面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件制造技术

本发明专利技术公开了一种面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件，包括：在传统HEMT的源区、栅区、漏区的金属电极层四周，制作一层二氧化硅层，进行电隔离，同时作为制作热电偶的基准面；在二氧化硅层上，分别围绕源极、栅极和漏极布置12个由热电偶金属臂和热电偶砷化镓臂组成的热电偶，并通过金属连线依次串联，形成三个热电偶模块；热电偶的一端靠近所在模块的电极，其另一端远离所在模块的电极。本发明专利技术结构简单，加工方便，节能环保，根据塞贝克效应，通过环绕摆放的热电偶实现热电能量转换的同时有效缓解了HEMT器件的散热问题，且通过塞贝克压差也可以检测热耗散功率的大小，具有良好的经济实用价值。

GaAs based HEMT devices with thermoelectric conversion functions for the Internet of things

The invention discloses a iot-oriented with GaAs based HEMT devices, the thermoelectric conversion function includes: in the metal electrode layer around the source region, the traditional HEMT gate and drain regions, making a layer of silicon dioxide layer is electrically isolated, at the same time as the production of thermocouple datum; the silicon dioxide layer, respectively. Around the source, gate and drain arrangement is composed of 12 metal thermocouple arm and the arm of the GaAs thermocouple thermocouple, and sequentially connected through metal wires, forming three thermocouple module; electrode thermocouple module located near one end, the other end is located away from the electrode module. The invention has the advantages of simple structure, convenient processing, energy saving and environmental protection, according to the Sebek effect, surrounded by simultaneously placed thermocouple thermoelectric energy conversion to relieve the problem of heat dissipation of the HEMT device, and the Sebek pressure can also detect heat dissipation power, with good economic and practical value.

【技术实现步骤摘要】
面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件
本专利技术涉及一种面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT(高电子迁移率晶体管)器件，属于微电子机械系统(MEMS)的

