[發(fā)明專利]面向物聯(lián)網(wǎng)的具有自供電功能的HEMT管放大器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710555905.9
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107404295B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖小平;陳友國
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H03F3/16
• 分類號: H03F3/16;H01L29/778;H01L21/335;H02J7/32
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明提出一種面向物聯(lián)網(wǎng)的具有自供電功能的HEMT管放大器,包括：面向物聯(lián)網(wǎng)的GaAs基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的HEMT放大管、電阻、電容、穩(wěn)壓電路和大電容充電電池。面向物聯(lián)網(wǎng)的具有熱電轉(zhuǎn)換功能的HEMT放大管在傳統(tǒng)的HEMT源漏柵的金屬電極四周制作一層氧化硅層，上面各制作12個由熱電偶金屬臂和熱電偶砷化鎵臂組成的熱電偶，用金屬Au將其串聯(lián)，留下兩個熱電偶電極作為塞貝克電壓輸出極“+”極和“?”極。將塞貝克電壓的“?”極接地，“+”極輸出到穩(wěn)壓電路和大電容充電電池。根據(jù)Seebeck效應(yīng)，HEMT放大管將自身工作時產(chǎn)生的廢熱回收轉(zhuǎn)換成電能，進(jìn)行電能存儲和自供電，增強散熱性能的同時延長使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向物聯(lián)網(wǎng)的具有自供電功能的HEMT管放大器。HEMT是高電子遷移率晶體管(High Electron MobilityTransistor)的縮寫。

背景技術(shù)

隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)得到較快的發(fā)展，尤其是無線傳感網(wǎng)絡(luò)。其基本單元是無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，它體積較小，大多由容量有限的電池供電，而電池有限的使用壽命限制了傳感器節(jié)點的壽命，進(jìn)而影響整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)的壽命。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點有著數(shù)目巨大、分布廣泛、環(huán)境復(fù)雜等特點，因此，為節(jié)點進(jìn)行充電或者更換電池變得有些不經(jīng)濟(jì)和不現(xiàn)實。當(dāng)儲能元件能量耗完，整個系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。因此，解決無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能源問題變得十分必要。

近年來，能量收集技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。微型能量收集技術(shù)可以將環(huán)境中的能量收集起來，并轉(zhuǎn)化成電能用來給電子設(shè)備供電。其中，半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)對環(huán)境中的廢熱進(jìn)行回收，不僅節(jié)約能源，還可以減少環(huán)境污染，對節(jié)能減排有重要意義。

本發(fā)明即是基于GaAs工藝和MEMS表面微機械加工工藝設(shè)計了一種面向物聯(lián)網(wǎng)的具有自供電功能的HEMT管放大器，這是一種應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)通訊中的HEMT管放大器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種面向物聯(lián)網(wǎng)的具有自供電功能的HEMT管放大器，具有熱電轉(zhuǎn)換功能的HEMT放大管根據(jù)Seebeck效應(yīng)，實現(xiàn)熱能到電能的轉(zhuǎn)換，將產(chǎn)生的電壓輸入到大電容，進(jìn)行電能存儲；將產(chǎn)生的電壓輸入到穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定的直流電壓，輸出作為電源為HEMT放大器供電。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種面向物聯(lián)網(wǎng)的具有自供電功能的HEMT管放大器，包括：面向物聯(lián)網(wǎng)的GaAs基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的HEMT放大管、電阻、電容、穩(wěn)壓電路和大電容充電電池；信號通過隔直電容C1輸入到HEMT放大管的柵極，電阻R1和電阻R2分別為柵極的上下偏置，HEMT放大管的源極通過電阻R3接地，HEMT放大管的漏極通過電阻R4接到VDD，放大后的信號通過HEMT放大管的漏極輸出，HEMT放大管的漏極通過隔直電容C2接負(fù)載電阻R5；所述HEMT放大管以半絕緣的GaAs為襯底，在襯底上含有本征GaAs層、本征AlGaAs層、N⁺AlGaAs層、N型GaAs層、源區(qū)、漏區(qū)、柵極金屬層、源漏區(qū)金屬層；所述柵極金屬層、源漏區(qū)金屬層的四周分別設(shè)有絕緣層；所述柵源漏區(qū)的絕緣層上分別設(shè)有若干個熱電偶；所述熱電偶由金屬熱電臂和砷化鎵熱電臂組成，并用金屬連線將上述熱電臂串聯(lián)起來，柵源漏區(qū)熱電偶分別留出2個熱電偶電極；用金屬連線將柵源漏區(qū)的熱電偶電極連接，留下兩個熱電偶電極作為塞貝克電壓的輸出極“+”極和“-”極，“+”極接穩(wěn)壓電路和大電容充電電池，“-”極接地，穩(wěn)壓電路和大電容充電電池接VDD。

進(jìn)一步的，所述柵極金屬層、源區(qū)金屬層、漏區(qū)金屬層的左右側(cè)各擺放4個熱電偶，上下側(cè)各擺放2個熱電偶。

進(jìn)一步的，由于GaAs基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的HEMT放大管正常工作時的溫度的分布不同，根據(jù)Seebeck效應(yīng)實現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換，收集廢熱，有利于散熱。

進(jìn)一步的，輸出的塞貝克壓差接穩(wěn)壓電路和大電容充電電池，可以進(jìn)行電能存儲，通過檢測存儲電量的大小，從而檢測熱耗散功率的大小。