專利名稱：半導體-金屬線圈單元和包括其的電裝置的制作方法
技術領域：
本公開尤其涉及包括至少一個半導體材料3D線圈和至少一個導電金屬3D線圈的線圈單元。更具體地，本公開涉及這樣的線圈單元，其中，至少金屬線圈具有在一個或多個螺旋形半導體線圈之上或在多個環形半導體線圈之上延伸的螺旋形構造。本公開還涉及包括一個或多個這樣的線圈的線圈組件和電裝置。
背景技術：
許多半導體材料(包括一些光電導材料)極難形成三維(3D)線圈。為了制造相關設備，大部分半導體材料利用諸如化學氣相沉積、物理氣相沉積、外延、濺射或真空沉積的任何一種表面技術形成為各個層(兩維或2D結構)。然而，這些層形成技術對于形成基本上2D的形狀是有效的，在比MEMS大的尺寸范圍上，由這些技術形成這種材料的3D結構卻難以普遍成功。如在此使用的，“3D”或“三維”結構在X、y、z的所有方向分別具有比由傳統的半導體層形成技術可形成的層厚度大的尺寸。例如，如果已經形成為各個尺寸(在X、1、z中的每一個方向上)都比薄層厚度大的結構，則由半導體材料或金屬材料薄層制成的線圈是“3D”結構。在US專利公開N0.2007-0007844A1中，3D半導體-金屬線圈被構造為涂布有光電導材料的金屬線圈。首先，制造由金屬線制成的金屬線圈，接著利用諸如光電導體的半導體材料涂布該金屬線圈。可惜的是，即使在使半導體材料以漿體的形式施加到金屬線圈的情況下，也難以獲得將光電導材料粘附到線圈金屬上的滿意的粘性。此外，由于這些線圈缺乏任何物理支撐，所以它們在實際使用時非常易碎。
發明內容
如在此公開的，通過在此公開的方法、設備和裝置解決制造實用的且可靠的3D半導體-金屬線圈的問題。具體地，半導體-金屬線圈單元的示例性實施例通過在襯底的3D電介質表面上形成半導體材料膜來制作。根據3D線圈的尺寸和形狀確定該表面的尺寸和形狀(例如圓柱形)。將半導體材料膜的所選擇區域從電介質表面去除，以使得剩余在襯底表面上的半導體膜限定具有螺旋形或其他3D線圈結構的至少一個半導體線圈。由期望不會與半導體材料反應的金屬制作的對應的導電金屬線圈被設置在半導體線圈的外表面上，從而形成具有至少一個半導體線圈和金屬線圈的線圈單元。線圈單元可以被構造為使得多個線圈單元可以以還自動地獲得線圈單元彼此之間的電連接的方式容易地機械連接到彼此。用于制造半導體線圈的特別期望的半導體材料是各種光電導材料中的任何一種，諸如但不限于硫化鎘和硫化鉛。光電導材料(或半導體材料)可以是多種光電導(或半導體)材料的混合體。如在此所述的線圈單元可以用于各種電源裝置。
圖1是示出用于形成線圈單元的示例性3D襯底的正二軸測圖。圖2是示出圖1的襯底的正二軸測圖，在該襯底上已經形成3D螺旋形半導體材料線圈，接著在半導體線圈的表面上設置對應的導電金屬線圈，從而形成3D線圈單元的實施例。圖3A是示出圓柱形襯底的替代構造的正二軸測圖，在該襯底上已經形成半導體材料(特別是光電導材料)膜，接著選擇性去除半導體膜的多個環形區域，以在圓柱形襯底表面上形成一系列對應的半導體環形線圈。圖3B是示出圖3A的襯底的正二軸測圖，在該襯底上，金屬螺旋形線圈已經被設置在半導體線圈的圓柱形表面上。該圖還描述了可以利用一系列的LED照射光電導材料的示例性方式。圖4是示出如通過每個線圈組件的一端上的法蘭特性促使而耦合在一起且電連接在一起的如圖2所示的兩個線圈單元的正二軸測圖。圖5是耦合且連接在一起以形成電源設備的如圖2所示的四線圈單元的端視圖。圖6A是示出用于線圈單元的襯底的替代實施例的正二軸測圖。圖6B是根據線圈單元的第二實施例的圖6A的襯底的正二軸測圖，在該襯底上已經形成螺旋形半導體材料線圈和螺旋形導電金屬線圈。圖6C是關于軸A以徑向耦合的方式耦合在一起的如圖6B所示的四線圈單元的端視圖。圖7是包括至少一個線圈單元的電源裝置的電示意圖。附圖意圖在于說明構造的通常方式，而不一定是按照比例繪制的。在此，在詳細的描述和它們自身的附圖中示出和描述了具體的示例性例子。然而，應該理解，附圖和詳細說明不是意圖將本發明限制到公開的特定形式，而僅僅是示例性的，并且意圖在于教導本領域技術人員如何制造和/或使用在此要求保護的發明。
