[發明專利]面向物聯網的具有自供電功能的MESFET管放大器

有效

• 申請號: 201710555920.3
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107395177B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 廖小平;陳友國
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03K17/14
• 分類號: H03K17/14;H01L29/812;H01L21/338;H01L35/32;H01L35/34
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明的面向物聯網的具有自供電功能的MESFET管放大器，包括具有熱電轉換功能的MESFET放大管、電阻、電容、穩壓電路和大電容充電電池。在傳統的MESFET放大管上生長一層二氧化硅層，在MESFET放大管的源漏柵上各制作12個由熱電偶金屬臂和熱電偶砷化鎵臂組成的熱電偶，用金屬連線Au將其串聯，留下兩個電極作為塞貝克電壓輸出極“+”極和“?”極。信號通過隔直電容C1輸入到MESFET放大管的柵極，電阻R1和電阻R2構成偏置，源極通過電阻R3接地，放大后的信號通過MESFET放大管的漏極輸出；將塞貝克電壓的“?”電極接地，“+”電極接穩壓電路和大電容。根據Seebeck效應，MESFET放大器將自身工作時產生的廢熱回收轉換成電能，進行電能存儲和自供電，增強其散熱性能的同時延長了使用壽命。

技術領域

本發明涉及微電子機械系統(MEMS)的技術領域，具體涉及一種面向物聯網的具有自供電功能的MESFET管放大器。MESFET(Metal Epitaxial-Semiconductor Field EffectTransistor)，即金屬-半導體場效應晶體管。

背景技術

繼計算機、互聯網與移動通信網之后，物聯網作為又一次信息產業浪潮，世界上的許多事物，小到手表、手環，大到汽車，只要嵌入一個微型芯片，就使其變得智能化，并且其所需功耗十分低。隨著能量收集技術的不斷發展，近年來不斷出現對微小功率浪費能源收集與利用的報道。將浪費的能量以及環境中無所不在的能量收集起來，轉換成電能，為各種電子設備供能，是服務于物聯網的有效途徑。溫差發電技術幫助人們收集環境中的熱能，轉換成電能，為物聯網或可穿戴設備供電，實現能量自供給。

半導體溫差發電是一種綠色的能源技術，是一種新型的發電技術，它具有如下優點：(1)結構緊湊、無磨損、無泄漏；(2)壽命長且可靠性高；(3)無有害物排放、無噪音污染。其中，半導體溫差發電技術的一個關鍵問題是溫差的產生，也就是熱源的獲得，又因為MESFET管放大器工作時所產生的廢熱正好作為熱源，如此節約能源的同時減少了環境污染。

本發明即是基于GaAs工藝和MEMS表面微機械加工工藝設計了一種面向物聯網的具有自供電功能的MESFET管放大器，這是一種應用在物聯網通訊中的MESFET管放大器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種面向物聯網的具有自供電功能的MESFET管放大器，具有熱電轉換功能的MESFET根據Seebeck效應，實現熱能到電能的轉換，將產生的電壓輸入到大電容，進行電能存儲；將產生的電壓輸入到穩壓電路，輸出穩定的直流電壓，輸出作為電源，為MESFET放大器自身提供電能。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種面向物聯網的具有自供電功能的MESFET管放大器，包括：具有熱電轉換功能的MESFET放大管、電阻、電容、穩壓電路和大電容充電電池；信號通過隔直電容C1輸入到MESFET放大管的柵極，電阻R1和電阻R2分別為柵極的上下偏置，MESFET放大管的源極通過電阻R3接地，MESFET放大管的漏極通過電阻R4接到VDD，放大后的信號通過MESFET放大管的漏極輸出，MESFET放大管的漏極通過隔直電容C2接負載電阻R5，穩壓電路和大電容充電電池接VDD；所述MESFET放大管以半絕緣的GaAs為襯底，襯底上設有N型GaAs導電溝道層、MESFET源區、MESFET漏區、源區歐姆接觸金鍺合金層、漏區歐姆接觸金鍺合金層、柵極肖特基接觸金層；所述源區歐姆接觸金鍺合金層、漏區歐姆接觸金鍺合金層、柵極肖特基接觸金層的四周分別設有絕緣層；所述柵源漏區的絕緣層上分別設有若干個熱電偶；所述熱電偶包括熱電偶金屬臂和熱電偶砷化鎵臂，并用金屬連線Au將上述熱電臂串聯，形成熱電偶；所述柵源漏區的熱電偶之間通過金屬連線Au串聯，柵源漏區分別留出2個熱電偶電極；用金屬連線Au將柵源漏區的熱電偶電極串聯，留下兩個熱電偶電極作為塞貝克電壓的輸出極“+”極和“-”極，“+”極接穩壓電路和大電容充電電池，“-”極接地。