DE10054558A1 - Biegsame Faser, Halbleiterbauelement und textiles Produkt - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Faser, insbesondere für ein textiles Gewebe, mit einem Faserkern (12). Es wird vorgeschlagen, daß auf den Faserkern (12) wenigstens eine Halbleiterschicht (16, 18, 20) aufgebracht ist (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine biegsame Faser mit einem Faserkern, ein Halbleiterbauelement sowie ein textiles Produkt.

Moderne technische Fasern lassen sich inzwischen mit unter­ schiedlichsten mechanischen, thermischen, optischen und auch elektrischen Eigenschaften herstellen. So sind bspw. Stoffe für Bekleidungsstücke entwickelt worden, in die feine Glasfasern eingewoben sind. Wird in die Glasfasern Licht eingekoppelt, so strahlen sie einen Teil des in ihnen geführten Lichtes nach au­ ßen ab. Fußgänger mit Bekleidungsstücken, die ganz oder teil­ weise aus derartigen Stoffen hergestellt sind, sind somit auch bei Dunkelheit im Straßenverkehr gut erkennbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine biegsame Faser mit neuen Eigenschaften anzugeben, die einen vielfältigen Einsatz der Faser, auch über den Bereich der Textilbranche hinaus, ermögli­ chen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Faserkern wenigstens eine Halbleiterschicht trägt.

Der Faserkern dient somit als Träger für eine oder mehrere Halbleiterschichten, die unterschiedlichste elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente bilden können. Anders als bekannte Halbleiterbauelemente, die stets eine planare Struktur aufweisen, sind die erfindungsgemäßen Halbleiterbau­ elemente jedoch als Fasern ausgeführt, wodurch ein vollkommen neues Anwendungsspektrum für Halbleiterbauelemente erschlossen wird. Die in der Regel biegsamen Fasern lassen sich nämlich z. B. zu verschiedenartigsten textilen Produkten weiterverarbei­ ten, die Eigenschaften aufweisen, die ansonsten elektronischen Schaltungen auf festen planaren Trägern vorbehalten sind. Unter einem textilen Produkt wird hier im übrigen jedes Produkt ver­ standen, welches ganz oder teilweise aus den erfindungsgemäßen Fasern besteht, also insbesondere durch Weben, Flechten oder andere in der Textiltechnik bekannte Verfahren hergestellte Stoffe.

Aufgrund der üblicherweise nur geringen Dicke der Halbleiter­ schichten bleiben die Fasern meist auch dann biegsam, wenn sehr viele Schichten übereinander auf dem Faserkern aufgebracht sind. Die mechanischen Eigenschaften wie Biegsamkeit und Reiß­ festigkeit sowie der Gesamtdurchmesser der Fasern, der vorzugs­ weise in der Größenordnung zwischen 1 µm und 10 mm liegt, wer­ den daher in der Regel vor allem vom Faserkern bestimmt.

Als Faserkern kommt hierbei jede Art biegsamen Faserstoffs in Betracht, insbesondere Chemie- oder Glasfasern. Ebenfalls als Faserkern geeignet sind feine Metalldrähte, wohingegen pflanz­ liche oder tierische Fasern aufgrund ihrer unregelmäßigen Ober­ flächenbeschaffenheit weniger geeignet sind oder zumindest einer speziellen Vorbehandlung bedürfen, um eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit zu erreichen. Die Halbleiterschichten können prinzipiell aus allen auch in der planaren Halbleiter­ technologie bekannten Halbleitern, also insbesondere aus kri­ stallinen oder amorphen anorganischen Halbleitern oder auch aus organischen Halbleitern bestehen.

Im einfachsten Falle wird auf einen elektrisch isolierenden Fa­ serkern eine einzige Halbleiterschicht aufgebracht, die ggf. noch von einer Schutzschicht überzogen sein kann. Diese Halb­ leiterschicht kann z. B. einen Photowiderstand bilden, so daß sich derartige Fasern beispielsweise in Kleidungsstücken ein­ setzen lassen, in denen bestimmte Funktionen in Abhängigkeit von der Helligkeit gesteuert werden sollen.

Vorzugsweise jedoch sind mehrere Halbleiterschichten in einer zu einer Längsachse des Faserkerns senkrechten Richtung über­ einander angeordnet.