具體實施例方式下面，將在代表性實施例的上下文中描述本發明，這些代表性實施例不意圖以任何的方式限定本發明。如在本申請和權利要求中使用的，單數形式“一”、“一個”、和“該”包括復數形式，除非上下文清楚地指示其他的情況。此外，術語“包括”意味著“包含”。進一步地，術語“耦合”包含將元件耦合或鏈接到一起的機械方式以及其他實際的方式，并且不排除在耦合元件之間存在媒介元件。在此描述的事物和描述的方法不應當解釋為以任何方式進行限制。相反，本公開指向單獨及以相互各種組合和子組合的各種公開實施例的所有新穎和非顯而易見的特征和方面。公開的事物和方法不限于任何具體的方面或特征或其組合，公開的事物和方法也不需要任何一個或多個存在的具體優勢或解決的問題。
雖然為了便于介紹在此以特定的、連續的順序描述了所公開方法的執行，但是應該理解，這種描述方式包含重新布置，除非在下文的描述中以具體的語言要求特定的順序。例如，在一些情況中，連續描述的操作可以被重新布置或同時執行。此外，為了簡化，附圖可以不示出公開的事物和方法可以與其他事物和方法結合使用的各種方式。此外，描述有時使用類似“生產”和“提供”這樣的術語以描述公開的方法。這些術語是執行的實際操作的高度概括。與這些術語相對應的實際操作可以依賴于特定的實現而改變，并且是由本領域技術人員容易地可辨別的。在接下來的描述中，可以使用例如“上”、“下”、“上面”、“下面”、“水平”、“垂直”、
“左”、“右”等的一些術語。當處理相對關系時，這些術語在適當處用于提供一些清楚的描述。但是，這些術語不意圖暗示絕對的關系、位置和/或方向。例如，相對于一個物體，僅僅通過將該物體翻轉過來，就可以使“上”表面變成“下”表面。然而，它仍然是同一個物體。本公開包含的是線圈單元、用于制造線圈單元的方法、以及包括一個或多個線圈單元的線圈組件和電裝置。示例性線圈單元是三維(3D)的，如通過提供非導電3D表面的襯底限定，線圈位于該3D表面上。因此，線圈具有對應的3D構造。線圈包括位于襯底外表面上的至少一個半導體材料線圈和與(一個或多個)半導體材料線圈(至少部分地)重疊的至少一個導電金屬線圈。通過在襯底外3D表面上形成(一個或多個)半導體材料線圈，(一個或多個)半導體材料線圈被物理地支撐并且是持久的。持久性不受在(一個或多個)半導體線圈上形成、放置、施加或其他方式附接(一個或多個)導電金屬線圈損害。如在此描述的線圈單元克服了獲得在3D結構中將半導體材料粘附到金屬的滿意粘性的傳統困難。在制造線圈單元中使用的特別有利的半導體材料是光電導性的各種半導體材料。這些材料被稱為“光電導材料”。不意圖限制的一種示例性光電導材料是硫化鎘(Cds)。如在此使用的，“半導體”包含光電導體。在線圈單元中，特別有利的線圈形狀是螺旋形，這是在由電介質材料制成或者包括在其上可以形成線圈的一層或多層電介質材料的圓柱形襯底的外表面上容易地可形成的3D結構。在主題方法的有用的實施例中，(一種或多種)半導體線圈首先形成在襯底上，接著將金屬線圈設置在半導體線圈的表面上。3D線圈單元在線圈單元的示例性實施例中，半導體材料膜形成在基本圓柱形的管10或其他類似形狀的剛性非導電性(電介質的)襯底的外表面上。