面向物联网的具有自供电功能的HBT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HBT管放大器，主要包括：具有热电转换功能的HBT放大管、电阻、电容、稳压电路和大电容充电电池等。其中，当HBT管放大器正常工作时，射频HBT放大管产生大量的废热，通过其上对称摆放的36个热电偶，根据Seebeck效应，实现热能到电能的直接转换，产生较大的塞贝克电压。将塞贝克电压的“‑”极接地，“+”极接稳压电路和大电容，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；输出稳定的直流电压为HBT放大器提供电能，实现了自供电和绿色能源的可持续。此外，将射频HBT放大器产生废热回收，增强了散热性能，提高了可靠性，延长了使用寿命。

HBT tube amplifier with self powered function for Internet of things

The invention provides a HBT tube amplifier with self powered function for the Internet of things, which mainly comprises a HBT amplifying tube with a thermoelectric conversion function, a resistor, a capacitor, a voltage stabilizing circuit, and a large capacitance charging battery, etc.. Among them, when the HBT tube amplifier work, HBT RF amplifier generates a lot of heat, 36 thermocouples through its symmetrically placed, according to the Seebeck effect, directly convert heat energy to electric energy, generating large Seebeck voltage. Sebek \\ pole voltage grounding \+\ electrode is connected with a voltage stabilizing circuit and the capacitor, electric energy storage, by detecting the size of storage capacity, so as to detect the size of heat dissipation power; stable DC voltage output for HBT power amplifier, the self supply and sustainable green energy. In addition, the RF HBT amplifier produces waste heat recovery, which improves the heat dissipation performance, improves the reliability and prolongs the service life.