Auf diese Weise lassen sich prinzipiell sämtliche elektronische oder optoelektronische Halbleiterbauelemente auf den Faserkern aufbauen, wie sie von der planaren Halbleitertechnologie her bekannt sind. Die übereinander angeordneten Halbleiterschichten können funktionell einem einzigen Halbleiterbauelement oder auch mehreren unterschiedlichen Halbleiterbauelementen zugeord­ net sein.

Alternativ oder auch zusätzlich hierzu können mehrere Halblei­ terschichten entlang einer Längsachse des Faserkerns nebenein­ ander angeordnet sein.

Es ist somit nicht erforderlich, daß sich die einzelnen Halb­ leiterschichten jeweils über die gesamte Faserlänge hinweg er­ strecken. Vielmehr lassen sich dadurch Bauelemente realisieren, deren Halbleiterschichten nicht übereinander, sondern nebenein­ ander angeordnet sind.

Vorzugsweise trägt der Faserkern eine oder mehrere Funktions­ schichten, die nicht aus einem Halbleiter bestehen.

Bei diesen Funktionsschichten kann es sich beispielsweise um Schichten aus Metallen, Dielektrika oder Kunststoffen handeln, etwa zur Verwendung als Kontaktschichten, Isolations- oder Pas­ sivierungsschichten bzw. zur Verkapselung der Faser. Diese Funktionsschichten können unmittelbar auf dem Faserkern, zwi­ schen Halbleiterschichten oder auch auf der am weitesten außen liegenden Halbleiterschicht aufgebracht sein.

Bei einigen Anwendungen der neuen Faser, z. B. bei dem oben er­ wähnten Photowiderstand, ist es für die Funktion nicht wesentlich, daß die Halbleiterschichten und ggf. die Funktionsschich­ ten zylindersymmetrisch bezüglich der Längsachse des Faserkerns aufgebracht sind.

Bei der überwiegenden Zahl der Anwendungen wird es allerdings bevorzugt sein, wenn die wenigstens eine Halbleiterschicht und ggf. die eine oder mehrere Funktionsschichten als koaxial zu einer Längsachse des Faserkerns angeordnete Mantelschichten ausgeführt sind.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die erfindungsgemäße Faser aufgrund der zylindrischen Symmetrie gut vorhersagbare Eigenschaften aufweist, da die Dicken der Halbleiterschichten und der Funktionsschichten über den gesamten Umfang der Faser hinweg konstant sind.

Wie bereits eingangs erwähnt, kann die wenigstens eine Halblei­ terschicht ein einfaches elektrisches Bauelement, z. B. einen Widerstand oder einen Photowiderstand, bilden.

Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die wenigstens eine Halbleiterschicht und ggf. die eine oder mehrere Funktions­ schichten ein elektronisches oder optoelektronisches Halblei­ terbauelement, insbesondere eine Diode, eine Photodiode, eine lichtemittierende Diode oder einen Transistor, bilden.

Wird durch die übereinander oder nebeneinander angeordneten Schichten beispielsweise eine Photodiode gebildet, so kann die Faser als photovoltaisches Element verwendet werden, mit dem sich Strom aus einfallendem Licht erzeugen läßt. Wenn derartige Fasern zu einem Stoff verwoben werden, so lassen sich damit auch unregelmäßig geformte Körper überziehen. Auf diese Weise können bislang nicht nutzbare Flächen zur photovoltaischen Stromerzeugung erschlossen werden. Die Stoffe sind auch für Kleidungsstücke verwendbar, die dann ohne externe Energiezufuhr mit speziellen elektrischen Eigenschaften versehen werden kön­ nen.

Handelt es sich bei dem Halbleiterbauelement hingegen um eine lichtemittierende Diode, so lassen sich damit z. B. Gewebe her­ stellen, die bei Anlegen einer Spannung Licht abgeben, ohne daß hierzu auf komplizierte Weise Licht in Glasfasern eingekoppelt werden muß.

Es sind aber auch kompliziertere Halbleiterbauelemente möglich, insbesondere alle Arten von Transistoren, die in an sich be­ kannter Weise zu komplexeren Funktionsgruppen wie Speicherzel­ len, Logikschaltungen, Schwingschaltungen oder Verstärkerschal­ tungen zusammengeschaltet werden können. Auch lassen sich grundsätzlich alle Arten von Transistortypen realisieren, z. B. Transistoren in MOS-Technik oder Sperrschicht-Transistoren.