容易理解，圓柱形外表面是3D表面。半導體材料可以是例如多晶的或非晶的，并且可以具有允許膜在被形成在襯底表面上時維持其完整性的便利的或有用的厚度。使用形成半導體膜的任何一種技術，將(一個或多個)半導體線圈形成在襯底上。在線圈單元中使用的特別有用的半導體材料是任何一種光電導體，包括但不限于光電導有機化合物、光電導硅、包括至少一種半導體的光電導混合物和組合物，以及石墨烯。在經受電壓降的同時，只要材料被一個或多個合適波長的光照射，光電導體就會產生電流。電流可以由于正常質量(normal mass)的導電電子的傳播以及低于正常質量的導電電子的傳播。取決于具體的材料，這些所謂的低質量(low-mass)電子由照射而移動以攜帶電流。在一些情況中，在特定的環境條件下，低質量電子由材料自然地產生。在襯底表面上形成半導體材料膜之后，去除半導體材料的選擇區域，以在襯底表面上形成進入一個或多個線圈的半導體膜剩余區域。例如，可以通過研磨、機械加工、選擇性蝕刻、或激光燒蝕來選擇性地去除。研磨可以使用窄研磨或切割工具手動地或通過自動切割機器執行。激光燒蝕可以使用導向襯底表面上的激光束來實現，其中，當激光燒蝕在激光束入射的位置上的材料時，激光、襯底或兩者移動。作為這種選擇性去除的結果，襯底的圓柱形表面上的半導體層的對應區域被去除，以使得半導體膜的剩余部分在襯底表面上限定線圈(例如圓形或螺旋形)。例如，通過從表面上去除半導體的互補形狀的螺旋形區域，可以將半導體材料膜形成為膜狀螺旋形線圈。在這樣選擇性去除半導體材料之后，襯底表面上剩余的半導體被構造為在襯底上具有螺旋形或其他3D形狀的、在其原來的位置上的半導體帶。半導體膜的這種選擇性去除的結果是使得如此形成的半導體線圈典型包括多匝或“繞組”，并且具有外表面。在襯底的表面上形成半導體材料線圈之后，至少一個導電金屬線圈形成在、施加至IJ、配合到、或以其他的方式附接到半導體線圈的外表面。關于形成的導電金屬線圈的具體材料，唯一的通用標準是金屬和半導體材料不應相互反應。否則，一個或全部線圈可能由于共反應而經歷實質退化。因此，不銹鋼是用于制作金屬線圈的有利的材料。在許多實施例中，金屬線圈具有與半導體線圈相同的節距，因此金屬線圈的每個環由半導體線圈的對應環標記。雖然在一些實施例中，例如通過在金屬線圈和下面的半導體線圈之間介入一層或多層電介質防止金屬線圈接觸半導體線圈，但是期望金屬線圈在原來的位置上接觸下面的半導體線圈。(如果在金屬線圈和半導體線圈之間介入電介質膜，則金屬線圈可以由與半導體材料起反應的材料制成。)為了使相對硬的金屬條與半導體線圈緊密地一致，可以分開地形成金屬條，并且在將線圈施加到半導體線圈的外表面之前，預先將其卷曲為比半導體線圈的直徑小的直徑。在任何情況下，對于金屬線圈的繞組，使金屬線圈的位置充分地接近半導體線圈，以在激勵線圈時在半導體線圈的對應繞組中產生庫侖拉力。如上所述制成的線圈單元克服了在導電金屬線圈表面上直接形成半導體材料線圈的傳統難點。制作線圈單元典型地由在襯底外表面上(或者至少由外表面限定)施加或形成至少一個半導體材料層(或重疊堆疊的多層)而開始。如果半導體層包括多個半導體材料層，則這些層可以都彼此相同，或者在成分方面、構造方面、或這兩者上可以彼此不同。該(一個或多個)層可以由任何一種合適的方法形成，諸如但不限于化學浴沉積、化學氣相沉積、濺射(例如石墨烯)、或用于施加半導體材料的微晶體漿體的任何一種技術。如果半導體材料作為漿體被施加到襯底表面上，則在隨后去除漿體的載體流(例如通過在烤爐中加熱)，接著如果需要燒結剩余的半導體材料。