一种半导体直流光电变压器制造技术

本发明专利技术提供一种半导体直流光电变压器，包括：第一电极层；形成在所述第一电极层之上的电光转换层；形成在所述电光转换层之上的第二电极层；形成在所述第二电极层之上的第一隔离层；形成在所述第一隔离层之上的第三电极层；形成在所述第三电极层之上的光电转换层；以及形成在所述光电转换层之上的第四电极层，其中，所述第一隔离层、所述第二电极层和所述第三电极层对所述电光转换层发出的工作光线透明。根据本发明专利技术实施例的半导体直流光电变压器可直接实现直流电压的变压。同时具有耐高压，无电磁辐射，无线圈结构，不受太阳辐射及太阳风暴等的影响，安全可靠，体积小，寿命长，重量轻，安装维护方便等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电流电压变压领域，特别涉及一种半导体直流光电变压器。
技术介绍
日常应用中，传统的电力输送主要采用交流电流进行传输，主要是因为交流电变压容易，容易实现远距离电力传输，以及与用户端的低压配电变电。但是，采用交流输电存在很大缺陷首先，交流电产生的感抗效应不容忽视，尤其是对高频交流电，其感抗效应会对交流电产生极大影响；同时，由于趋肤效应的存在，使得交流电传输导线的有效面积较小，在远距离输电过程中会损失大量电能。其次，交流输电线一般都是架空线，也有水下电缆和地下电缆，它们和电缆产生的“旁路电容”，造成交流电“分流”，造成输电过程中的电能损失。还有，在交流输电过程中，整个电网需要同步运行，所有的发电系统要同步在同一相位，以确保电网稳定运行，交流相位同步困难，一个发电系统的变化就会影响整个电网的稳 定。另外，在小功率电子产品应用中，传统的直流低压变为直流高压往往需要先变为交流低压，再用线圈变压器变为交流高压，再变为直流高压的方法，这种方法电路复杂，元件多，体积大，成本高而且转换效率低。与交流输电相比，直流输电具有诸多优点I、线路造价低对于架空线路，直流单极只需一根，双极只需两根，更为经济。同时每根导线都可以作为一个独立回路运行，并且可以采用大地或海水作回路。2、损耗小直流线路没有无功损耗，没有充电功率和充电电流，直流架空线路没有趋肤效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小。并且电缆线路可以在较高的电位梯度下运行。3、电网运行更稳定直流本身带有调制功能，可根据系统的要求作出反应，运行更稳定。可以联络两个不同频率的交流系统，联络线上的功率易于控制。但是，目前的直流输电，只在输电这个环节是直流，发电仍是交流。在输电线路的起端有换流设备将交流变换为直流，到线路末端再将直流变回交流。目前这种换流设备制造困难、价格昂贵，因此现阶段的直流输电应用范围主要局限在远距离大容量输电以及海底电缆输电等，极大地限制了直流输电的应用领域。为使直流输电得到普遍应用，发展直流变压技术和研制直流变压器件是亟待解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提出一种半导体直流光电变压器。本专利技术提出了一种直流变压器，包括第一电极层；形成在所述第一电极层之上的电光转换层；形成在所述电光转换层之上的第二电极层；形成在所述第二电极层之上的第一隔离层；形成在所述第一隔离层之上的第三电极层；形成在所述第三电极层之上的光电转换层；以及形成在所述光电转换层之上的第四电极层，其中，所述第一隔离层、所述第二电极层和所述第三电极层对所述电光转换层发出的工作光线透明。根据本专利技术一个实施例的直流变压器，还包括位于所述第一电极层和所述电光转换层之间的第一反射层；以及位于所述第四电极层和所述光电转换层之间的第二反射层。所述第一和第二反射层将光限制在所述电光转换层和所述光电转换层之间来回反射，防止光泄露，提高光波传输效率。根据本专利技术一个实施例的直流变压器，所述第一反射层和第二反射层为布拉格反射镜或金属全反射镜。根据本专利技术一个实施例的直流变压器，所述第一电极层和所述第四电极层为金属电极。 根据本专利技术一个实施例的直流变压器，所述第一隔离层材料为Al2O3, AIN, SiO2,MgO, Si3N4, BN,金刚石，LiAlO2, LiGaO2,半绝缘的GaAs、SiC或GaP，GaN中的一种及其组合，以及稀土氧化物REO及其组合，以使所述第一隔离层对所述工作光线透明，绝缘特性好，耐闻压防击穿。根据本专利技术一个实施例的直流变压器，所述电光转换层、所述第二电极层、所述第一隔离层、所述第三电极层和所述光电转换层的材料折射系数梯次增加。所述“梯次增加”的含义是不要求每个所述层的材料折射系数均相对于其前一个所述层递加，某些所述层的材料折射系数可以与其前一个所述层相同，即所述各层的材料折射系数整体呈递增趋势即可。一方面避免光沿所述电光转化层向所述光电转换层方向传输时(包括所述电光转换层产生的光以及所述各电极层和各反射层反射的光)发生全反射，以提高光的传输效率 ’另一方面促使光从所述光电转换层向所述电光转换层方向传输时(主要包括所述光电转换层的第三和第四电极以及第二反射层反射的光)发生全发射，以将更多的光限制在光电转化层中，从而提高光转换为电的效率。根据本专利技术一个实施例的半导体直流光电变压器，所述电光转换层、所述第二电极层、所述第一隔离层、所述第三电极层和所述光电转换层的材料折射系数接近。