Bevorzugt ist es dabei, wenn mehrere Halbleiterbauelemente in einer zur Längsachse des Faserkerns senkrecht in Richtung über­ einander angeordnet sind.

Auf diese Weise können trotz der relativ geringen Trägerfläche vergleichsweise komplexe Schaltungsstrukturen realisiert wer­ den.

Zusätzlich oder alternativ hierzu können mehrere Halbleiterbau­ elemente entlang der Längsachse des Faserkerns nebeneinander angeordnet sein.

Dadurch lassen sich Halbleiterschaltungen realisieren, deren Bauelemente wie Perlen auf einer Schnur aufgereiht sind. Über dieser ersten Ebene können auch noch weitere Ebenen von Halb­ leiterbauelementen angeordnet sein, so daß sich zweidimensiona­ le Schaltungsstrukturen verwirklichen lassen.

Zusätzlich ist es bei dieser Weiterbildung bevorzugt, wenn ent­ lang der Längsachse des Faserkerns mehrere Halbleiterbauelemen­ te derart verschaltet sind, daß eine Kontaktschicht eines Halb­ leiterbauelements elektrisch leitend mit einer Kontaktschicht eines benachbarten Halbleiterbauelements verbunden ist.

In einem einfachen Falle kann es sich dabei z. B. um mehrere Photodioden handeln, die entlang des Faserkerns in Serie ge­ schaltet sind, so daß sich deren Einzelspannungen addieren. Die Verbindung zwischen den benachbarten Photodioden kann z. B. da­ durch erfolgen, daß eine außen liegende Kontaktschicht einer Photodiode so weit entlang der Längsachse des Faserkerns über diese hinaus reicht, daß sie eine innen liegende Kontaktschicht überdeckt, die ihrerseits aus einer benachbarten Photodiode hinaus reicht. Falls mehrere Fasern mit derart in Serie ge­ schalteten Photodioden parallel verschaltet werden, so läßt sich dadurch eine photovoltaische Spannungsquelle aufbauen, die eine hohe Ausgangsspannung, aber einen relativ geringen Innen­ widerstand aufweist. Zudem läßt sich durch eine Serienschaltung der Photodioden die Ausfallsicherheit erhöhen, da ein Kurz­ schluß in einer Faser nur die sich am Ort des Kurzschlusses befindende Photodiode betrifft, die Faser ansonsten jedoch weiter funktionsfähig bleibt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Faserkern ein Lichtleiter.

Auf diese Weise ist es möglich, optoelektronische Schaltungen, die bei der optischen Nachrichtenübertragung z. B. als Detekto­ ren verwendet werden, anstatt auf einem unabhängigen Träger un­ mittelbar auf dem Lichtleiter aufzubringen.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist an dem Lichtleiter wenigstens ein Koppelelement vorgesehen, durch das Licht aus dem Lichtleiter auskoppelbar oder in diesen ein­ koppelbar ist.

Eine angrenzende Schicht, auf die das ausgekoppelte Licht ge­ führt wird, kann entweder entlang der Längsachse des Lichtlei­ ters oder auch senkrecht hierzu an das Auskoppelelement angren­ zen. Dadurch ist es möglich, ein oder mehrere Halbleiterbauele­ mente, die auf dem Lichtleiter aufgebracht sind, an die im Lichtleiter geführten Signale anzukoppeln, so daß sich auf die­ se Weise beispielsweise ein Detektor mit zugehöriger Auswert­ elektronik unmittelbar auf dem Lichtleiter ausbilden läßt.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden wenigstens zwei Fasern zu einer Halbleiterschaltung miteinander verschal­ tet.

Auf diese Weise läßt sich die räumliche Begrenzung auf zwei Di­ mensionen, nämlich entlang der Längsachse des Faserkerns und senkrecht hierzu, zumindest teilweise aufheben. So können bei­ spielsweise eine Vielzahl von Fasern in der Art einer Netz­ struktur zueinander angeordnet und an den Berührpunkten elek­ trisch leitend miteinander verbunden werden. Auf diese Weise lassen sich dreidimensionale Schaltungsstrukturen aufbauen, wie sie an sich aus der planaren Halbleitertechnologie her bekannt sind. Aufgrund der Biegsamkeit der Fasern bleibt jedoch auch die Netzstruktur insgesamt biegsam, wodurch sich neue Anwen­ dungsmöglichkeiten erschließen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem ersten Ausführungsbei­ spiels einer erfindungsgemäßen Faser in einer per­ spektivischen Darstellung;

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Faserkerns in einem PECVD-Prozeß in einer stark vereinfachten Darstellung;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem zweiten Ausführungsbei­ spiel einer erfindungsgemäßen Faser in einem Axial­ schnitt; und

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für die Faser aus Fig. 3;

Fig. 5 einen Ausschnitt aus einem dritten Ausführungsbei­ spiel einer erfindungsgemäßen Faser in einem Axial­ schnitt.

