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1. (WO2002037576) HALBLEITEREINRICHTUNG UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Patentansprüche

1. Halbleitereinrichtung mit einem Schichtaufbau aus einer Trägerschicht (2) , die ein elektrisch leitfähiges Trägermaterial aufweist, einer Isolationsschicht (4), die durch elektrisch isolierendes Isolationsmaterial gebildet wird, auf der Trägerschicht (2) angeordnet ist und Halbleiterpartikel (1) enthält, und einer Deckschicht (6), die mindestens ein elektrisch leitfähiges Deckmaterial aufweist und auf der Isolationsschicht (4) angeordnet ist, wobei jeder Halbleiterpartikel (1) sowohl die Trägerschicht (2) als auch die Deckschicht (6) berührt und mindestens einen p-n-Übergang bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Isolationsmaterial zumindest teilweise durch eine Metalloxidverbindung gebildet wird, wobei die Halbleiterpartikel (1) in die Isolationsschicht (4) haftend eingebettet sind.

2. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Isolationsmaterial zumindest teilweise durch eine selektive elektrochemische Konvertierung des Trägermaterials oder eines Teils von diesem, vorzugsweise durch anodische oder kathodische Oxidation, ausgebildet ist.

3. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Isolationsschicht (4) eine poröse Schichtstruktur besitzt.

4. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Isolationsschicht (4) Hydroxidverbindungen des Trägermaterials enthält.

5. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Isolationsschicht (4) in Tiefenrichtung eine vorbestimmte Änderung der Dichte aufweist, so dass in der Isolationsschicht (4) ein vorbestimmtes Brechungsindexprofil gebildet ist.

6. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Isolationsschicht (4) eine Mehrfachschicht ist und durch eine Kombination aus einer Schicht mit einer Metalloxidverbindung, die zumindest teilweise ein Oxid des Trägermaterials enthält, und einem darüber liegenden, mindestens teilweise transparenten organischen und/oder anorganischen und/oder hybriden Material gebildet wird.

7. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Isolationsschicht (4) zumindest teilweise porös ist und/oder zumindest teilweise farbige, fluoreszierende und/oder visuell sichtbare organische oder anorganische oder hybride Materialien enthält.

8. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Halbleiterpartikel zumindest teilweise in das Trägermaterial hineinragen.

9. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Halbleiterpartikel zumindest teilweise eine mono- oder polykristalline Struktur besitzen, lokale Dotierungen aufweisen, und/oder einen Aufbau aus einem inneren n- oder p-leitendem Grundkörper und einer äußeren, entgegengesetzt dotierten Hülle oder aus einem n-, p- oder i-leitenden Material besitzen.

10. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Halbleiterpartikel einlagig und in geometrisch ungeordneter Weise auf der Trägerschicht (2) angeordnet sind.

11. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Halbleiterpartikel aus einem Halbleitermaterial mit indirekter Bandlücke bestehen und eine charakteristische Querschnittsgröße von weniger 350 μm, vorzugsweise kleiner als 200 μm besitzen, aus einem Halbleitermaterial mit direkter Bandlücke bestehen und eine charakteristische Querschnittsgröße von weniger als 100 μm, vorzugsweise weniger als 50 μm, besitzen, oder aus einem Gemisch aus diesen Halbleitermaterialien bestehen.

12. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der als Halbleiterpartikel photovoltaisch aktive Halbleitermaterialien, deren Verbindungen und HeteroStrukturen mit einer Bandlücke verwendet werden, die kleiner als 2.0 eV ist.

13. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Halbleiterpartikel aus einem Halbleitermaterial bestehen, das aus einer oder mehreren der folgenden Gruppen ausgewählt ist:
- IV-wertige Halbleiter, vorzugsweise Silizium, deren
Verbindungen und HeteroStrukturen,
- II-VI Halbleiter, deren Verbindungen und HeteroStrukturen,

- III-V Halbleiter, deren Verbindungen und HeteroStrukturen, und
- Verbindungen von Elementen der Hauptgruppen I-IV, z. B.
Cu2S/CdS, oder I-III-VI, z. B. die Chalkopyrite Cu(In, Ga)- Selenide oder Sulfide und deren HeteroStrukturen mit II-VI-Verbindungen, z. B. (Zn,Cd)S.

14. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein p-n-Übergang gebildet wird:
- bei p-dotierten Halbleiterpartikeln durch Donatoren, äußere n-leitende Schichten und/oder eine Invertierung des Halbleitertyps, oder
- bei n-dotierten Halbleiterpartikeln durch Akzeptoren
und/oder äußere p-leitende Schichten.

15. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der anstelle der p-n-Übergänge Metall-Halbleiter-Übergänge (Schottky-Typ) , HeteroÜbergänge, Metall-Isolator-Übergänge oder MIS-Strukturen vorgesehen sind.

16. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Träger- und Deckschichten optisch transparent sind und eine beidseitige Beleuchtung der Halbleiterpartikel in der Isolationsschicht ermöglichen.

17. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 16, bei der die
Lichtdurchlässigkeit des gesamten Schichtaufbaus durch die Belegungsdichte der Halbleiterpartikel in der Isolationsschicht eingestellt ist.

18. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Deckschicht (6) eine elektrische Gegenelektrode zur Trägerschicht (2) bildet und aus einem transparenten oder semitransparenten, elektrisch leitfähigen Material besteht und dotierte leitfähige Oxide, Metalle, Metallverbindungen, leitfähige Polymere, Nanokomposite, Hybridmaterialien oder Kombinationen aus diesen Materialien enthält.

19. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 18, bei der die Deckschicht reflexionsmindernd ist und/oder auf der zur Isolationsschicht (4) entgegengesetzten Seite zusätzliche Funktions- schichten trägt, die reflexionsmindernde Schichten oder
Schichtsysteme, widerstandsvermindernde Metallgitterstrukturen, Schichten mit farbigen, fluoreszierenden und/oder visuell wirksamen organischen, anorganischen und/oder hybriden, aus organischen und anorganischen Stoffen kombinierten Materialien, und/oder Schichten aus Substanzen mit hydrophilen oder hydrophoben Eigenschaften umfassen.

20. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen der Trägerschicht (2) und der Isolationsschicht (4) eine Haftschicht eingebracht ist und/oder das Trägermaterial haftfördernde Substanzen enthält.

21. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Trägermaterial aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen besteht.

22. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schichtaufbau katalytisch wirksame Stoffe, z. B. Ru, Ir, Ni, Pt, Pd, Rh, Ti02 oder SrTi02 enthält.

23. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mehrere Schichtaufbauten aus Träger-, Isola-tions- und Deckschichten stapeiförmig übereinander angeordnet sind.

24. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mehrere Zellen, die jeweils durch einen Schichtaufbau aus Träger-, Isolations- und Deckschichten mit jeweils mehreren Halbleiterpartikeln gebildet werden, elektrisch in Reihe geschaltet sind und eine Mehrzellenstruktur bilden.

25. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 24, bei der die Mehrzellenstruktur eine integrierte Reihenverschaltung aus photovoltaischen Zellen unterschiedlichen Leitungstyps enthält.

26. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 24 oder 25, bei der in der Mehrzellenstruktur passive optische Mikroschalter zur zumindest zeitweiligen Überbrückung einzelner Zellen in der Reihenschaltung vorgesehen sind.

27. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 26, bei der die Mikroschalter direkt in den Schichtaufbau benachbarter Zellen integriert sind, zwischen den benachbarten Zellen eine elektrische Verbindung reversibel aufrechterhalten und unterbrechen und zum Umschalten auf der Grundlage lichtinduzierter physikalischer oder chemischer Effekte eingerichtet sind.

28. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 26, bei der die Mikroschalter optisch aktive Materialien enthalten, deren
elektrische Leitfähigkeit in Abhängigkeit von einer einfallenden Lichtintensität sprunghaft veränderlich ist.

29. Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine großflächige Anordnung von Solarzellen, Lichtsensoren, Displays, lichtemittierenden Elementen, elektrochemischen Zellen oder bilderzeugenden Bauelementen bildet.

30. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die
Isolationsschicht (4) zumindest teilweise durch eine selektive elektrochemische Konvertierung des Trägermaterials oder eines Teils von diesem, vorzugsweise durch anodische oder kathodische Oxidation, erzeugt wird.

31. Verfahren gemäß Anspruch 30, bei dem Verfahrensparameter der elektrochemischen Konvertierung während der Erzeugung der Isolationsschicht (4) derart verändert werden, dass in der Isolationsschicht (4) ein vorbestimmtes Brechungsindexprofil gebildet wird.

32. Verfahren gemäß Anspruch 30 oder 31, bei dem das Aufbringen der Halbleiterpartikel auf das Trägermaterial unter Wärmeeinwirkung und/oder unter einer leicht reduzierenden Atmosphäre erfolgt.

33. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 bis 32, bei dem zur Bildung der Halbleiterpartikel Ausgangsmaterial verwendet wird, das mit an sich bekannten Kristallzüchtungs- und Herstellungsverfahren erzeugt worden ist.