【技术实现步骤摘要】
面向物联网的具有自供电功能的HBT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HBT管放大器，属于微电子机械系统(MEMS)的
HBT是异质结双极晶体管(heterojunctionbipolartransistor)的缩写。
技术介绍
物联网作为第三次信息技术革命的重要组成部分，得到了业界的广泛关注。相应地，有关于物联网的无线传感网络正在快速发展，其中，自供电传感器和能量收集等的有关报道相继出现。目前，物联网射频收发组件面临的重大问题技术供电问题和散热问题。研究发现，物联网射频收发组件中发射部分大约有80％的功率以热的形式耗散了，常用的供电技术多为不易更换且容量有限的锂电池。而自供电、能量收集技术可以利用环境中的能量，既有助于改善功耗，又有利于散热。其中，温差发电系统原理十分简单，只要发电模块两端有温差就可持续不断地产生电力输出。本专利技术即是基于GaAs工艺和MEMS表面微机械加工工艺设计了一种面向物联网的具有自供电功能的HBT管放大器，这是一种应用在物联网通讯中的HBT管放大器。
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HBT管放大器，具有热电转换功能的HBT根据Seebeck效应，实现热能到电能的转换，产生直流电压输出到稳压电路和充电电池，作为HBT放大器的电源，实现了自供电和绿色能源的可持续。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种面向物联网的具有自供电功能的HBT管放大器，包括：具有热电转换功能的HBT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HBT放大管的基极，电阻R1和电阻R2分别为HBT放大管的基极的上下偏置，HBT放大管的发射极通过电阻R3接地，HBT放大管的集电极通过电阻R4接到VDD，放大后的信号通过HBT放大管的集电极输出，HBT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HBT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HBT放大管以半绝缘的砷化镓为衬底，在衬底上设有N+型砷化镓层的掩埋集电极、N-型GaAs层的内集电区、P型GaAs层的基区、N型AlGaAs层的发射区、N+型GaAs发射区接触层、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；所述热电偶由热电偶金属臂和热电偶砷化镓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。更进一步的，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HBT管放大器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，输出的塞贝克压差连接到稳压电路和大电容充电电池，可以进行电能存储，通过检测存储电能的大小，从而检测耗散功率的大小。进一步的，产生的塞贝克电压输出到稳压电路和大电容充电电池，输出稳定的直流电压，连接到放大器的电源，实现了自供电的和绿色能源的可持续。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HBT管放大器的原理、结构简单，利用现有的GaAs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HBT管放大器根据Seebeck效应，热电偶产生直流电压，通过稳压电路和大电容，输出稳定的直流电压，为放大器提供电能，实现自供电；3.本专利技术的面向物联网的具有自供电功能的HBT管放大器根据Seebeck效应，热电偶产生直流电压，通过大电容进行电能存储，可持续的电能产生，有利于延长器件的使用寿命；4.本专利技术的面向物联网的具有自供电功能的HBT管放大器对废热进行充分吸收，有利于散热，提高了放大器性能及其可靠性。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HBT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HBT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HBT管放大器的P-P’向的剖面图；图4为本专利技术面向物联网的具有自供电功能的HBT管放大器的Q-Q’向的剖面图；图5为本专利技术面向物联网的具有自供电功能的HBT管放大器中的热电偶摆放的俯视图(即图3的热电偶15)。图中包括：半绝缘的GaAs衬底1，N+型GaAs层的掩埋集电极2，N-型GaAs层的内集电区3，P型GaAs层的基区4，N型AlGaAs层的发射区5，N+型GaAs发射区接触层6，金属过孔7，热电偶的金属臂8，热电偶的砷化镓臂9，金属连线10，二氧化硅绝缘层11，集电极12，基极13，发射极14，热电偶15,稳压电路和大电容充电电池16。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HBT管放大器。该HBT管放大器主要包括：具有热电转换功能的HBT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HBT放大管的基极，电阻R1和电阻R2分别为HBT放大管的基极的上下偏置，HBT放大管的发射极通过电阻R3接地，HBT放大管的集电极通过电阻R4接到VDD，放大后的信号通过HBT放大管的集电极输出，HBT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。所述的HBT管采用掺杂浓度为1018cm-3的半绝缘砷化镓衬底1，在其上采用分子束外延生长一层GaAs层，作为HBT有源层，进行重掺杂，得到掺杂浓度为5×1018cm-3的N+型GaAs层，作为N+型GaAs层的掩埋集电极2；厚度为1.0um，涂覆光刻胶，去除集电区(C)位置的光刻胶，在N+型GaAs层上面生成掺杂浓度为7×1016cm-3的厚0.5um的N-型GaAs层，作为N-型GaAs层的内集电区3；在N-型GaAs层上面再生长一层厚度为0.05um的掺杂浓度为2×1019cm-3的P型掺杂的GaAs层，作为P型GaAs层的基区4；涂覆光刻胶，去除基区(B)位置的光刻胶，在P型掺杂的GaAs层上面生长厚度为0.2um的掺杂浓度为2×1017cm-3的N型AlGaAs层，作为HBT的N型AlGaAs层的发射区5；再向上生长一层厚度为0.2um的掺杂浓度为5×1018cm-3的N+型GaAs发射区接触层6，剥离光刻胶；涂覆光刻胶，去除集电极、基极和发射极金属引出极的光刻胶，生长一层Ti/Pt/Au，厚度为0.5um，去除光刻胶以及光刻胶上的金属，得到HBT放大管的集电极12、基极13和发射极14，传统的HBT制得。先在HBT放大管的集电极四周生长一层二氧化硅绝缘层11，电隔离热电偶，化学机械抛光，减薄到一定厚度，作为制作热电偶的基准面。按照图5所示的图案制作热电偶的金属臂8和热电偶的砷化镓臂9，然后蒸金连线连接两种热电偶臂本文档来自技高网...

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

【技术特征摘要】
1.一种面向物联网的具有自供电功能的HBT管放大器，其特征是：包括：具有热电转换功能的HBT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HBT放大管的基极，电阻R1和电阻R2分别为HBT放大管的基极的上下偏置，HBT放大管的发射极通过电阻R3接地，HBT放大管的集电极通过电阻R4接到VDD，放大后的信号通过HBT放大管的集电极输出，HBT放大管的集电极通过隔直电容C2接负载电阻R5；所述具有热电转换功能的HBT放大管产生塞贝克电压，塞贝克电压的输出极“-”极接地，“+”极通过稳压电路和大电容充电电池接VDD。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HBT管放大器，其特征是：所述具有热电转换功能的HBT放大管以半绝缘的砷化镓为衬底(1)，在衬底(1)上设有N+型砷化镓层的掩埋集电极(2)、N-型GaAs层的内集电区(3)、P型GaAs层的基区(4)、N型AlGaAs层的发射区(5)、N+型GaAs发射区接触层(6)、集电极(12)、基极(13)、发射极(14)；所述集电极(12)、基极(13)、发射极(14)的四周分别设有绝缘层(11)；所述集电极(12)、基极(13)、发射极(14)的四周的绝缘层(11)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...

【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