一种光电耦合器，具有发送器部件和接收器部件，其中，发送器部件和接收器部件互相电流隔离并且互相光学耦合，并且这两个部件集成在共同的壳体中，接收器部件包括电压源，其中，电压源包括数量为N的互相串联连接的部分电压源，所述部分电压源构造为半导体二极管，其中，这些部分电压源中的每一个具有一个半导体二极管，所述半导体二极管具有p‑n结，各个部分电压源的部分电源电压互相具有小于20％的偏差，在每两个彼此相继的部分电压源之间构造有一个隧道二极管，部分电压源和隧道二极管单片地集成在一起，并且共同构成具有上侧和下侧的第一堆叠，部分电压源的数量N大于等于3，光在上侧处入射到堆叠上，并且在堆叠上侧处的照射面的尺寸基本上是所述堆叠在上侧处的面的尺寸，第一堆叠具有小于12μm的总厚度，在300K的情况下，只要第一堆叠被具有确定波长的光子流照射，则第一堆叠具有大于3伏的电源电压，其中，在从堆叠的上侧向所述堆叠的下侧的光入射方向上，半导体二极管的p吸收层和n吸收层的总厚度从最上面的二极管向着最下面的二极管增加。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光电耦合器。
技术介绍
光电耦合器充分已知。简单的光电耦合器具有发送器部件和接收器部件，其中，这两个部件电流隔离(galvanisch getrennt)，然而光学耦合。这种构件由US 4 996 577已知。光学部件也由US 2006/0048811 A1，US 8 350 208 B1和WO 2013/067969 A1已知。另外，由US 4 127 862、US 6 239 354 B1、DE 10 2010 001 420 A1、由Nader M.Kalkhoran等人的《Cobalt disilicide intercell ohmic contacts for multijunction photovoltaic energy converters》，Appl.Phys.Lett.64,1980(1994)和由A.Bett等人的《III-V Solar cells under monochromatic illumination》,Photovoltaic Specialists Conference,2008,PVSC'08.33rd IEEE,页码1-5，ISBN:978-1-4244-1640-0已知可扩展(skalierbar)的电压源或由III-V族材料构成的太阳能电池。
技术实现思路
在此背景下本专利技术的任务在于，给出一种扩展现有技术的设备。该任务通过具有权利要求1的特征的光电耦合器来解决。本专利技术的有利的构型是从属权利要求的主题。根据本专利技术的主题提出一种具有发送器部件和接收器部件的光电耦合器，其中，发送器部件和接收器部件互相电流隔离并且互相光学耦合并且这两个部件集成在共同的壳体中，接收器部件包括电压源，其中，电压源包括数量为N的互相串联连接的部分电压源，所述部分电压源构造为半导体二极管，其中，这些部分电压源中的每一个具有一个半导体二极管，所述半导体二极管具有p-n结，每个半导体二极管具有p掺杂的吸收层，其中，p吸收层被p掺杂的钝化层钝化，该p掺杂的钝化层具有比该p吸收层的带隙更大的带隙，所述半导体二极管具有n吸收层，其中，该n吸收层被n掺杂的钝化层钝化，该n掺杂的钝化层具有比该n吸收层的带隙更大的带隙，各个部分电压源的部分电源电压互相具有小于20％的偏差，在每两个彼此相继的部分电压源之间构造有一个隧道二极管，其中，所述隧道二极管具有多个半导体层，这些半导体层具有比p/n吸收层的带隙更大的带隙，具有更大带隙的半导体层分别由具有经改变的化学计量和/或与所述半导体二极管的p/n吸收层不同的元素成分的材料组成；所述部分电压源和所述隧道二极管单片地集成在一起并且共同构成具有上侧和下侧的第一堆叠(Stapel)，所述部分电压源的数量N大于等于3；光在上侧处入射到第一堆叠上，并且堆叠上侧处的照射面的尺寸基本上是所述第一堆叠在上侧处的面的尺寸，所述第一堆叠具有小于12μm的总厚度；在300K的情况下，只要所述第一堆叠被光子流照射，则所述第一堆叠具有大于3伏的电源电压，其中，在从堆叠的上侧向第一堆叠的下侧的光入射方向上，半导体二极管的p吸收层和n吸收层的总厚度从最上面的二极管向着最下面的二极管增加，并且所述电压源在堆叠的下侧附近具有环绕的、台阶形的边缘。应注意的是，表述“基本上”结合堆叠上侧处的照射面与第一堆叠在上侧处的面的尺寸的比较应理解为，面积的区别尤其小于20％，或者优选小于10％，或者优选小于5％，或者最优选两个面积相等。