如果通過執行一個膜形成方案不能獲得需要的膜厚度，則可以根據需要重復該方案以生產所需的半導體材料膜厚度。期望襯底的內表面不涂布半導體材料，以避免具有產生沖突第二半導體膜，這可能具有與期望電流相反的不可控制的電流。半導體材料可以施加在襯底的整個外表面上，接著如上所述地從選擇的區域去除半導體材料，以將襯底表面上剩余的半導體材料形成為一個或多個線圈。期望地，半導體的選擇性去除在襯底的整個長度上執行，這便于提供具有允許多個線圈單元耦合到一起的特性的線圈單元以在電裝置中使用。在一些電裝置中，多個線圈單元(例如兩個、四個、六個或八個)耦合在一起，以將半導體和金屬線圈形成為各個閉環電路。
線圈襯底為了用于形成線圈單元，通常具有圓柱形或近圓柱形形狀的襯底是方便的。替代地，襯底可以具有用于特定應用的任何一種其他的形狀(例如矩形)。襯底由任何一種剛性、惰性材料制作，期望該材料對將與線圈一起使用的(一個或多個)光激勵波長是透明的(特別是如果從襯底內腔內側獲得光激勵)。襯底還是非導電性的，即由電介質材料制作，或者包括一個或多個電介質層，在該電介質層上形成或施加線圈。示例性襯底由電介質材料制作，諸如硼硅酸鹽玻璃、剛性聚合物、或其他合適的材料。在圖1中示出圓柱形襯底10的代表性實施例。襯底10具有第一端12，第二端14，和在兩者之間延伸的3D襯底表面16。期望地，襯底表面16在其整個長度上具有恒定直徑。在此實施例中，第二端14包括具有比第一端12或襯底表面16的直徑大的直徑的端部18(通常稱為“法蘭”)。在第二端14上而不是在第一端12上存在法蘭18便于鄰近的線圈單元以還自動地導致線圈單元的各半導體線圈和各導電金屬線圈的對應端對端連接的方式奉禹合在一起。線圈單元的第一實施例在圖2中示出線圈單元30的代表性實施例。線圈單元30包括如上所述的非導電襯底10，由半導體材料制成的第一線圈32，和由導電金屬制成的第二線圈34。襯底10具有圓柱形外表面，其是線圈32、34所形成在的示例性3D表面。如上所述地，通過在襯底10的外表面上直接形成半導體材料膜，由任何金屬分開地制作第一線圈32，接著通過選擇性地去除膜的螺旋形形狀區域36。半導體材料例如可以使用窄研磨儀器或通過激光燒蝕從區域36去除，在半導體膜中留下間隔，該半導體膜從襯底的一端到另一端形成剩余的半導體材料的螺旋狀圖案。去除材料的區域36圍繞襯底10纏繞，并且從其第一端38延伸到第二端40，包括延伸到法蘭42上。因此，區域36限定剩余的半導體層，作為圍繞襯底外表面纏繞的半導體的螺旋形第一線圈32。第一線圈32具有外表面。由導電金屬制成的第二線圈34被設置在第一線圈32的外表面上，并且與第一線圈共同延伸。因此，兩個線圈32、34位于襯底的外表面上，并且具有以圍繞襯底的多個繞組為特征的各自的螺旋形結構。雖然圖2示出了具有基本上相同節距的第一和第二線圈32、34，但這不意圖限制。如果期望或者需要，一個線圈可以具有與另一個線圈不同的節距。此外，雖然圖2示出了第一和第二線圈具有在軸向方向上具有基本上相等的各自寬度的繞組，但這不意圖限制。如果期望或者需要，第二線圈34可以具有比第一線圈32窄的繞組。如果第一線圈32的半導體材料是光電導體，則第二線圈34的更窄的繞組具有特別的效用，其中，第二線圈的更窄的繞組允許第一線圈的基本區域接收光電導或光刺激的光。即，第二線圈34的更窄的繞組防止第一線圈32被第二線圈過度妨礙。雖然圖2示出了第一和第二線圈32、34在線圈單元30的軸向長度上具有基本上相等的節距，但這不意圖限制。每個線圈或兩個線圈32、34可以具有變化的節距。雖然圖2示出了第二線圈34為一層繞組，但這不意圖限制。