[发明专利]射频放大器中的静电能和热能收集及自供电有效
申请号: | 202110623688.9 | 申请日: | 2021-06-04 |
公开(公告)号: | CN113328707B | 公开(公告)日: | 2023-09-12 |
发明(设计)人: | 廖小平;张森 | 申请(专利权)人: | 东南大学 |
主分类号: | H03F3/189 | 分类号: | H03F3/189;H03F1/26 |
代理公司: | 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249 | 代理人: | 秦秋星 |
地址: | 211102 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 射频放大器 中的 静电 热能 收集 供电 | ||
1.一种射频放大器中的静电能和热能收集及自供电,其特征在于:包括第一Input端口、第一Output端口、第一高频扼流圈L1、输入匹配网络、输出匹配网络、第四高频扼流圈L4、第一隔直电容C1、第六隔直电容C6、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、具有热-电转换的MOS管、热电偶、第一MEMS悬臂梁、第二MEMS悬臂梁、电荷存储器、能量收集及其电源管理电路;信号从第一Input端口输入,通过第一隔直电容C1接到输入匹配网络,输入匹配网络接到MOS管的栅极,第一电阻R1和第三电阻R3分别为栅极的上下偏置,MOS管的源极通过第四电阻R4接地,MOS管的漏极通过第二电阻R2接到能量收集及其电源管理电路的输出,MOS管的漏极通过输出匹配网络接第六隔直电容C6,信号从第一Output端口输出,第一高频扼流圈L1接在第一Input端口和第一MEMS悬臂梁之间,第四高频扼流圈L4接在第一Output端口和第二MEMS悬臂梁之间,电荷存储器位于第一MEMS悬臂梁和第二MEMS悬臂梁下方;所述的电荷存储器将MEMS悬臂梁收集到的静电能转换为电能,传输至能量收集及其电源管理电路,热电偶将具有热-电转换的MOS管工作时产生的热能转换为电能传输至能量收集及其电源管理电路,电源管理电路为射频放大器供电;
所述具有热-电转换的MOS管包括衬底(1),外延层(2),P阱(3),N阱(4),NMOS的源区(5),NMOS的漏区(6),隔离区(7),PMOS的源区(8),PMOS的漏区(9),SiO2层(10),硼磷硅玻璃层(11),栅极(12),热电偶半导体臂(13),金属钨互联通孔(14),金属件绝缘体层(15),金属连接线(16),热电偶金属臂(17),锚区底部TiN层(18),电荷存储器下极板(19),PAD (20),绝缘层(21),电荷存储器上极板(22),介质层(23),锚区金属柱(24),MEMS悬臂梁表面金属层(25),所述衬底(1),外延层(2),SiO2层(10),硼磷硅玻璃层(11),金属件绝缘体层(15),绝缘层(21),从下到上依次设置,所述下极板(19)置于金属件绝缘体层(15)上,绝缘层(21)位于电荷存储器下极板(19)和电荷存储器上极板(22)之间;
所述具有热-电转换的MOS管还包括MEMS悬臂梁表面金属层(25),锚区底部TiN层(18),其中:所述锚区底部TiN层(18)置于金属件绝缘体层(15)上,锚区金属柱(24)生长在锚区底部TiN层(18)上,MEMS悬臂梁表面金属层(25)由左侧的锚区金属柱(24)支撑,右侧悬空;热电偶多晶硅半导体臂(13),热电偶金属臂(17),金属钨互联通孔(14)构成的热电偶分布在MOS管源极和漏极周围,用于收集射频放大器工作时产生的热能,并将热能转换为电能;热电偶金属臂(17)尽可能靠近MOS管的热区,使热电偶充分吸收MOS管工作时产生的热能,达到防止器件过热,保护器件的功能。
2.根据权利要求1所述的射频放大器中的静电能和热能收集及自供电,其特征在于:能量收集及其电源管理电路(26)的输入与电荷存储器上极板连接,能量收集及其电源管理电路(26)可以将电荷存储器输出的直流电压和热-电转换的MOS管输出的电压转化为稳定的直流电压输出,从而给射频放大器供电。
3.根据权利要求1所述的射频放大器中的静电能和热能收集及自供电,其特征在于:两个所述MEMS悬臂梁横跨在电荷存储器上极板(22)上方,且对称设置,分别通过第一高频扼流圈L1和第四高频扼流圈L4与第一Input端口和第一Output端口连接。
4.根据权利要求1所述的射频放大器中的静电能和热能收集及自供电,其特征在于:为方便释放牺牲层,在MEMS悬臂梁表面金属层上刻蚀有多个方形小孔。
5.根据权利要求1所述的射频放大器中的静电能和热能收集及自供电,其特征在于:所述衬底(1)为P型Si衬底。
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