还应注意的是，用于照射堆叠上侧的“光”的表述应理解为具有吸收层的吸收范围内的波长光谱的光。显然，具有一个确定的、即吸收的波长的——也就是吸收层的吸收范围内的波长的单色光也是适合的。显然，只要在发送器部件中的光子发射受到调制，该调制就引起交流电压，换言之，电源电压的幅值随时间变化。还应注意的是，优选以确定波长的光照射第一堆叠的整个上侧，即整个表面或几乎整个表面。还显然，术语“光”指的是具有确定波长的光、尤其是LED的光，在此发射谱一般是高斯分布形状的，例如在典型的850nm的LED情况下具有20-30nm的半值宽度。也显然，该光的波长至少大于或等于所述半导体二极管的吸收层的带隙能量。应注意的是，深入的研究以惊人的方式表明：与现有技术不同地，借助在此的单片堆叠方式以有利的方式得到了3V以上的电源电压。显然，部分电压源的数量N优选在10以下，并且第一堆叠的电源电压的幅值主要由部分电源电压的相加确定。根据本专利技术的设备的一个优点是，通过多个部分电压源的串联连接也能够实现具有4伏以上或更大的电压值的电压源，并且借助单片集成结构能够制造简单的且成本有利的以及可靠的电压源。另一个优点是，借助堆叠形式的布置与至今以硅二极管的横向布置相比实现了大的面积节省。尤其由发送二极管或光源仅需照射接收器部件的第一堆叠的小得多的接收面。优选部分电压源的数量N大于等于3，只要以具有确定波长的光子流照射第一堆叠，则第一堆叠在300K情况下具有大于3伏的电源电压。在一种扩展方案中，各个部分电压源的电源电压互相偏差小于10％。由此实质地改进了作为可扩展的电压源、尤其作为参考电压源的适用性。显然，术语“可扩展”涉及整个堆叠的电源电压的幅值。在另一种扩展方案中，半导体二极管分别具有相同的半导体材料，在此二极管的半导体材料具有相同的晶体组成(kristalline Zusammensetzung)，优选化学计量几乎相同或者优选完全相同。也有利的是，第一堆叠布置在衬底上。在一种实施方式中，半导体材料和/或衬底由III-V族材料组成。尤其优选的是，衬底包括锗或砷化镓，和/或，衬底上的半导体层具有砷和/或磷。换言之，半导体层包括含砷的层和含磷的层，也就是说由GaAs或AlGaAs或InGaAs制成的层作为砷化物层的示例以及InGaP作为磷化物层的示例。优选的是，在第一堆叠的下侧上构造第二电压连接端，尤其是所述第二电压连接端构造成穿过衬底。在另一种实施方式中，半导体二极管由与衬底相同的材料组成。优点是，尤其这两个部分的膨胀系数相同。有利的是，半导体二极管基本上由III-V族材料组成。尤其有利的是，半导体二极管分别具有相同的半导体材料。尤其优选的是，应用GaAs。在一种优选的实施方式中，在第一堆叠的上侧上构造有第一电压连接端，作为边缘附近的环绕的金属接触部或者作为边缘处的单个接触面。还优选的是，第一堆叠具有小于2mm2或小于1mm2的基面。研究已表明，有利的是，所述基面以四边形构造。堆叠的基面优选构造成正方形。进一步的研究还表明，为了达到更高的电压，有利的是，构造第二堆叠并且将这两个堆叠互相串联连接，使得第一堆叠的电源电压和第二堆叠的电源电压相加。第一堆叠和第二堆叠优选并置在共同的载体上。在一种扩展方案中，第一堆叠的电源电压与第二堆叠的电源电压偏差小于15％。研究还表明，有利的是，在所述壳体中集成分析处理电路，并且电压源与分析处理电路存在电有效连接。在一种优选的实施方式中，接收器部件包括集成的半导体镜，其中，半导体镜优选单片集成，最优选集成在每个堆叠中。还优选的是，半导体镜构造在堆叠的最下面的半导体二极管下方。研究表明，多个堆叠可以并置地构造在一个半导体晶片上或半导体衬底片上，其方式是本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光电耦合器(OPK)，所述光电耦合器具有：发送器部件(S)和接收器部件(EM)，其中，所述发送器部件(S)和所述接收器部件(EM)互相电流隔离并且互相光学耦合，并且所述两个部件(S，EM)集成在共同的壳体中，所述接收器部件(EM)包括‑数量为N的互相串联连接的部分电压源，所述部分电压源构造为半导体二极管，其中，所述部分电压源中的每一个具有一个半导体二极管(D1，D2，D3，D4，D5)，所述半导体二极管(D1，D2，D3，D4，D5)具有p‑n结，所述半导体二极管(D1，D2，D3，D4，D5)具有p掺杂的吸收层，所述半导体二极管(D1，D2，D3，D4，D5)具有n吸收层，其中，所述n吸收层被n掺杂的钝化层钝化，所述n掺杂的钝化层具有比所述n吸收层的带隙更大的带