面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器制造技术

本发明专利技术提供的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器，主要包括：具有热电转换功能的BJT、电阻、电容、稳压电路和大电容充电电池等。其中，当BJT管放大器正常工作时，具有热电转换功能的BJT上的36个热电偶根据Seebeck效应产生塞贝克电压，实现了热能到电能的直接转换，输出塞贝克电压到稳压电路和大电容，可以进行电能存储，通过检测存储电量的大小，从而检测热耗散功率的大小。将产生的塞贝克电压输入到稳压电路和大电容，输出稳定的直流电压，为BJT放大器供电，实现了自供电和绿色能源的可持续。同时，废热得到了有效回收，增强了其散热性能，提高了可靠性，延长了使用寿命。

BJT tube amplifier with self powered function for Internet of things

The invention provides a BJT tube amplifier with self powered function for the Internet of things, which mainly comprises BJT, a resistor, a capacitor, a voltage stabilizing circuit and a large capacity charging battery with thermoelectric conversion function. Among them, when the BJT tube amplifier work, with 36 thermocouple thermoelectric conversion function on BJT Sebek voltage according to the Seebeck effect, the direct conversion of thermal energy to electricity, the output voltage to the Sebek voltage stabilizing circuit and the capacitor, the energy storage can, by detecting the size of storage capacity, so as to test the size of heat dissipation power. The Seebeck voltage input to the voltage circuit and the capacitor, stable DC voltage output, BJT power amplifier, the self supply and sustainable green energy. At the same time, the waste heat is recovered effectively, the heat dissipation performance is enhanced, the reliability is increased, and the service life is prolonged.