技术介绍
物联网作为新一代信息革命的重要组成部分，它的发展引发了人们对于物联网中射频收发组件自供电技术的关注。HEMT器件又称高电子迁移率晶体管，就是利用异质结构中杂质与电子在空间被分开的优点，电子得到极高的迁移率，具有很高的截止频率和很低的噪声，多应用在微波低噪放、功率放大、高速静态随机存储器等。近几年随着科学技术的不断进步，温差发电技术正逐渐拓宽其应用领域，不仅在军事和高科技方面，而且在民用方面也表现出良好的应用前景。随着能源与环境危机的日益逼近，科学家在利用低品位与废能源发电方面加大了研究力度，部分研究成果已进入产业化。温差发电系统较为简单，只要发电模块两端有温差就可持续不断电力输出。不过，温差发电系统要解决一个主要问题，就是如何为热端供热。基于HEMT器件正常工作下产生温度梯度，较之环境温度有个温差，为温差发电提供了可能。而温差发电系统又有效的利用了器件工作下的废热，实现了热能到电能的转换。由此产生了应用在物联网通讯中的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件，具有结构简单、加工方便、节能环保等特点，利用环绕电极布置的热电偶，实现热电能量转换的同时有效缓解HEMT器件的散热。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件，包括砷化镓基HEMT(高电子迁移率晶体管)及若干热电偶；其中，所述砷化镓基HEMT包括从下至上依次设置的GaAs(砷化镓)衬底、本征GaAs层、本征AlGaAs(铝砷化镓)层、重掺杂的N+型AlGaAs层，且N+型AlGaAs层上中部设置有栅区金属极；所述N+型AlGaAs层上栅区金属极两侧布置有重掺杂的N+型GaAs层，分别作为源区欧姆接触GaAs极、漏区欧姆接触GaAs极，且源区欧姆接触GaAs极、漏区欧姆接触GaAs极上分别设置有源区金属极、漏区金属极；所述源区金属极、漏区金属极底部分别设置有P型重掺杂的源区和漏区，且源区和漏区从N+型GaAs层延伸至本征GaAs层内；所述砷化镓基HEMT上围绕源区金属极、栅区金属极、漏区金属极四周设置有二氧化硅钝化层，以进行电隔离，所述热电偶布置于二氧化硅钝化层上；每个热电偶包括并列设置的热电偶金属臂及热电偶砷化镓臂，相邻的热电偶金属臂及热电偶砷化镓臂之间通过金属连线依次串联。进一步的，通过砷化镓基HEMT上的温度分布为热电偶提供热源，通过热电偶实现热电能量转换的同时实现砷化镓基HEMT的散热，加工方便且节能环保。进一步的，所述热电偶分别围绕源区金属极、栅区金属极、漏区金属极排列并依次串联，形成三个热电偶模块；所述热电偶的一端靠近所在模块的电极，以接触热源，其另一端远离所在模块的电极，以远离热源，从而实现稳定高效的温差发电。进一步的，每个热电偶模块设置有两个热电偶引出极，且三个热电偶模块通过金属连线依次串联，留下两个引出极作为塞贝克压差的输出极。这样产生的电动势等于各个热电偶模块之和，再根据测量的电动势来检测热耗散功率的大小。进一步的，针对HEMT正常工作时的温度分布，每个热电偶模块包括12个围绕所在模块的电极排列并依次串联的热电偶，根据塞贝克效应实现热电转换，串联热电偶则有利于塞贝克压差的成倍增大。进一步的，通过检测三个热电偶模块所产生的塞贝克压差来检测温差的大小，从而检测砷化镓基HEMT上的热耗散功率，使用方便且易于实现。有益效果：本专利技术提供的一种面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件，相对于现有技术，具有以下优点：1、结构简单，基于现有的GaAs工艺和MEMS表面微机械加工，易于实现，具有截止频率高、工作速度快、短沟道效应小和噪声性能好的优点；2、基于HEMT上的温度分布，布置了一系列热电偶，实现热电能量转换的同时有效缓解了HEMT器件的散热问题，并通过塞贝克压差实时检测HEMT器件工作时热耗散功率的大小，具有良好的经济实用价值。附图说明图1为本专利技术中面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件的俯视图；图2为本专利技术中面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件沿P-P’向的剖面图；图3为本专利技术中面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件沿Q-Q’向的剖面图；图4为本专利技术中面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件沿R-R’向的剖面图；图5为本专利技术中面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件沿S-S’向的剖面图；图6为本专利技术中面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件上热电偶模块内的热电偶分布图；图中包括：1、GaAs(砷化镓)衬底，2、本征GaAs层，3、本征AlGaAs(铝砷化镓)层，4、N+型AlGaAs层，5、源区欧姆接触GaAs极，6、漏区欧姆接触GaAs极，7、栅区金属极，8、热电偶金属臂，9、热电偶砷化镓臂，10、金属连线，11、二氧化硅钝化层，12、源区，13、漏区，14、源区金属极，15、漏区金属极，16、热电偶模块，17、金属过孔，18、热电偶引出极。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1-5所示为一种面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件，包括砷化镓基HEMT及若干热电偶；其中，所述砷化镓基HEMT包括从下至上依次设置的GaAs衬底1、本征GaAs层2、本征AlGaAs层3、重掺杂的N+型AlGaAs层4，且N+型AlGaAs层4上中部设置有栅区金属极7；所述N+型AlGaAs层4上栅区金属极7两侧布置有重掺杂的N+型GaAs层，分别作为源区欧姆接触GaAs极5、漏区欧姆接触GaAs极6，且源区欧姆接触GaAs极5、漏区欧姆接触GaAs极6上分别设置有源区金属极14、漏区金属极15；所述源区金属极14、漏区金属极15底部分别设置有P型重掺杂的源区12和漏区13，且源区12和漏区13从N+型GaAs层延伸至本征GaAs层2内；所述砷化镓基HEMT上围绕源区金属极14、栅区金属极7、漏区金属极15四周设置有二氧化硅钝化层11，以进行电隔离，所述热电偶布置于二氧化硅钝化层11上；每个热电偶包括并列设置的热电偶金属臂8及热电偶砷化镓臂9，相邻的热电偶金属臂8及热电偶砷化镓臂9之间通过金属连线10依次串联。如图6所示，所述热电偶分别围绕源区金属极14、栅区金属极7、漏区金属极15排列并依次串联，形成三个热电偶模块16；所述热电偶垂直于所在模块的电极的边缘布置，通过砷化镓基HEMT上的温度分布为热电偶提供热源，通过热电偶实现热电能量转换的同时实现砷化镓基HEMT的散热。本实施例中，每个热电偶模块16包括12个串联的热电偶及两个热电偶引出极18，且三个热电偶模块16通过金属连线10依次串联，留下两个引出极18作为塞贝克压差的输出极，进而通过检测三个热电偶模块16所产生的塞贝克压差来检测砷化镓基HEMT上热耗散功率的大小。所述面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件，其特征在于，包括砷化镓基HEMT及若干热电偶；其中，所述砷化镓基HEMT包括从下至上依次设置的GaAs衬底(1)、本征GaAs层(2)、本征AlGaAs层(3)、重掺杂的N+型AlGaAs层(4)，且N+型AlGaAs层(4)上中部设置有栅区金属极(7)；所述N+型AlGaAs层(4)上栅区金属极(7)两侧布置有重掺杂的N+型GaAs层，分别作为源区欧姆接触GaAs极(5)、漏区欧姆接触GaAs极(6)，且源区欧姆接触GaAs极(5)、漏区欧姆接触GaAs极(6)上分别设置有源区金属极(14)、漏区金属极(15)；所述源区金属极(14)、漏区金属极(15)底部分别设置有P型重掺杂的源区(12)和漏区(13)，且源区(12)和漏区(13)从N+型GaAs层延伸至本征GaAs层(2)内；所述砷化镓基HEMT上围绕源区金属极(14)、栅区金属极(7)、漏区金属极(15)四周设置有二氧化硅钝化层(11)，所述热电偶布置于二氧化硅钝化层(11)上；每个热电偶包括并列设置的热电偶金属臂(8)及热电偶砷化镓臂(9)，相邻的热电偶金属臂(8)及热电偶砷化镓臂(9)之间通过金属连线(10)依次串联。...