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen, nicht maßstäblichen Darstellung einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Faser, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Die Faser 10 weist einen Faserkern 12 mit einer Längsachse 13 auf, bei dem es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um einen dünnen Kupferdraht mit einem Durchmesser von 50 µm handelt. Der Kupferdraht ist mit einer dünnen Lackschicht überzogen, der den darunterliegenden Draht vor Oxidation schützt.

Auf den Faserkern 12 ist umfangsseitig eine Rückkontaktschicht 14 aufgebracht, die den Faserkern 12 über seine gesamte Länge hinweg überzieht. Die Rückkontaktschicht 14 umgibt umfangssei­ tig eine n-dotierte Halbleiterschicht 16, die aus amorphem, mit Phosphor-Atomen dotiertem Silizium besteht. Die n-dotierte Halbleiterschicht 16 überdeckt eine intrinsische Halbleiter­ schicht 18 aus undotiertem amorphem Silizium. Nach außen schließt sich daran eine p-dotierte Halbleiterschicht 20 an, die aus amorphem, mit Bor-Atomen dotiertem Silizium besteht.

Die p-dotierte Halbleiterschicht 20 ist umfangsseitig von einer Frontkontaktschicht 22 umgeben, die aus einem elektrisch lei­ tenden, optisch transparenten Oxid (TCO, transparent conductive oxide) besteht. Darüber ist schließlich eine Schutzschicht 24 aus einem optisch transparenten Kunststoff aufgebracht, die die Faser 10 vor mechanischen Beschädigungen schützt.

Um die Rückkontaktschicht 14 kontaktieren zu können, reicht der Faserkern 12 mit der darauf aufgebrachten Rückkontaktschicht 14 so weit über die übrigen Schichten hinaus, daß auf der Rückkon­ taktschicht 14 Platz für einen Kontaktsockel 25 verbleibt. Die Kontaktierung der Frontkontaktschicht 22 erfolgt über einen Kontaktring 26, welcher durch die Schutzschicht 24 hindurch bis auf die Frontkontaktschicht 22 herabreicht.

Die drei Schichten 16, 18 und 20 bilden gemeinsam eine PIN- Photodiode, die z. B. als photovoltaisches Element zur Stromer­ zeugung genutzt werden kann. Auf die Faser 10 auftreffendes Licht, welches in Fig. 1 durch die Pfeile 27 angedeutet ist, gelangt durch die optisch transparente Schutzschicht 24, die darunterliegende, ebenfalls optisch transparente Frontkontakt­ schicht 22 und die p-dotierte Halbleiterschicht 20 bis in die intrinsische Halbleiterschicht 18. Dort erzeugt das Licht auf­ grund des Photoeffekts Elektron-Loch-Paare, die zu einer an dem Kontaktsockel 25 und dem Kontaktring 24 abgreifbaren elektri­ schen Spannung führt. Die PIN-Photodiode kann aber ebenso zur Erzeugung von Licht aus elektrischer Energie dienen, indem an den Kontaktsockel 25 und den Kontaktring 26 eine elektrische Spannung angelegt wird. In der intrinsischen Halbleiterschicht 18 entstehen dann durch Rekombination von Elekron-Loch-Paaren Lichtquanten, die durch die transparente Frontkontaktschicht 22 und die Schutzschicht 24 hindurch nach außen gelangen.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fasern sind grundsätzlich alle herkömmlichen Standardverfahren geeignet, mit denen dünne Schichten auf planaren Trägern abgeschieden werden können. Da bei den erfindungsgemäßen Fasern die Abscheidung jedoch nicht nur in einer Raumrichtung, sondern in allen Raumrichtungen erfolgen muß, sollte das gewählte Verfahren eine räumlich ver­ gleichsweise homogene Abscheidung, d. h. auch eine Abscheidung von der Seite und von unten her, ermöglichen.