【技术实现步骤摘要】
面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器
本专利技术提出了一种面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器，属于微电子机械系统(MEMS)的
BJT是双极结型晶体管(BipolarJunctionTransistor—BJT)的缩写。
技术介绍
随着物联网的快速发展，自供电传感器的研究得到了广泛的关注。其中，面临的挑战有能量的收集与存储。自供电传感器的能量可以有诸多来源，较为普遍的是光能或者太阳能，但是，还有一个可靠的来源就是射频收发组件的废热。如果将这一废热收集利用起来，不仅可以改善射频收发组件的能耗问题，还可以减小发热对射频收发组件的影响。因此，自供电传感器网络可以利用热电能量收集技术回收废热，并转换成电能为自身供电，实现自供电的功能。本专利技术即是基于BJT工艺和MEMS表面微机械加工工艺设计了一种具有自供电功能的BJT管放大器，这是一种应用在物联网通讯中的BJT管放大器,实现了能量收集以自供电，且为可持续的绿色能源。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器，是为了收集BJT器件工作时产生的热能，以补偿BJT放大器工作过程中所产生的不必要的热损耗功率，将热能转换成电能的同时改善散热问题，进而提高了放大器的性能；根据Seebeck效应实现热能到电能的转换，产生的直流电压输出到稳压电路和充电电池，进行能量存储，输出稳定的直流电压可以为BJT放大器供电。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器，包括：具有热电转换功能的BJT放大管、电阻、电容、稳压电路和大电容充电电池；信号通过隔直电容C1输入到BJT放大管的基极，电阻R1和电阻R2分别为BJT放大管的基极的上下偏置，BJT放大管的发射极通过电阻R3接地，BJT放大管的集电极通过电阻R4接到VDD，放大后的信号通过BJT放大管的集电极输出，BJT放大管的集电极通过隔直电容C2接负载电阻R5，稳压电路和大电容充电电池接VDD；所述具有热电转换功能的BJT放大管产生塞贝克电压，塞贝克电压的输出极“+”极接稳压电路和大电容充电电池，“-”极接地。进一步的，所述具有热电转换功能的BJT放大管以硅为衬底，在衬底上设有N+型隐埋层、BJT集电区、P+型隔离区、BJT基区、BJT发射区、集电极、基极、发射极；所述集电极、基极、发射极的四周分别设有绝缘层；所述集电极、基极、发射极的四周的绝缘层上分别均匀设有若干热电偶，热电偶之间通过金属连线串联，并留下两个热电偶电极作为塞贝克电压的输出极“+”极和“-”极，“+”极接稳压电路和大电容充电电池，“-”极接地；所述热电偶由金属Al型热电臂和多晶硅N型热电臂通过金属连线串联而成。进一步的，所述绝缘层的材质为二氧化硅。进一步的，所述集电极、基极、发射极的四周的绝缘层上分别设有12个热电偶。进一步的，所述集电极、基极、发射极的左右侧各摆放4个热电偶，上下侧各摆放2个热电偶。进一步的，针对BJT正常工作时的温度的分布不同，根据Seebeck效应实现热电能量转换，收集废热，增强了其散热性能，提高了可靠性，延长了使用寿命。进一步的，输出的塞贝克电压通过稳压电路和大电容充电电池，进行电能存储，通过检测存储电能的大小，从而检测耗散功率的大小。本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器的原理、结构简单，利用现有的硅基BJT工艺和MEMS表面微机械加工易于实现；2.本专利技术的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器根据Seebeck效应，热电偶产生直流电压，通过稳压电路，输出稳定的直流电压，实现放大器的自供电，且为可持续的绿色能源；3.本专利技术的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器根据塞贝克效应产生塞贝克电压，可以通过大电容等进行存储；4.本专利技术的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器对废热进行充分吸收，有利于散热，提高了可靠性，延长了使用寿命。附图说明图1为本专利技术面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器的示意图；图2为本专利技术面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器的俯视图；图3为本专利技术面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器的P-P’的剖面图；图4为本专利技术面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器的Q-Q’的剖面图；图5为本专利技术面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器中的热电偶摆放的俯视图(即图3的热电偶14)。图中包括：硅衬底1，N+型隐埋层2，BJT集电区3，P+型隔离区4，二氧化硅绝缘5，BJT基区6，BJT发射区7，热电偶的金属Al型热电臂8，热电偶的多晶硅N型热电臂9，金属连线10，集电极11，基极12，发射极13，热电偶14,稳压电路和大电容充电电池15。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。参见图1-5，本专利技术提出了一种面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器。该BJT管放大器主要包括：具有热电转换功能的BJT放大管、电阻、电容、稳压电路和大电容充电电池等。信号通过隔直电容C1输入到BJT放大管的基极，电阻R1和R2分别为BJT放大管的基极的上下偏置，BJT放大管的发射极通过R3接地，BJT放大管的集电极通过R4接到VDD，放大后的信号通过BJT放大管的集电极输出，BJT放大管的集电极通过隔直电容C2接负载电阻R5，稳压电路和大电容充电电池接VDD。其中，BJT放大管选择厚度为200um的N型硅作为衬底1，氧化一层二氧化硅作为掩蔽膜，制作N+型隐埋层2，用BOE去除二氧化硅层；生长一层厚度为5um的N型外延层，砷离子掺杂，掺杂浓度为2×1016cm-3，得到集电区3；隔离氧化，隔离光刻，隔离扩散，制备P+型隔离区4；氧化一层二氧化硅层，涂覆光刻胶，开出基区掺杂窗口，进行硼离子注入，注入能量为18KeV，注入剂量为2.5×1013cm-2，得到基区6；光刻发射区，进行砷离子注入，注入剂量为7.5×1015cm-2，注入能量为50KeV，得到发射区7；涂覆光刻胶，低温氧化，刻蚀集电区、基区和发射区窗口，得到二氧化硅钝化层，除去光刻胶，溅射一层800nm金属铝分别作为集电极11、基极12和发射极13，从而得到传统的BJT器件。在BJT器件有源层上面制作的一层二氧化硅绝缘层5，用以隔离BJT和热电偶。在二氧化硅绝缘层5上涂覆光刻胶，光刻出N型多晶硅热电臂窗口，如图5所示，LPCVD生长一层N+多晶硅，其掺杂浓度和厚度分别为5×1016cm-3和0.7um，得到热电偶的多晶硅N型多晶硅热电臂9，去除光刻胶；类似地，蒸发生长Al，反刻Al，刻蚀金属图形，形成热电偶的另一金属Al型热电臂8；然后蒸铝连线连接两种热电偶臂，得到36个热电偶，留出下方6个热电偶电极。按照如图2所示，进行金属连线，将集电极、基极和发射极的热电偶电极串联起来，留下两个电极作为塞贝克电压的输出极“+”和“-”。将塞贝克压差输出极的“-”电极接地，“+”电极接稳压电路和大电容，将产生的电压输入到稳压电路和大电容充电电池，可以进行电能存储，输出稳定的直流电压可以为BJT放大器供电，实现自供电，是可持续的绿色能源。本专利技术的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器制备方法如下：1)准备硅基N型衬底1，厚度为200um；2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器，其特征是：包括：具有热电转换功能的BJT放大管、电阻、电容、稳压电路和大电容充电电池；信号通过隔直电容C1输入到BJT放大管的基极，电阻R1和电阻R2分别为BJT放大管的基极的上下偏置，BJT放大管的发射极通过电阻R3接地，BJT放大管的集电极通过电阻R4接到VDD，放大后的信号通过BJT放大管的集电极输出，BJT放大管的集电极通过隔直电容C2接负载电阻R5，稳压电路和大电容充电电池接VDD；所述具有热电转换功能的BJT放大管产生塞贝克电压，塞贝克电压的输出极“+”极接稳压电路和大电容充电电池，“‑”极接地。

【技术特征摘要】
1.一种面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器，其特征是：包括：具有热电转换功能的BJT放大管、电阻、电容、稳压电路和大电容充电电池；信号通过隔直电容C1输入到BJT放大管的基极，电阻R1和电阻R2分别为BJT放大管的基极的上下偏置，BJT放大管的发射极通过电阻R3接地，BJT放大管的集电极通过电阻R4接到VDD，放大后的信号通过BJT放大管的集电极输出，BJT放大管的集电极通过隔直电容C2接负载电阻R5，稳压电路和大电容充电电池接VDD；所述具有热电转换功能的BJT放大管产生塞贝克电压，塞贝克电压的输出极“+”极接稳压电路和大电容充电电池，“-”极接地。2.根据权利要求1所述的一种面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器，其特征是：所述具有热电转换功能的BJT放大管以硅为衬底(1)，在衬底(1)上设有N+型隐埋层(2)、BJT集电区(3)、P+型隔离区(4)、BJT基区(6)、BJT发射区(7)、集电极(11)、基极(12)、发射极(13)；所述集电极(11)、基极(12)、发射极(13)的四周分别设有绝缘层(5)；所述集电极(11)、基极(12)、发射极(13)的四周的绝缘层(5)上分别设有若干热电偶，热电偶之间通过金属连线(10)串联，并留下两个热电偶...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖小平，陈友国，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32