于离观察者更近。此外，可视的是将第一和第二线圈单元152a、152b中的线圈156a、156b连接在一起的导电金属跳线155a，将第二和第三线圈单元152b、152c中的线圈156b、156c连接在一起的导电金属跳线155b，将第三和第四线圈单元152c、152d中的线圈156c、156d连接在一起的导电金属跳线155c，和将第四和第一线圈单元152d、152a中的线圈156d、156a连接在一起的导电金属跳线155d。各个半导体线圈以图4中示出且如上所述的紧密的方式串联地互连。为了低质量电子的传导，关键的是半导体线圈以紧密串联的方式连接在一起。如果期望或需要，各个输出线圈158a_158d可以轴向地插入圆柱形衬底的内腔中。此外，各个发送线圈160可以沿着组件的轴A、与每个组成线圈单元152a-152d平行地嵌套在四个线圈单元的组件150的内部。线圈单元的第三实施例在图6A和图6B中示出线圈单元的第三实施例120。在图6A中，此线圈单元120的衬底122是圆柱形的，具有第一端124和第二端126。每个第一端124包括一个或多个升高部128、129，并且每个第二端126包括一个或多个升高部130、131 (在每一端上示出两个)。在第一端124上的每个升高部128、129在第二端126上具有与其轴向地对齐的对应的升高部130、131。在图6B中示出包括图6A的衬底的线圈单元140。示出了限定半导体线圈143的螺旋绕组的研磨线142。此外示出了金属线圈的绕组144和升高部128-131。相对的升高部128-131便于邻近线圈单元的机械耦合在一起。例如，如图6C所示，示出四个线圈单元120a-120d使用在每个线圈单元的每个端部上的升高部128、129、130、131 (间隔开90° )彼此耦合。在每个线圈单元的每个端部上，至少一个升高部连接到半导体线圈的一个端部。结果，当线圈单元组装为如所示的四线圈组件时，各半导体线圈头对尾地自动地连接到一起，这可以用于形成四个半导体线圈的闭环电路。期望组件关于与线圈单元平行的中心轴是径向的。当将线圈单元组装到一起时，能够如上所述地使用金属跳线将线圈连接到一起，或者可以使用在每个线圈单元的每个端部上的第二升高部以将线圈自动地连接到一起。在每种情况中，四线圈布置包括中空部133 (沿轴A延伸)，其中可以设置另一线圈(例如发送线圈)。在本实施例中的每个升高部包括孔135，其可以接收螺栓(期望是尼龙等的)或其他紧固件以在组件中将线圈单元保持在一起。为了更容易组装，孔可由槽等代替。可以使用夹子紧固件来替代螺栓。虽然图6C示出包括四个线圈单元的线圈组件，但这不意图限制。闭环电路可以通过以这种径向的方式布置任何偶数个线圈单元以形成包括多个半导体线圈和导电金属线圈的各个电路。可以以径向组装来组装的线圈单元的数量主要由升高部之间的径向角度确定。如图中所示，升高部之间的90°的径向角度允许组装四个线圈组件。135°的径向角度允许组装八个线圈组件。在图6C中示出的布置中，如果电路将用于传导低质量电子，则所有线圈单元的半导体线圈以闭环的方式串联连接在一起。低质量传导电子典型地具有大漂移速度。如果在某些应用中使用期间，在半导体线圈中发生中断，则电荷将几乎立刻在中断处积累，而不是如所期望地贯穿半导体线圈地分布。衬底为半导体线圈提供极好物理支撑，并且从而为导电金属线圈提供极好物理支撑。低质量电子在某些材料的某些条件下，传导电子具备比正常传导电子更小地惯性质量(inertial mass)。与经受力的正常质量电子所经历的加速度相比,具有比正常质量小的电子经历在相同力下经历更大的加速度。根据LarmoK拉摩)，感应光子的辐射与移动电荷(例如电子)的加速度的平方成正比例:
权利要求
1.一种线圈单元,包括: 刚性衬底，所述刚性衬底具有非导电性的三维(3D)表面； 至少一个半导体材料3D线圈，所述至少一个半导体材料3D线圈形成在所述衬底表面上；以及 导电金属3D线圈，所述导电金属3D线圈被设置在所述至少一个半导体材料线圈上。
2.根据权利要求1所述的线圈单元，其中，所述半导体材料包括光电导体。
3.根据权利要求2所述的线圈单元，其中，所述导电金属线圈被以如下方式设置在所述至少一个半导体材料线圈上，使得维持所述至少一个半导体材料线圈的一部分可暴露于来自照明源的光电导感应光。
4.根据权利要求1所述的线圈单元，其中，所述导电金属线圈位于与所述至少一个半导体材料线圈足够紧密，用于当所述线圈对低质量电子导电时，使所述导电金属线圈在所述至少一个半导体材料线圈中产生库仑拉力。
5.根据权利要求1所述的线圈单元，其中，所述至少一个半导体材料线圈在所述衬底表面上围绕所述衬底呈螺旋形。
6.根据权利要求5所述的线圈单元，其中，所述导电金属线圈在所述衬底表面上围绕所述衬底与所述螺旋形半导体材料线圈呈共螺旋形。
7.根据权利要求1所述的线圈单元，其中: 所述导电金属线圈在所述衬底表面上围绕所述衬底呈螺旋形，并且 所述至少一个半导体材料线圈包括多个环形线圈。