Die in Fig. 1 gezeigte Faser, deren Beschichtung annähernd zylindersymmetrisch ist, wurde unter Verwendung eines PECVD- Prozesses (PECVD = plasma enhanced chemical vapor deposition) hergestellt. Eine zur Durchführung dieses Prozesses geeignete, an sich bekannte Vorrichtung ist schematisch in Fig. 2 in einer stark vereinfachten Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung weist eine Prozeßkammer 30 auf, in der mit Hilfe einer Vakuumpumpe 32 ein Vakuum erzeugbar ist. In die Prozeßkammer 30 kann über eine Schleuse 34 ein zu beschichtender Gegenstand eingebracht und auf einem Teller 36 befestigt werden. Über einen regelbaren Gaszulauf 37 können außerdem Prozeßgase in die Prozeßkammer 30 eingelassen werden. In der Prozeßkammer 30 sind Elektroden 38 und 40 angeordnet, die bei Anlegen einer Hochfrequenzspannung aus den eingelassenen Prozeßgasen ein Plasma erzeugen, welches den auf dem Teller 36 befestigten Gegenstand umgibt und aus dem heraus sich Atome auf dem Gegenstand abscheiden.

Zu Beginn der Herstellung wurde zunächst der lackierte, als Faserkern dienende Kupferdraht 12 gereinigt, dann mit einer dünnen Silberschicht 14 überzogen und nach einem weiteren Rei­ nigungsschritt in die Prozeßkammer 30 der PECVD-Vorrichtung eingebracht. Falls anstelle eines Kupferdrahtes z. B. ein Sil­ berdraht verwendet werden soll, so kann auf das Aufbringen ei­ ner zusätzlichen Frontkontaktschicht 14 verzichtet werden, da sich auf gereinigten Silberoberflächen unmittelbar Halbleiter abscheiden lassen.

Obwohl der Kupferdraht 12 unmittelbar auf den Teller 36 aufge­ legt wurde, ließen sich trotz der dann eher ungleichmäßigen Ab­ scheidung auf dem Kupferdraht 12 funktionsfähige Photodioden herstellen. Die Endabschnitte zu beiden Seiten des Kupferdrah­ tes wurden abgedeckt, damit diese nicht beschichtet wurden und somit später mit dem Kontaktsockel 25 versehen werden konnten.

Die Homogenität und Genauigkeit der Abscheidung kann allerdings verbessert werden, wenn der Kupferdraht 12 in einer Höhe über dem Teller 36 aufgehängt bzw. eingespannt wird, in der sich üb­ licherweise die Oberseite planarer Substrate für herkömmliche Bauelemente befinden. Eine weitere Verbesserung der Abschei­ dungshomogenität ist erreichbar, wenn der Kupferdraht 12 wäh­ rend des Abscheidungsprozesses um seine Längsachse gedreht wird.

Anschließend wurde über den Gaseinlaß 37 Silan (SiH₄) und Phos­ phin (PH₄) in die Prozeßkammer 30 eingeführt, um die n-dotierte amorphe Siliziumschicht 16 auf dem mit Silber beschichteten Fa­ serkern 12 abzuscheiden. In einem zweiten Prozeßschritt wurde ausschließlich Silan in die Prozeßkammer 30 eingeführt, um die intrinsische Siliziumschicht 18 auf die darunterliegende n- dotierte Schicht 16 aufzubringen. Dann wurde in einem dritten Prozeßschritt die p-dotierte amorphe Siliziumschicht 18 aufge­ bracht, indem in die Prozeßkammer 30 Silan und Diboran (B₂H₆) eingeführt wurde. Um Verunreinigungen beim Abscheiden zu ver­ meiden, kann auch eine Vorrichtung mit zwei oder mehreren Pro­ zeßkammern verwendet werden, die über eine Schleuse miteinander verbunden sind. Bei jedem Prozeßschritt wird die Faser 10 dann über die Schleuse in eine andere Prozeßkammer verbracht.

Auf die äußere p-dotierte Halbleiterschicht 18 wurde anschlie­ ßend die Frontkontaktschicht 20 durch Aufsputtern eines TCO- Materials aufgebracht. Danach erfolgte das Aufbringen des Kon­ taktrings 26, indem die Faser 10 entsprechend maskiert und dann einem Metalldampf-Nebel ausgesetzt wurde. Anschließend wurde die Faser 10 mit der Schutzschicht 24 versehen, indem nunmehr das Kontaktelement 26 abgedeckt und ein transparenter Kunst­ stoff auf der Frontkontaktschicht 22 abgeschieden wurde.

