[发明专利]面向物联网的有热电转换的SOI基LDMOS器件

说明书

本发明公开了一种面向物联网的有热电转换的SOI基LDMOS器件，包括：在传统SOI基LDMOS的源区金属极、栅极多晶硅、漏区金属极四周，制作一层二氧化硅钝化层，以进行电隔离，同时作为制作热电偶的基准面；在二氧化硅层上，分别围绕源极、栅极和漏极布置12个由热电偶金属臂和热电偶N+型多晶硅臂组成的热电偶，并通过金属连线依次串联，形成三个热电偶模块；热电偶的一端靠近所在模块的电极，其另一端远离所在模块的电极。本发明结构简单，加工方便，节能环保，通过塞贝克效应实现废热能量回收的同时有效增强了器件的散热性能，且通过塞贝克压差可实时检测SOI基LDMOS工作时热耗散功率的大小，具有良好的经济实用价值。

技术领域

本发明涉及一种面向物联网的有热电转换的SOI基LDMOS器件，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。

背景技术

SOI技术，即绝缘衬底上的硅，该技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层，能够从物理上和电学上实现器件间的隔离，能够改善集成度和可靠性，被认为是突破硅材料和集成电路限制的新技术。SOI基LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)器件的源极、漏极和栅极电极做在表面，通过内部连接易于和相关电路集成，从而得到了快速发展。

相较于普通的低压小电流MOS器件，SOI基LDMOS器件往往工作在高温下，同时随着器件结温的变化会使LDMOS器件的性能发生较大变化，因为结温的升高使得器件的功耗增加，器件的功耗又导致结温升高等。因此，为了提高LDMOS器件的可靠性和使用寿命，我们需要减少不必要的热损耗。

如今，随着物联网的发展和可持续发展的意识日益提高，热电能量收集已经成为一个热点话题。热电发电技术作为一种完全固态的能量转换方式，可以通过使用热电转换材料直接将热能转换为电能，目前正在成为研究热点。

本发明是基于SOI技术和MEMS表面微机械加工工艺设计了一种应用在物联网通讯中的具有热电转换功能的LDMOS器件。一方面，器件工作产生温度分布，为温差发电技术提供热源与温差；另一方面，温差发电技术将LDMOS器件的废热利用，实现热电能量转换，进而缓解了散热问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种面向物联网的有热电转换的SOI基LDMOS器件，具有结构简单、加工方便、节能环保等特点，利用环绕电极布置的热电偶，实现热电能量转换的同时有效缓解器件的散热。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种面向物联网的有热电转换的SOI基LDMOS器件，包括SOI基LDMOS以及布置于SOI基LDMOS上的若干热电偶；

其中，所述SOI基LDMOS包括SOI衬底及SOI衬底上横向双扩散得到的P阱区、N-漂移区，且P阱区顶部布置有重掺杂的N+型源区，N+型源区上设置有源区金属极；所述N-漂移区顶部远离P阱区的一侧布置有重掺杂的N+型漏区，且N+型漏区上设置有漏区金属极；所述N-漂移区上靠近P阱区的一侧设置有栅极氧化层，且栅极氧化层上设置有栅极多晶硅；

所述SOI基LDMOS上围绕源区金属极、栅极多晶硅、漏区金属极四周设置有二氧化硅钝化层，以进行电隔离，且热电偶布置于二氧化硅钝化层上；每个热电偶包括并列设置的热电偶金属臂及热电偶N+型多晶硅臂，相邻的热电偶金属臂及热电偶N+型多晶硅臂之间通过金属连线依次串联。

进一步的，通过SOI基LDMOS上的温度分布为热电偶提供热源，通过热电偶实现热电能量转换的同时实现SOI基LDMOS的散热，实现了可持续的能量收集的同时有效缓解了LDMOS器件的散热。

进一步的，所述热电偶分别围绕源区金属极、栅极多晶硅、漏区金属极排列并依次串联，形成三个热电偶模块，且热电偶的一端靠近所在模块的电极，其另一端远离所在模块的电极，从而实现稳定高效的温差发电。