[发明专利]射频收发机中方柱型热电与PN结纳米光电集成发电机

说明书

本发明的射频收发机中方柱型热电与PN结纳米光电集成发电机，衬底为N型硅片，制作有绒面、氧化铝膜、光电P型掺杂区、光电N型掺杂区、SiO2隔离层和光电电极，其中光电电极如图2所示进行连接，然后制备了第一氮化硅隔离层，用于隔离热电光电。热电发电机的基本结构为热电偶，本发明的热电偶采用垂直方柱结构，方柱由若干个P型多晶硅纳米线簇和N型多晶硅纳米线簇构成的，溅射一层金属Ti/Au层作为热电堆电极，串联得到热电堆结构。本发电机采用的硅纳米的热导率远低于传统体材料，可以一边维持电子运输，一边抑制热量输送，优异的光电特性和减反射效果都极大的提高热电光电的发电效率，低内阻的方柱型结构共同实现一定量的功率输出。

技术领域

本发明提出了一种射频收发机中方柱型热电与PN结纳米光电集成发电机，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。

背景技术

随着无线通讯技术的应用的多样化，射频组件的硬件集成和持续不断的能源供给对于物联网的发展扮演着关键的角色。目前，射频收发组件中面临的问题技术包括了供电问题和散热问题，射频收发组件中发射部分有着高达80％的功率以热的形式耗散到了环境中，而常用的供电技术则是沿用多年的锂电池。由于锂电池容量有限且不易更换的特点，能量收集技术正在成为当下研究的热点之一，其中，热电、光电等能力收集技术尤为引人瞩目。

采用长条型热电与PN结纳米光电集成发电机，采用的硅纳米的热导率远低于传统体材料，可以实现一边维持电子运输，一边抑制热量输送，从而极大的提高了热电发电效率，在热电发电实用化上具有重要意义。通过对射频收发机工作时产生的热耗损功率进行回收，然后通过DC-DC升压稳压电路储存到电池中，可以为无线传感网系统中的低功耗设备进行供电。此外，太阳能电池采用的光电能量转换也是一种高效的绿色能源收集技术，能够解决能源衰竭和环境污染等问题。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提供一种射频收发机中方柱型热电与PN结纳米光电集成发电机，光电池部分采用PN结纳米结构，热电能量收集则采用方柱型，同时集成热电光电可对环境中的热能和光能进行多能源利用，在复杂野外环境下，两种收集方式也可以互为补充，协同供电。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种射频收发机中方柱型热电与PN结纳米光电集成发电机。该结构主要包括光电池部分和热电能量收集部分，两者制备于同一衬底之上，实现了光电-热电的单片集成。选择4寸的N型硅片作为衬底，其厚度为350μm，晶向为<100>，电阻率为10Ω/□，少子寿命大于500us。采用一种添加剂制绒优化工艺，得到绒面。接着，利用ADL(原子层沉积法是一种镀膜工艺)备制氧化铝膜，清洗除杂。采用纳米改性工艺进行表面微区修饰清洗，去除硅片表面的微缺陷和有害杂质。制备多孔阳极氧化铝模板，将多孔阳极氧化铝模板转移到硅衬底得到样片，对样片进行掺杂，得到太阳能光电器件纳米阵列结构的P型掺杂区和N型掺杂区，去除多孔阳极氧化铝模板，通过PECVD法在样片上淀积一层SiO2隔离层。开孔，利用PECVD在样片上电极一层金作为电极和汇流条，电极金属连接如图2所示，利用PECVD在样片上淀积一层第一氮化硅隔离层作为电隔离。接着，通过溅射一层厚度为0.15μm的钨层，干法刻蚀成型，得到热电堆的下电极，再采用LPCVD工艺生长一层厚度为2μm的多晶硅，采用LPCVD工艺生长一层SiO2，DUV(深紫外)光刻成型，形成多晶硅纳米线结构，分别对多晶硅纳米线的相应区域进行N型磷离子掺杂和P型硼离子掺杂，形成热电堆的P型臂和热电堆的N型臂，旋涂一层PMMA填充硅纳米线之间的间隙，提高结构的稳定性。蒸发一层厚度为0.3μm的Ti/Au层，剥离法成型，作为热电堆的上电极，采用PECVD工艺生长一层厚度为0.1μm SiO2层，作为第二氮化硅隔离层，电镀一层厚度为1μm的Al金属层，作为器件的散热板。