Für die Herstellung von Endlosfasern ist das soeben erläuterte Verfahren derart abzuwandeln, daß der Faserkern in einem End­ losverfahren durch eine Abscheidungsvorrichtung geführt wird. Derartige Endlosverfahren kommen zur Zeit bereits bei der Her­ stellung herkömmlicher planarer Solarzellen zur Anwendung. Die beiden Elektroden 38, 40 können dann z. B. durch Ringelektroden ersetzt sein, durch die der Endlosfaserkern hindurchgeführt wird.

Falls als Halbleiter nicht Silizium oder ein anderer anorgani­ scher Stoff, sondern ein organisches Material verwendet werden soll, so lassen sich die Halbleiterschichten auf vergleichswei­ se einfache Art in einem Tauchverfahren auf den - ggf. endlosen - Faserkern aufbringen.

Fig. 3 zeigt in einer axial geschnittenen, ebenfalls nicht maß­ stäblichen Darstellung einen Ausschnitt aus einer anderen er­ findungsgemäßen Faser 50, bei der mehrere Photodioden in Serie hintereinandergeschaltet sind. Anders als in Fig. 1 sind bei der Faser 50 die auf dem Faserkern 12 aufgebrachten Schichten nicht durchgehend über die gesamte Länge des Faserkerns 12, sondern lediglich abschnittsweise auf den Faserkern 12 aufge­ bracht.

Daher sind in dem in Fig. 3 gezeigten Ausschnitt zwei Rückkon­ taktschichten 14a und 14b erkennbar, die in Richtung der Faser­ längsachse 13 voneinander beabstandet sind. Die beiden Rückkon­ taktschichten 14a und 14b werden jeweils von einer p-dotierten Halbleiterschicht 16a bzw. 16b, einer intrinsischen Halbleiter­ schicht 18a bzw. 18b und einer n-dotierten Halbleiterschicht 20a bzw. 20b umfangsseitig umschlossen. Auf die beiden außen­ liegenden n-dotierten Halbleiterschichten 20a und 20b sind au­ ßerdem jeweils Frontkontaktschichten 22a und 22b aufgebracht. Dadurch entstehen zwei einzelne Photodioden 28a und 28b, die in Richtung der Faserlängsachse 13 auf dem Faserkern 12 hinterein­ ander angeordnet sind.

Die Frontkontaktschicht 22a der Photodiode 28a ragt in Richtung der Längsachse 13 über die Seitenflächen der Halbleiterschich­ ten 16a, 18a und 20a hinaus, und zwar so weit, daß die Rückkon­ taktschicht 14 der benachbarten Photodiode 28b teilweise über­ deckt und kontaktiert wird. Die beiden Photodioden 28a und 28b sind auf diese Weise in Serie geschaltet, wie dies in dem in Fig. 4 gezeigten vereinfachten Ersatzschaltbild erkennbar ist. Die Spannung, die zwischen der Rückkontaktschicht 14a an einem Ende der Faser 10 und der Frontkontaktschicht 22b am gegenüber­ liegenden Ende der Faser 10 abgegriffen werden kann, entspricht somit der Summe der Einzelspannungen, die von den dazwischen­ liegenden Photodioden bei Lichteinfall 28a und 28b erzeugt wer­ den.

Es versteht sich, daß die in Fig. 3 gezeigte Anordnung peri­ odisch in nur durch den Innenwiderstand begrenzter Anzahl in Längsachse 13 fortgesetzt werden kann.

Fig. 5 zeigt in einer axial geschnittenen, ebenfalls nicht maß­ stäblichen Darstellung einen Ausschnitt aus einer anderen er­ findungsgemäßen Faser 60. Der Faserkern der Faser 60 besteht aus einem Lichtleiter 62, der einen Kern 64 und einen Mantel 66 aufweist. Der Mantel 66 hat einen niedrigeren Brechungsindex als der Kern 64, so daß in den Lichtleiter 62 eingekoppeltes Licht sich überwiegend im Kern 64 ausbreitet, wie dies durch die Pfeile 67 angedeutet ist.

