[發(fā)明專利]射頻收發(fā)機中長條型熱電與納米硅薄膜光電集成發(fā)電機

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810208027.8
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108470780A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 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: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/028;H01L31/0392;H01L35/32;H02S10/30;B82Y30/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明的射頻收發(fā)機中長條型熱電與納米硅薄膜光電集成發(fā)電機，襯底為N型硅片，制作有非晶硅(a?Si)薄膜、絨面和背電結(jié)結(jié)構(gòu)，正負電極如圖2所示進行連接，然后制備了第一氮化硅隔離層，用于隔離熱電光電。熱電式發(fā)電機的主要單元為熱電堆，熱電堆是由一系列的P型多晶硅納米線簇和N型多晶硅納米線簇構(gòu)成的，濺射一層金屬Ti/Au層作為熱電堆電極，串聯(lián)得到如圖3所示的熱電堆結(jié)構(gòu)，最后PECVD生長第二氮化硅隔離層，電鍍一層厚度Al金屬層作為器件的散熱板。本發(fā)電機采用納米硅薄膜，其熱導(dǎo)率遠低于傳統(tǒng)體材料，可以實現(xiàn)一邊維持電子運輸，一邊抑制熱量輸送，從而極大的提高了熱電發(fā)電效率，在熱電發(fā)電實用化上具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出了一種射頻收發(fā)機中長條型熱電與納米硅薄膜光電集成發(fā)電機，屬于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

射頻收發(fā)組件是雷達技術(shù)和射頻通信的重要組成部分，而功率放大器又是每一個射頻收發(fā)組件中發(fā)射機電路的基本模塊，其線性要求及技術(shù)的局限限制了功放的效率，同時帶來大量的熱損耗，射頻功放的能耗更是占到了總能耗的60％左右。

采用長條型熱電與納米硅薄膜光電集成發(fā)電機，其中，納米硅薄膜的熱導(dǎo)率遠低于傳統(tǒng)體材料，從而極大的提高了熱電發(fā)電效率，在熱電發(fā)電實用化上具有重要意義。通過對功率放大器工作時產(chǎn)生的熱耗損功率進行回收，收集的電能可以通過DC-DC升壓穩(wěn)壓電路后存貯在電池中，這不僅能夠減少能源不必要的浪費，還可以為周邊的無線傳感節(jié)點或者監(jiān)控模塊等低功耗設(shè)備供電。太陽能作為免費的能源，將光電進行集成，能夠大大提高能量的收集，可以實現(xiàn)更加持久的能量供給。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種射頻收發(fā)機中長條型熱電與納米硅薄膜光電集成發(fā)電機，光電池部分采用納米硅薄膜結(jié)構(gòu)，熱電能量收集則采用垂直型，用以提高輸出功率，同時集成熱電光電可對環(huán)境中的熱能和光能進行多能源利用，在復(fù)雜野外環(huán)境下，兩種收集方式也可以互為補充，協(xié)同供電。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種射頻收發(fā)機中長條型熱電與納米硅薄膜光電集成發(fā)電機。該結(jié)構(gòu)主要包括光電池部分和熱電能量收集部分，兩者制備于同一襯底之上，實現(xiàn)了光電-熱電的單片集成。選擇N型硅作為襯底，摻磷濃度為1.0E15cm^-3，電阻率約為2Ωcm。制作前進行雙面拋光，并在0.55％的HF酸溶液中浸泡，去除金屬顆粒等雜質(zhì)；然后，在襯底上制備非晶硅碳化硅周期性多層膜，背面外延進行硼摻雜，摻雜濃度為1.0E20cm^-3，形成P+區(qū)，作為發(fā)射極。再采用PECVD工藝淀積氮化硅，厚度約200nm，作為后續(xù)工藝的掩膜。去除未曝光的光刻膠，露出需要做BSF(背面區(qū)域)的區(qū)域，用BHF(緩沖的氫氟酸)除去需要做BSF區(qū)域的氮化硅，利用HF和HNO3除去BSF區(qū)域的發(fā)射區(qū)，制備BSF，形成N+。然后利用BHF溶液除去舊的氮化硅層(被污染)，在重新PECVD淀積氮化硅層。FS(前表面)制絨面采用在四甲基氫氧化銨和異丙胺水溶液利用110面特性刻蝕出金字塔結(jié)構(gòu)；除去背面氮化硅層，在FS進行P擴散，制作FSF。然后在850℃和氧氣氛圍中進行退火，以激活注入到FS和BS的離子。然后在整個BS熱蒸發(fā)淀積約2um厚的金屬Al，作為背接觸電極，利用特定工藝除去BSF接觸區(qū)和發(fā)射區(qū)的Al層，形成交叉的正負電極及連接。采用LPCVD工藝制備一層厚度為1μm的氮化硅隔離層，并刻蝕開孔，填充金屬鋁，作為光電與熱電連接。采用LPCVD工藝生長一層厚度為2μm的多晶硅，并刻蝕成型，濺射一層厚度為0.15μm的Ti/Au層，干法刻蝕成型，形成熱電堆的電極，分別對多晶硅的相應(yīng)區(qū)域進行N型磷離子摻雜和P型硼離子摻雜，形成熱電堆的N型臂和P型臂，采用電子束光刻技術(shù)在形成多晶硅納米線。接著，旋涂一層厚度為3μm的聚酰亞胺，光刻成型，采用PECVD工藝生長一層厚度為0.1μmSi3N4層，作為介質(zhì)絕緣層，最后電鍍一層厚度為2μm的Al金屬層，作為器件的散熱板，釋放聚酰亞胺犧牲層。