内部各层材料优选为折射系数相同或相近的材料以减少光的反射和损失。根据本专利技术一个实施例的直流变压器，所述电光转换层、所述第二电极层、所述第一隔离层、所述第三电极层和所述光电转换层中的至少一个具有粗糙化表面或光子晶体结构，以增大光透射率，降低光的全反射。根据本专利技术一个实施例的直流变压器，所述第二电极层、所述第一隔离层和所述第三电极层材料的禁带宽度大于所述电光转换层发出的工作光线的光子能量，以防止所述第二电极层、所述第一隔离层和所述第三电极层对所述工作光线的吸收，提高光波传输效率。根据本专利技术一个实施例的直流变压器，所述光电转换层为LED结构或激光器结构，所述LED结构包括谐振LED结构。根据本专利技术一个实施例的半导体直流光电变压器，所述电光转换层的材料包括红黄光的AlGalnP，紫外的GaN和InGaN、蓝紫光的InGaN和AlGalnN、ZnO、红光或红外光的AlGaInAs, GaAS, InGaAs,以及其它III族氮系化合物、III族As系或磷系化合物半导体材料及其组合。根据本专利技术一个实施例的半导体直流光电变压器，所述光电转换层的材料包括AlGalnP, InGaAs, InGaNjAlGaInN, InGaAsP, InGaP,以及其它 III-V 族直接禁带半导体材料及其组合。根据本专利技术一个实施例的直流变压器，所述电光转换层和所述光电转换层的能带结构相匹配以使所述电光转换层发出的工作光线的波段与所述光电转换层吸收效率最高的波段相匹配，以达到最高的光波能量传输效率。根据本专利技术一个实施例的直流变压器，所述第二电极层和所述第三电极层为重掺杂的半导体材料GaAs、GaN、GaP，AlGalnP、AlGalnN、AlGaInAs,或者导电透明金属氧化物材料ITO、SnO2, ZnO及其组合。根据本专利技术一个实施例的直流变压器，所述电光转换层和/或所述光电转换层为多层多结结构。 根据本专利技术一个实施例的直流变压器，还包括形成在所述第四电极层上的第二隔离层，以及形成在所述第二隔离层上的电光转换结构，所述电光转换结构包括所述第一电极层、形成在所述第一电极层之上的所述电光转换层、以及形成在所述电光转换层之上的所述第二电极层。该结构可以进一步提高直流电压变压比。在该结构中，中间的第四电极层为重掺杂的半导体材料GaAs、GaN、GaP，AlGalnP、AlGalnN、AlGaInAs,或者导电透明金属氧化物材料ITO、SnO2, ZnO及其组合。本专利技术提供一种直流变压器，通过在直流变压器的输入端设置电光转换层，利用半导体电子能级间跃迁产生的光辐射，将直流电转换为光进行传输，在输出端设置光电转换层以将光转化为直流电输出，由于输入端与输出端单位单兀的电压分别取决于电光转换层和光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体直流光电变压器，其特征在于，包括：第一电极层；形成在所述第一电极层之上的电光转换层；形成在所述电光转换层之上的第二电极层；形成在所述第二电极层之上的第一隔离层；形成在所述第一隔离层之上的第三电极层；形成在所述第三电极层之上的光电转换层；以及形成在所述光电转换层之上的第四电极层，其中，所述第一隔离层、所述第二电极层和所述第三电极层对所述电光转换层发出的工作光线透明。

【技术特征摘要】
1.一种半导体直流光电变压器，其特征在于，包括 第一电极层； 形成在所述第一电极层之上的电光转换层； 形成在所述电光转换层之上的第二电极层； 形成在所述第二电极层之上的第一隔离层； 形成在所述第一隔离层之上的第三电极层； 形成在所述第三电极层之上的光电转换层；以及 形成在所述光电转换层之上的第四电极层，其中，所述第一隔离层、所述第二电极层和所述第三电极层对所述电光转换层发出的工作光线透明。2.如权利要求I所述的半导体直流光电变压器，其特征在于，还包括 位于所述第一电极层和所述电光转换层之间的第一反射层；以及 位于所述第四电极层和所述光电转换层之间的第二反射层。3.如权利要求2所述的半导体直流光电变压器，其特征在于，所述第一反射层和第二反射层为布拉格反射镜或金属全反射镜。4.如权利要求I所述的半导体直流光电变压器，其特征在于，所述第一电极层和所述第四电极层为金属电极。5.如权利要求I所述的半导体直流光电变压器，其特征在于，所述第一隔离层为Al2O3,AIN, SiO2, MgO, Si3N4, BN,金刚石，LiAlO2, LiGaO2,半绝缘的 GaAs, SiC 或 GaP，GaN 中的一种及其组合，以及稀土氧化物REO及其组合。6.如权利要求I所述的半导体直流光电变压器，其特征在于，所述电光转换层、所述第二电极层、所述第一隔离层、所述第三电极层和所述光电转换层的材料折射系数梯次增加。7.如权利要求I所述的半导体直流光电变压器，其特征在于，所述电光转换层、所述第二电极层、所述第一隔离层、所述第三电极层和所述光电转换层的材料折射系数接近。8.如权利要求I所述的半导体直流光电变压器，其特征在于，所述电光转换层、所述第二电极层、所述第一隔离层、所述第三电极层和所述光电转换层中的至少一个具有粗糙化表面或光子晶体结构。9.如权利要求I所述的半导体直流光电变压器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭磊，
申请(专利权)人：郭磊，
类型：发明
国别省市：