【技术特征摘要】
1.一种面向物联网的具有热电转换功能的砷化镓基HEMT器件，其特征在于，包括砷化镓基HEMT及若干热电偶；其中，所述砷化镓基HEMT包括从下至上依次设置的GaAs衬底(1)、本征GaAs层(2)、本征AlGaAs层(3)、重掺杂的N+型AlGaAs层(4)，且N+型AlGaAs层(4)上中部设置有栅区金属极(7)；所述N+型AlGaAs层(4)上栅区金属极(7)两侧布置有重掺杂的N+型GaAs层，分别作为源区欧姆接触GaAs极(5)、漏区欧姆接触GaAs极(6)，且源区欧姆接触GaAs极(5)、漏区欧姆接触GaAs极(6)上分别设置有源区金属极(14)、漏区金属极(15)；所述源区金属极(14)、漏区金属极(15)底部分别设置有P型重掺杂的源区(12)和漏区(13)，且源区(12)和漏区(13)从N+型GaAs层延伸至本征GaAs层(2)内；所述砷化镓基HEMT上围绕源区金属极(14)、栅区金属极(7)、漏区金属极(15)四周设置有二氧化硅钝化层(11)，所述热电偶布置于二氧化硅钝化层(11)上；每个热电偶包括并列设置的热电偶金属臂(8)及热电偶砷化镓臂(9)，相邻的热电偶金属臂(8)及热电偶砷化镓臂...

【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