8.根据权利要求1所述的线圈单元，其中，所述导电金属线圈与所述衬底表面上的所述半导体材料线圈电接触。
9.根据权利要求1所述的线圈单元，其中，所述导电金属线圈与所述衬底表面上的所述至少一个半导体材料线圈电绝缘。
10.根据权利要求1所述的线圈单元，其中: 所述衬底被构成为具有第一和第二端的圆柱体；以及 所述第一和第二端中的每一个包括至少一个各自的升高部，所述升高部电连接到所述至少一个半导体材料线圈，以提供第一线圈单元的至少一个半导体线圈与第二线圈单元的至少一个半导体线圈的半导体对半导体连接，所述第二线圈单元通过所述升高部耦合到所述第一线圈单元。
11.根据权利要求10所述的线圈单元，其中，每个第一和第二端包括多个升高部，所述升高部被布置为使用所述升高部以径向阵列将多个线圈单元耦合到一起。
12.根据权利要求1所述的线圈单元，其中: 所述衬底被构成为具有直径以及第一和第二端的圆柱体；以及 所述第一端包括具有比所述圆柱体的直径大的直径的法兰，所述法兰提供电连接到所述至少一个半导体材料线圈的接触，以提供第一线圈单元的至少一个半导体线圈与第二线圈单元的至少一个半导体线圈的半导体对半导体连接，所述第二线圈单元头对尾地与所述第一线圈单元并联地耦合。
13.—种线圈组件，包括耦合到一起的根据权利要求1所述的多个线圈单元。
14.根据权利要求13所述的线圈组件，包括耦合到一起的偶数个线圈单元，其中所述线圈单元的各自的至少一个半导体线圈彼此电连接，并且各个导电金属线圈彼此电连接。
15.根据权利要求14所述的线圈组件，其中所述线圈单元的各个线圈被串联连接到一起。
16.根据权利要求14所述的线圈组件，其中所述线圈单元的各个线圈被连接到一起作为闭环。
17.根据权利要求14所述的线圈组件，其中所述线圈单元的各个线圈被并联连接到一起。
18.根据权利要求13所述的线圈组件，进一步包括中心线圈，其中所述多个线圈单元被以相对于所述中心线圈以径向布置且平行于所述中心线圈地耦合到一起。
19.一种制造线圈单元的方法，包括: 在刚性衬底上提供3D非导电性半导体表面； 在所述衬底表面上形成至少一个半导体材料3D线圈；以及 在所述至少一个半导体材料线圈上设置导电金属3D线圈。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述衬底表面上形成至少一个半导体材料3D线圈包括: 在所述衬底表面的至少一部分上形成基本上连续的半导体材料膜；以及从所述衬底表面去除所述半导体材料膜的一部分，以将所述半导体材料膜的剩余部分形成为在所述衬底表面上的所述至少一个半导体材料3D线圈。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述半导体材料剩余部分被构造为螺旋形。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述半导体材料剩余部分被构造为一个或多个3D环形线圈。
23.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述至少一个半导体材料线圈上设置所述导电金属3D线圈包括: 与所述至少一个半导体材料线圈分开地形成所述导电金属3D线圈；以及 将所述导电金属3D线圈附接到所述至少一个半导体材料线圈上。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，去除所述膜的一部分包括向所述半导体材料膜应用切割工具或激光束。
25.—种电路,包括: 多个线圈单元，所述线圈单元相对于轴径向地布置，每个线圈单元包括:具有非导电性三维(3D)表面的刚性衬底，形成在所述衬底表面上的至少一个半导体材料3D线圈，和设置在所述至少一个半导体材料线圈上的导电金属3D线圈； 各自的输出线圈，所述输出线圈同轴地嵌套在每个线圈单元中，每个输出线圈感应地耦合到所述各个线圈单元；以及 中心线圈，所述中心线圈相对于所述线圈单元位于所述轴上，使得所述线圈单元相对于所述中心线圈径向地设置，所述线圈单元感应地耦合到所述中心线圈。
26.根据权利要求25所述的电路，其中，所述半导体材料包括光电导材料，所述电路进一步包括照明装置，用于在所述线圈单元中激励振荡时照射所述光电导材料。
全文摘要
公开了线圈单元以在电路中使用。示例性的线圈单元包括具有非导电性的三维(3D)表面的刚性衬底。至少一个半导体材料3D线圈(例如形状为螺旋形)形成在衬底表面上。设置在至少一个半导体材料线圈上的是导电金属3D线圈。导电金属线圈位于与该至少一个半导体材料线圈足够紧密，用于当该线圈对低质量电子导电时，使导电金属线圈在至少一个半导体材料线圈中产生库仑拉力。半导体材料可以是光电导体或具有对低质量电子导电性的其他材料。
文档编号H01L31/0352GK103189961SQ201180053297
公开日2013年7月3日 申请日期2011年11月7日 优先权日2010年11月5日
发明者威廉·N·巴巴特 申请人:莱维特尼克斯公司