替代地，第二線圈的繞組可以在多于一個層中。由導電金屬制成的第二線圈34的繞組可以僅僅通過以螺旋的方式在第一線圈上圍繞襯底圓周地纏繞對象金屬的線、帶、或條而形成。這種纏繞可以通過手或機器來進行。替代地，例如第二線圈34可以分開地形成，然后在第一線圈之上配合(例如滑動)到襯底上。再者，這可以手動地或通過機器執行。還可以設想第二線圈可以被施加或形成在原來的位置上，只要該特定的原位方法不破壞第一線圈32。期望金屬繞組和半導體材料繞組基本上在襯底的整個長度上延伸。在襯底的端部上，期望第一線圈的繞組根據需要而分叉，以將各位置上的繞組的各端放置在襯底端部上或襯底端部附近，以便于當多個線圈單元被耦合在一起(例如并聯地)成為線圈組件時自動地電連接各半導體線圈。在線圈組件中，金屬條或金屬“跳線”可以用于將鄰近的線圈單元的各金屬線圈連接在一起。夾子緊固件、小鉚釘、或小螺栓可以用于將跳線連接到金屬線圈的端部。通常，不必要使第二線圈的繞組相對于第一線圈的繞組精確放置。關于線圈放置的主要標準是第二線圈的繞組足夠緊密地接近第一線圈的繞組，以便當被第二線圈中的電子流驅策時，第二線圈對第一線圈中流動的電子產生庫侖拉力。如上所指出的，第一和第二線圈之間的實際物理接觸通常不是問題。(然而，在一些應用中，金屬線圈和半導體線圈之間沒有實際的接觸；接觸可以通過在第一和第二線圈之間介入一個或多個電介質層來防止。)線圈單元的第二實施例在圖3A-3B示出的本實施例60中，如第一實施例中所述的，電介質材料的圓柱形(3D)襯底62的外表面涂布有半導體。例如通過研磨或激光燒蝕從襯底62去除圓形半導體材料帶64，剩余環繞襯底62的半導體的多個環66。(這些環66中的每一個都可以被看作分別的單環形線圈。)諸如不銹鋼的不起反應的金屬的窄條以螺旋的方式纏繞或以其他的方式設置在半導體環66的表面上。得到的金屬環67期望從襯底62的一端延伸到另一端，從而覆蓋每個半導體材料環66的部分。在半導體是光電導體的情況下，金屬條68期望是足夠窄的，以使得每個半導體環66的顯著部分可以接收來自照明源的激勵光子，該照明源諸如產生導向半導體環形線圈的光的期望波長的附近的LED70。當將本實施例的線圈單元并入電裝置中時，裝置的“發送”線圈(未示出)可以位于線圈單元60的旁邊并且與其平行。另外的線圈單元60被布置為彼此平行，并且徑向地圍繞發送線圈以在線圈單元的金屬線圈中感應振蕩。在替代的構造中，本實施例的金屬線圈67可以直接用作發送線圈，而為此目的不必利用第二線圈。饋送到金屬線圈67中的振蕩電流在半導體材料環66上施加庫侖拉力。半導體環66中的電振蕩依次可用于在輸出線圈(未出)中感應電振蕩。金屬線圈67的端部設置有孔72，以便于互連(例如使用導電跳線(未示出))。線圈纟目件中的多個線圈單元的互連圖4示出包括第一和第二線圈單元82a、82b的線圈組件80的實施例，第一和第二線圈單元82a、82b位于彼此鄰近以使得第一線圈單元82a的第一端83定位在第二線圈單元82b的第二端84附近，并且第一線圈單元82a的第二端85定位在第二線圈單元82b的第一端86附近。這種布置允許鄰近的半導體線圈彼此容易電連接(通過半導體到半導體接觸)，并且在某些實施例中允許鄰近的金屬線圈彼此容易電連接。具體地，僅僅通過第二線圈單元82b的法蘭92與第一線圈單元82a的第一端88的橫向接觸，第一線圈單元82a的半導體線圈的第一端88連接到第二線圈單元82b的半導體線圈的第二端90。如果需要，可以通過在第一線圈單元82a的法蘭96和第二線圈單元82b的第一端98之間放置電介質材料件94，來防止線圈組件80的相反端上的這樣的接觸。