[发明专利]射频收发机中长条型热电与PN结纳米光电集成发电机在审

专利信息
申请号: 201810208215.0 申请日: 2018-03-14
公开(公告)号: CN108512488A 公开(公告)日: 2018-09-07
发明(设计)人: 廖小平;陈友国 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: H02S10/30 分类号: H02S10/30;H01L31/072;H01L31/0224;H01L35/28;B81B7/02
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 代理人: 柏尚春
地址: 211189 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 热电堆 热电 光电集成 电极 发电机 射频收发机 纳米线簇 长条型 能量转换 热电式发电机 射频收发组件 能量收集 热电发电 热量输送 太阳光能 氧化铝膜 传统体 氮化硅 隔离层 硅纳米 热导率 衬底 溅射 绒面 制备 串联 隔离 金属 运输 制作 转化
【说明书】:

发明的射频收发机中长条型热电与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。热电式发电机的主要单元为热电堆,热电堆是由一系列的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。本发电机实现了对太阳光能和射频收发组件工作时产生的热能的转化,热电光电集成能量收集,实现了跨能域的能量转换,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,从而提高了热电发电效率。

技术领域

本发明提出了一种射频收发机中长条型热电与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

随着物联网的发展,短距离无线通信技术的应用越来越广,其中,无线传感网络WSN作为感知外界的末梢神经网络,在军事、物流管理等领域有着巨大的应用需求,也成为了无线通信领域的焦点。射频收发机是实现传感节点间以及节点和终端设备之间无线通信的主要模块,该模块消耗无线传感网的绝大部分功耗,与此同时,射频收发机也存在大量的能源浪费。

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。可以对射频收发机工作时产生的大量浪费的热能进行回收,然后通过DC-DC升压稳压电路存贮到电池中,再提供给无线传感网系统中的低功耗模块。此外,太阳能电池能够解决能源衰竭和环境污染问题,光电部分将太阳能直接转化为电,作为热电能量收集的补充。

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长条型热电与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长条型,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长条型热电与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。然后,采用LPCVD工艺生长一层厚度为2um的多晶硅,进行N型磷离子掺杂和P型硼离子掺杂,形成热电堆的N型臂和P型臂,并刻蚀成型,得到热电堆的P型臂和热电堆的N型臂,深紫外光刻得到多晶硅纳米线。再溅射一层厚度为0.15μm的Ti/Au层,干法刻蚀成型,形成热电堆的电极,热电堆电极连接如图3所示。采用PECVD工艺生长一层厚度为0.1μm Si3N4层,作为第二氮化硅隔离层,最后电镀一层厚度为2μm的Al金属层,作为器件的散热板。

本发电机用于射频收发组件中,光电池部分,其受光面朝外,用于接受环境中的不同方向的光线,由于采用背面结结构,消除了正面电极遮光,提升了光电效率。热电部分,由于射频收发组件热耗损严重,故将一端贴在其上方,对射频收发组件工作时产生的大量热能进行收集,实现可持续的绿色能源。光电和热电能量收集之后,通过DC-DC升压稳压电路后,存贮在电池中,可为无线传感网中的低功耗模块供电。

有益效果:本发明相对于现有的发电机具有以下优点:

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