[發(fā)明專利]基于納米薄膜矩形偶陣列和納米PN結(jié)的微納發(fā)電機

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810208067.2
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108400748A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 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: H02S10/30
• 分類號: H02S10/30
• 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)明的基于納米薄膜矩形偶陣列和納米PN結(jié)的微納發(fā)電機，襯襯底為N型硅片，制備有絨面，氧化鋁膜，光電P型摻雜區(qū)，光電N型摻雜區(qū)，SiO2隔離層，光電電極，光電電極如圖3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。本微納發(fā)電機的熱電部分由熱電堆單元組成，熱電堆單元是由P型熱電臂和N型熱電臂構(gòu)成的，熱電臂采用周期性的納米硅多層薄膜，通過濺射一層金屬Ti/Au層串聯(lián)P型和N型熱電臂，串聯(lián)得到如圖4所示的熱電堆單元結(jié)構(gòu)。本發(fā)電機采用的硅納米的熱導(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，通過熱電光電能量轉(zhuǎn)換，利用射頻收發(fā)組件工作時產(chǎn)生的廢熱和環(huán)境中的光照，得到可持續(xù)的綠色能源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出了一種基于納米薄膜矩形偶陣列和納米PN結(jié)的微納發(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)

隨著無線通訊與MEMS技術(shù)的不斷發(fā)展，使得微電子設(shè)備、微傳感器和微型能量收集器等微型機電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷擴大。但是，諸多應(yīng)用仍僅僅依靠傳統(tǒng)的電池來供電，如鋰聚合物電池等。傳統(tǒng)電池存在以下缺陷：一是相對于微型傳感器等，其體積相對較大；二是電池使用壽命有限，有限的容量導(dǎo)致使用一段時間就需要更換或者充電，對于工作在氣候惡劣或偏遠地區(qū)的無線傳感網(wǎng)來說，這是個嚴重的制約。因此，微型能量收集系統(tǒng)已經(jīng)成為一個研究熱點且發(fā)展迅猛，能量收集器也正越來越多地受到廣大人民群眾的關(guān)注。其中，采用的硅納米的熱導(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。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種基于納米薄膜矩形偶陣列和納米PN結(jié)的微納發(fā)電機，光電池部分采用PN結(jié)納米結(jié)構(gòu)，熱電能量收集則采用平面型，因為其具有工藝簡單易于CMOS工藝集成等諸多優(yōu)點。在復(fù)雜野外環(huán)境下，由于更換鋰電池十分的不便，且存在著浪費人力物力的情況，該發(fā)電機可以很好的利用射頻收發(fā)組件等工作時產(chǎn)生的廢熱，通過熱電和光電能量轉(zhuǎn)換，得到可持續(xù)的綠色能源。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于納米薄膜矩形偶陣列和納米PN結(jié)的微納發(fā)電機。選擇4寸的N型硅片作為襯底，然后制備絨面，采用一種添加劑制絨優(yōu)化工藝，得到絨面。接著，利用ADL(原子層沉積法是一種鍍膜工藝)備制氧化鋁膜。清洗除雜，對樣片進行摻雜，得到太陽能光電器件納米陣列結(jié)構(gòu)的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)，去除多孔陽極氧化鋁模板，通過PECVD法在樣片上淀積一層SiO2隔離層。開孔，利用PECVD在樣片上電極一層金作為電極和匯流條，電極金屬連接如圖3所示，利用PECVD在樣片上淀積一層第一氮化硅隔離層作為電隔離。然后制備熱電部分，制備周期性納米硅多層薄膜并摻雜。采用LPCVD工藝制作一層100nm氮化硅，P型摻雜區(qū)光刻，用LAM490干法刻蝕氮化硅，時間為1.5min；進行硼離子注入，摻雜濃度為5E16cm-3，得到P型摻雜區(qū)，然后刻蝕去除上述氮化硅層。類似地，制備得到N型摻雜區(qū)，涂覆光刻膠，光刻出特定區(qū)域，刻蝕納米硅薄膜，留下熱電堆的P型臂和熱電堆的N型。又采用PECVD工藝生長一層厚度為0.1um氮化硅層，作為第二氮化硅隔離層，電極窗口光刻，用LAM490干法刻蝕氮化硅，得到窗口。通過濺射一層厚度為0.15um的Ti/Au層，反刻金屬層，得到熱電堆的電極，用來連接熱電堆的P型臂和熱電堆的N型臂，連接如下圖4所示。再采用PECVD工藝生長一層厚度為0.1um氮化硅層，作為第二氮化硅隔離層，刻蝕第三氮化硅層，露出pad。最后，電鍍一層厚度為2um的Al金屬層，作為器件的散熱板。

本發(fā)電機用于射頻收發(fā)組件中，由于射頻收發(fā)組件正常工作時熱耗損嚴重，故對其產(chǎn)生的熱能進行收集，然后通過DC-DC轉(zhuǎn)換模塊后得到穩(wěn)定輸出，并存貯到電池中。在復(fù)雜野外環(huán)境下，由于更換鋰電池十分的不便，且存在著浪費人力物力的情況，該發(fā)電機可以很好的利用射頻收發(fā)組件工作時產(chǎn)生的廢熱，通過熱電能量轉(zhuǎn)換，得到可持續(xù)的綠色能源。

有益效果：本發(fā)明相對于現(xiàn)有的發(fā)電機具有以下優(yōu)點：