同時，在本實施例中，使用導電跳線104將第一線圈單元82a的金屬線圈的端部100和第二線圈單元82a的金屬線圈的端部102電連接在一起。跳線104可以通過纖焊(例如軟纖焊)、焊接、或使用任何一種緊固件、鉚釘、螺栓來固定到金屬線圈的端部100、192。另外的線圈單元(未示出)可以以類似的方式連接到圖4中示出的對上，從而提供多個金屬線圈和多個半導體線圈各自的串聯連接。在圖4中，金屬線圈由螺旋形、陰影帶指示。在襯底的表面上限定螺旋形的半導體材料線圈的研磨或燒蝕線由厚虛線指示。圖5是包括如圖2所示的四個線圈單元152a、152b、152c、152d或如圖4所示的兩個線圈組件的線圈組件150的端視圖，示出線圈組件可以構成的、為了空間效率和操作效率而在占用最小體積的同時使多個線圈單元152a-152d彼此盡可能地緊密地放置的代表性方式。具體地，通過將線圈單元152a-152d彼此平行地布置并且關于與線圈單元平行的中心軸A徑向地布置，來實現效率。在此圖中可視的分別是第一和第三線圈單元152a、152c的法蘭154a、154c，第二和第四線圈單元152b、152d的法蘭154b、154d。法蘭154a、154c比法蘭154b、154d位于離觀察者更近。此外，可視的是將第一和第二線圈單元152a、152b中的線圈156a、156b連接在一起的導電金屬跳線155a，將第二和第三線圈單元152b、152c中的線圈156b、156c連接在一起的導電金屬跳線155b，將第三和第四線圈單元152c、152d中的線圈156c、156d連接在一起的導電金屬跳線155c，和將第四和第一線圈單元152d、152a中的線圈156d、156a連接在一起的導電金屬跳線155d。各個半導體線圈以圖4中示出且如上所述的緊密的方式串聯地互連。為了低質量電子的傳導，關鍵的是半導體線圈以緊密串聯的方式連接在一起。如果期望或需要，各個輸出線圈158a_158d可以軸向地插入圓柱形襯底的內腔中。此外，各個發送線圈160可以沿著組件的軸A、與每個組成線圈單元152a-152d平行地嵌套在四個線圈單元的組件150的內部。線圈單元的第三實施例在圖6A和圖6B中示出線圈單元的第三實施例120。在圖6A中，此線圈單元120的襯底122是圓柱形的，具有第一端124和第二端126。每個第一端124包括一個或多個升高部128、129，并且每個第二端126包括一個或多個升高部130、131 (在每一端上示出兩個)。在第一端124上的每個升高部128、129在第二端126上具有與其軸向地對齊的對應的升高部130、131。在圖6B中示出包括圖6A的襯底的線圈單元140。示出了限定半導體線圈143的螺旋繞組的研磨線142。此外示出了金屬線圈的繞組144和升高部128-131。相對的升高部128-131便于鄰近線圈單元的機械耦合在一起。例如，如圖6C所示，示出四個線圈單元120a-120d使用在每個線圈單元的每個端部上的升高部128、129、130、131 (間隔開90° )彼此耦合。在每個線圈單元的每個端部上，至少一個升高部連接到半導體線圈的一個端部。結果，當線圈單元組裝為如所示的四線圈組件時，各半導體線圈頭對尾地自動地連接到一起，這可以用于形成四個半導體線圈的閉環電路。期望組件關于與線圈單元平行的中心軸是徑向的。當將線圈單元組裝到一起時，能夠如上所述地使用金屬跳線將線圈連接到一起，或者可以使用在每個線圈單元的每個端部上的第二升高部以將線圈自動地連接到一起。在每種情況中，四線圈布置包括中空部133 (沿軸A延伸)，其中可以設置另一線圈(例如發送線圈)。