[發明專利]面向物聯網的有熱電轉換的SOI基LDMOS器件

有效

• 申請號: 201710555933.0
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107359199B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 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: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/41
• 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

本發明公開了一種面向物聯網的有熱電轉換的SOI基LDMOS器件，包括：在傳統SOI基LDMOS的源區金屬極、柵極多晶硅、漏區金屬極四周，制作一層二氧化硅鈍化層，以進行電隔離，同時作為制作熱電偶的基準面；在二氧化硅層上，分別圍繞源極、柵極和漏極布置12個由熱電偶金屬臂和熱電偶N+型多晶硅臂組成的熱電偶，并通過金屬連線依次串聯，形成三個熱電偶模塊；熱電偶的一端靠近所在模塊的電極，其另一端遠離所在模塊的電極。本發明結構簡單，加工方便，節能環保，通過塞貝克效應實現廢熱能量回收的同時有效增強了器件的散熱性能，且通過塞貝克壓差可實時檢測SOI基LDMOS工作時熱耗散功率的大小，具有良好的經濟實用價值。

技術領域

本發明涉及一種面向物聯網的有熱電轉換的SOI基LDMOS器件，屬于微電子機械系統(MEMS)的技術領域。

背景技術

SOI技術，即絕緣襯底上的硅，該技術是在頂層硅和背襯底之間引入了一層埋氧化層，能夠從物理上和電學上實現器件間的隔離，能夠改善集成度和可靠性，被認為是突破硅材料和集成電路限制的新技術。SOI基LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導體)器件的源極、漏極和柵極電極做在表面，通過內部連接易于和相關電路集成，從而得到了快速發展。

相較于普通的低壓小電流MOS器件，SOI基LDMOS器件往往工作在高溫下，同時隨著器件結溫的變化會使LDMOS器件的性能發生較大變化，因為結溫的升高使得器件的功耗增加，器件的功耗又導致結溫升高等。因此，為了提高LDMOS器件的可靠性和使用壽命，我們需要減少不必要的熱損耗。

如今，隨著物聯網的發展和可持續發展的意識日益提高，熱電能量收集已經成為一個熱點話題。熱電發電技術作為一種完全固態的能量轉換方式，可以通過使用熱電轉換材料直接將熱能轉換為電能，目前正在成為研究熱點。

本發明是基于SOI技術和MEMS表面微機械加工工藝設計了一種應用在物聯網通訊中的具有熱電轉換功能的LDMOS器件。一方面，器件工作產生溫度分布，為溫差發電技術提供熱源與溫差；另一方面，溫差發電技術將LDMOS器件的廢熱利用，實現熱電能量轉換，進而緩解了散熱問題。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種面向物聯網的有熱電轉換的SOI基LDMOS器件，具有結構簡單、加工方便、節能環保等特點，利用環繞電極布置的熱電偶，實現熱電能量轉換的同時有效緩解器件的散熱。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種面向物聯網的有熱電轉換的SOI基LDMOS器件，包括SOI基LDMOS以及布置于SOI基LDMOS上的若干熱電偶；

其中，所述SOI基LDMOS包括SOI襯底及SOI襯底上橫向雙擴散得到的P阱區、N-漂移區，且P阱區頂部布置有重摻雜的N+型源區，N+型源區上設置有源區金屬極；所述N-漂移區頂部遠離P阱區的一側布置有重摻雜的N+型漏區，且N+型漏區上設置有漏區金屬極；所述N-漂移區上靠近P阱區的一側設置有柵極氧化層，且柵極氧化層上設置有柵極多晶硅；

所述SOI基LDMOS上圍繞源區金屬極、柵極多晶硅、漏區金屬極四周設置有二氧化硅鈍化層，以進行電隔離，且熱電偶布置于二氧化硅鈍化層上；每個熱電偶包括并列設置的熱電偶金屬臂及熱電偶N+型多晶硅臂，相鄰的熱電偶金屬臂及熱電偶N+型多晶硅臂之間通過金屬連線依次串聯。

進一步的，通過SOI基LDMOS上的溫度分布為熱電偶提供熱源，通過熱電偶實現熱電能量轉換的同時實現SOI基LDMOS的散熱，實現了可持續的能量收集的同時有效緩解了LDMOS器件的散熱。

進一步的，所述熱電偶分別圍繞源區金屬極、柵極多晶硅、漏區金屬極排列并依次串聯，形成三個熱電偶模塊，且熱電偶的一端靠近所在模塊的電極，其另一端遠離所在模塊的電極，從而實現穩定高效的溫差發電。