Der Mantel 66 des Lichtleiters 62 trägt entlang eines Ab­ schnitts ein Koppelelement 68 in Form einer mantelförmigen Schicht, die aus einem Glas oder einem Halbleiter mit dem glei­ chen oder einem höheren Brechungsindex als der Mantel 66 be­ steht. Auf dem Koppelelement 68 sind weitere Schichten aufge­ bracht, von denen exemplarisch nur die Schichten 70a, 70b und 70c in Fig. 5 dargestellt sind. Bei diesen Schichten kann es sich um Halbleiterschichten und ggf. auch um Funktionsschichten aus anderen Materialien handeln, die gemeinsam ein Halbleiter­ bauelement bilden.

Beim Betrieb koppelt das Koppelelement 68 einen (kleinen) Teil des im Lichtleiter 62 geführten Lichts 67 aus und in das darü­ berliegende Halbleiterbauelement ein. Die Menge des durch das Koppelelement 68 ausgekoppelten Lichts hängt dabei insbesondere vom Brechungsindex des Koppelelements 68 sowie von dessen Länge in Richtung der Längsachse 13 ab. Das Halbleiterbauelement er­ zeugt elektrische Signale, die in an sich herkömmlicher Weise ausgewertet werden können. Weitere zur Auswertung erforderli­ chen Halbleiterbauelemente können z. B. neben dem Koppelele­ ment 68 auf dem Lichtleiter 62 aufgebracht sein. Das Koppel­ element 68 bildet somit, zusammen mit den darüber liegenden Schichten, einen Sensor zur Detektion von im Lichtleiter 62 ge­ führten Lichtes 67.

Grundsätzlich möglich ist allerdings auch, als Halbleiterbau­ element durch ein lichterzeugendes optoelektronisches Bauele­ ment zu verwenden, um davon erzeugtes Licht mit Hilfe des Kop­ pelelements 68 in den Lichtleiter 62 einzukoppeln.

Claims (13)

1. Faser mit einem Faserkern (12; 62), dadurch gekennzeichnet, daß der Faserkern (12; 62) wenigstens eine Halbleiterschicht (16, 18, 20; 70a, 70b, 70c) trägt.

2. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiterschichten (16, 18, 20; 70a, 70b, 70c) in einer zu einer Längsachse (13) des Faserkerns (12; 62) senkrechten Richtung übereinander angeordnet sind.

3. Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiterschichten (16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) entlang einer Längsachse (13) des Faserkerns (12) nebenein­ ander angeordnet sind.

4. Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Faserkern (12; 62) eine oder mehrere Funktionsschichten (14, 22, 24; 68) trägt, die nicht aus einem Halbleiter bestehen.

5. Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens eine der Halbleiterschichten (16, 18, 20; 70a, 70b, 70c) und/oder der Funktions­ schicht(en) (14, 22, 24; 68) als koaxial zu einer Längsach­ se (13) des Faserkerns (12; 62) angeordnete Mantelschichten ausgeführt ist.

6. Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die wenigstens eine Halbleiterschicht (16, 18, 20; 70a, 70b, 70c) und ggf. die eine oder mehreren Funktionsschichten (14, 22, 24; 68) ein elektronisches oder optoelektronisches Halbleiterbauelement, insbesondere eine Diode, eine Photodiode, eine lichtemittierende Diode oder einen Transistor, bilden.

7. Faser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiterbauelemente in einer zur Längsachse (13) des Fa­ serkerns (12) senkrechten Richtung übereinander angeordnet sind.

8. Faser nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Halbleiterbauelemente (28a, 28b) ent­ lang der Längsachse (13) des Faserkerns (12) nebeneinander angeordnet sind.

9. Faser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Längsachse (13) des Faserkerns (12) mehrere Halbleiter­ bauelemente (28a, 28b) derart verschaltet sind, daß eine Kontaktschicht (22a) eines Halbleiterbauelements (28a) elektrisch leitend mit einer Kontaktschicht (14b) eines be­ nachbarten Halbleiterbauelements (28b) verbunden ist.

10. Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Faserkern ein Lichtleiter (62) ist.

11. Faser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Lichtleiter wenigstens ein Koppelelement (68) vorgesehen ist, durch das Licht aus dem Lichtleiter (62) auskoppelbar oder in diesen einkoppelbar ist.

12. Halbleiterschaltung mit wenigstens zwei miteinander ver­ schalteten Fasern (10; 50; 60) nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche.

13. Textiles Produkt, insbesondere Gewebe, mit wenigstens einer Faser (10; 50; 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.