在本實施例中的每個升高部包括孔135，其可以接收螺栓(期望是尼龍等的)或其他緊固件以在組件中將線圈單元保持在一起。為了更容易組裝，孔可由槽等代替。可以使用夾子緊固件來替代螺栓。雖然圖6C示出包括四個線圈單元的線圈組件，但這不意圖限制。閉環電路可以通過以這種徑向的方式布置任何偶數個線圈單元以形成包括多個半導體線圈和導電金屬線圈的各個電路。可以以徑向組裝來組裝的線圈單元的數量主要由升高部之間的徑向角度確定。如圖中所示，升高部之間的90°的徑向角度允許組裝四個線圈組件。135°的徑向角度允許組裝八個線圈組件。在圖6C中示出的布置中，如果電路將用于傳導低質量電子，則所有線圈單元的半導體線圈以閉環的方式串聯連接在一起。低質量傳導電子典型地具有大漂移速度。如果在某些應用中使用期間，在半導體線圈中發生中斷，則電荷將幾乎立刻在中斷處積累，而不是如所期望地貫穿半導體線圈地分布。襯底為半導體線圈提供極好物理支撐，并且從而為導電金屬線圈提供極好物理支撐。低質量電子在某些材料的某些條件下，傳導電子具備比正常傳導電子更小地慣性質量(inertial mass)。與經受力的正常質量電子所經歷的加速度相比,具有比正常質量小的電子經歷在相同力下經歷更大的加速度。根據LarmoK拉摩)，感應光子的輻射與移動電荷(例如電子)的加速度的平方成正比例:
權利要求
1.一種線圈單元,包括: 剛性襯底，所述剛性襯底具有非導電性的三維(3D)表面； 至少一個半導體材料3D線圈，所述至少一個半導體材料3D線圈形成在所述襯底表面上；以及 導電金屬3D線圈，所述導電金屬3D線圈被設置在所述至少一個半導體材料線圈上。
2.根據權利要求1所述的線圈單元，其中，所述半導體材料包括光電導體。
3.根據權利要求2所述的線圈單元，其中，所述導電金屬線圈被以如下方式設置在所述至少一個半導體材料線圈上，使得維持所述至少一個半導體材料線圈的一部分可暴露于來自照明源的光電導感應光。
4.根據權利要求1所述的線圈單元，其中，所述導電金屬線圈位于與所述至少一個半導體材料線圈足夠緊密，用于當所述線圈對低質量電子導電時，使所述導電金屬線圈在所述至少一個半導體材料線圈中產生庫侖拉力。
5.根據權利要求1所述的線圈單元，其中，所述至少一個半導體材料線圈在所述襯底表面上圍繞所述襯底呈螺旋形。
6.根據權利要求5所述的線圈單元，其中，所述導電金屬線圈在所述襯底表面上圍繞所述襯底與所述螺旋形半導體材料線圈呈共螺旋形。
7.根據權利要求1所述的線圈單元，其中: 所述導電金屬線圈在所述襯底表面上圍繞所述襯底呈螺旋形，并且 所述至少一個半導體材料線圈包括多個環形線圈。
8.根據權利要求1所述的線圈單元，其中，所述導電金屬線圈與所述襯底表面上的所述半導體材料線圈電接觸。
9.根據權利要求1所述的線圈單元，其中，所述導電金屬線圈與所述襯底表面上的所述至少一個半導體材料線圈電絕緣。
10.根據權利要求1所述的線圈單元，其中: 所述襯底被構成為具有第一和第二端的圓柱體；以及 所述第一和第二端中的每一個包括至少一個各自的升高部，所述升高部電連接到所述至少一個半導體材料線圈，以提供第一線圈單元的至少一個半導體線圈與第二線圈單元的至少一個半導體線圈的半導體對半導體連接，所述第二線圈單元通過所述升高部耦合到所述第一線圈單元。
11.根據權利要求10所述的線圈單元，其中，每個第一和第二端包括多個升高部，所述升高部被布置為使用所述升高部以徑向陣列將多個線圈單元耦合到一起。