隙，各个部分电压源的部分电源电压互相具有小于20％的偏差，在每两个彼此相继的部分电压源之间构造有一个隧道二极管(T1，T2，T3，T4)，其中，所述隧道二极管(T1，T2，T3，T4)具有多个半导体层，所述半导体层具有比p/n吸收层的带隙更大的带隙，具有更大带隙的半导体层分别由具有经改变的化学计量和/或与所述半导体二极管(D1，D2，D3，D4，D5)的p/n吸收层不同的元素成分的材料组成，‑所述部分电压源和所述隧道二极管(T1，T2，T3，T4)单片地集成在一起并且共同构成具有上侧和下侧的第一堆叠(ST1)，所述部分电压源的数量N大于等于3，‑在所述第一堆叠(ST1)上，光(L)在所述上侧处入射到所述第一堆叠(ST1)的表面(OB)上，并且在堆叠上侧处经照射的表面(OB)的尺寸基本上或者至少相应于所述第一堆叠(ST1)在上侧处的面的尺寸，所述第一堆叠(ST1)具有小于12μm的总厚度，‑在300K的情况下，只要所述第一堆叠(ST1)被光(L)照射，则所述第一堆叠(ST1)具有大于3伏的电源电压(VQ1)，其中，在从所述第一堆叠(ST1)的上侧向所述堆叠的下侧的光入射方向上，半导体二极管的p吸收层和n吸收层的总厚度从最上面的二极管(D1)向着最下面的二极管(D3‑D5)增加，所述半导体二极管(D1，D2，D3，D4)的每一个p吸收层被p掺杂的钝化层钝化，所述p掺杂的钝化层具有比所述p吸收层的带隙更大的带隙，并且所述电压源在所述堆叠的下侧附近具有环绕的、台阶形的边缘。...
【技术特征摘要】
2015.06.12 DE 102015007326.51.一种光电耦合器(OPK)，所述光电耦合器具有：发送器部件(S)和接收器部件(EM)，其中，所述发送器部件(S)和所述接收器部件(EM)互相电流隔离并且互相光学耦合，并且所述两个部件(S，EM)集成在共同的壳体中，所述接收器部件(EM)包括-数量为N的互相串联连接的部分电压源，所述部分电压源构造为半导体二极管，其中，所述部分电压源中的每一个具有一个半导体二极管(D1，D2，D3，D4，D5)，所述半导体二极管(D1，D2，D3，D4，D5)具有p-n结，所述半导体二极管(D1，D2，D3，D4，D5)具有p掺杂的吸收层，所述半导体二极管(D1，D2，D3，D4，D5)具有n吸收层，其中，所述n吸收层被n掺杂的钝化层钝化，所述n掺杂的钝化层具有比所述n吸收层的带隙更大的带隙，各个部分电压源的部分电源电压互相具有小于20％的偏差，在每两个彼此相继的部分电压源之间构造有一个隧道二极管(T1，T2，T3，T4)，其中，所述隧道二极管(T1，T2，T3，T4)具有多个半导体层，所述半导体层具有比p/n吸收层的带隙更大的带隙，具有更大带隙的半导体层分别由具有经改变的化学计量和/或与所述半导体二极管(D1，D2，D3，D4，D5)的p/n吸收层不同的元素成分的材料组成，-所述部分电压源和所述隧道二极管(T1，T2，T3，T4)单片地集成在一起并且共同构成具有上侧和下侧的第一堆叠(ST1)，所述部分电压源的数量N大于等于3，-在所述第一堆叠(ST1)上，光(L)在所述上侧处入射到所述第一堆叠(ST1)的表面(OB)上，并且在堆叠上侧处经照射的表面(OB)的尺寸基本上或者至少相应于所述第一堆叠(ST1)在上侧处的面的尺寸，所述第一堆叠(ST1)具有小于12μm的总厚度，-在300K的情况下，只要所述第一堆叠(ST1)被光(L)照射，则所述第一堆叠(ST1)具有大于3伏的电源电压(VQ1)，其中，在从所述第一堆叠(ST1)的上侧向所述堆叠的下侧的光入射方向上，半导体二极管的p吸收层和n吸收层的总厚度从最上面的二极管(D1)向着最下面的二极管(D3-D5)增加，所述半导体二极管(D1，D2，D3，D4)的每一个p吸收层被p掺杂的钝化层钝化，所述p掺杂的钝化层具有比所述p吸收层的带隙更大的带隙，并且所述电压源在所述堆叠的下侧附近具有环绕的、台阶形的边缘。2.根据权利要求1所述的光电耦合器(OPK)，其特征在于，所述接收器部件(EM)的所述部分电压源的部分电源电压互相具有小于10％的偏差。3.根据权利要求1或2所述的光电耦合器(OPK)，其特征在于，所述接收器部件(EM)的所述半导体二极管(D...
【专利技术属性】
技术研发人员：W·古特，D·富尔曼，V·科伦科，
申请(专利权)人：阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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