12.根據權利要求1所述的線圈單元，其中: 所述襯底被構成為具有直徑以及第一和第二端的圓柱體；以及 所述第一端包括具有比所述圓柱體的直徑大的直徑的法蘭，所述法蘭提供電連接到所述至少一個半導體材料線圈的接觸，以提供第一線圈單元的至少一個半導體線圈與第二線圈單元的至少一個半導體線圈的半導體對半導體連接，所述第二線圈單元頭對尾地與所述第一線圈單元并聯地耦合。
13.—種線圈組件，包括耦合到一起的根據權利要求1所述的多個線圈單元。
14.根據權利要求13所述的線圈組件，包括耦合到一起的偶數個線圈單元，其中所述線圈單元的各自的至少一個半導體線圈彼此電連接，并且各個導電金屬線圈彼此電連接。
15.根據權利要求14所述的線圈組件，其中所述線圈單元的各個線圈被串聯連接到一起。
16.根據權利要求14所述的線圈組件，其中所述線圈單元的各個線圈被連接到一起作為閉環。
17.根據權利要求14所述的線圈組件，其中所述線圈單元的各個線圈被并聯連接到一起。
18.根據權利要求13所述的線圈組件，進一步包括中心線圈，其中所述多個線圈單元被以相對于所述中心線圈以徑向布置且平行于所述中心線圈地耦合到一起。
19.一種制造線圈單元的方法，包括: 在剛性襯底上提供3D非導電性半導體表面； 在所述襯底表面上形成至少一個半導體材料3D線圈；以及 在所述至少一個半導體材料線圈上設置導電金屬3D線圈。
20.根據權利要求19所述的方法，其中，在所述襯底表面上形成至少一個半導體材料3D線圈包括: 在所述襯底表面的至少一部分上形成基本上連續的半導體材料膜；以及從所述襯底表面去除所述半導體材料膜的一部分，以將所述半導體材料膜的剩余部分形成為在所述襯底表面上的所述至少一個半導體材料3D線圈。
21.根據權利要求20所述的方法，其中，所述半導體材料剩余部分被構造為螺旋形。
22.根據權利要求20所述的方法，其中，所述半導體材料剩余部分被構造為一個或多個3D環形線圈。
23.根據權利要求19所述的方法，其中，在所述至少一個半導體材料線圈上設置所述導電金屬3D線圈包括: 與所述至少一個半導體材料線圈分開地形成所述導電金屬3D線圈；以及 將所述導電金屬3D線圈附接到所述至少一個半導體材料線圈上。
24.根據權利要求20所述的方法，其中，去除所述膜的一部分包括向所述半導體材料膜應用切割工具或激光束。
25.—種電路,包括: 多個線圈單元，所述線圈單元相對于軸徑向地布置，每個線圈單元包括:具有非導電性三維(3D)表面的剛性襯底，形成在所述襯底表面上的至少一個半導體材料3D線圈，和設置在所述至少一個半導體材料線圈上的導電金屬3D線圈； 各自的輸出線圈，所述輸出線圈同軸地嵌套在每個線圈單元中，每個輸出線圈感應地耦合到所述各個線圈單元；以及 中心線圈，所述中心線圈相對于所述線圈單元位于所述軸上，使得所述線圈單元相對于所述中心線圈徑向地設置，所述線圈單元感應地耦合到所述中心線圈。
26.根據權利要求25所述的電路，其中，所述半導體材料包括光電導材料，所述電路進一步包括照明裝置，用于在所述線圈單元中激勵振蕩時照射所述光電導材料。
全文摘要
公開了線圈單元以在電路中使用。示例性的線圈單元包括具有非導電性的三維(3D)表面的剛性襯底。至少一個半導體材料3D線圈(例如形狀為螺旋形)形成在襯底表面上。設置在至少一個半導體材料線圈上的是導電金屬3D線圈。導電金屬線圈位于與該至少一個半導體材料線圈足夠緊密，用于當該線圈對低質量電子導電時，使導電金屬線圈在至少一個半導體材料線圈中產生庫侖拉力。半導體材料可以是光電導體或具有對低質量電子導電性的其他材料。
文檔編號H01L31/0352GK103189961SQ201180053297
公開日2013年7月3日 申請日期2011年11月7日 優先權日2010年11月5日
發明者威廉·N·巴巴特 申請人:萊維特尼克斯公司