本发明专利技术提供了一种场效应二极管及包括其的全波整流电桥和能量管理电路，所述场效应二极管包括：绝缘层；位于所述绝缘层的相对两侧的沟道层和第一正电极；与所述沟道层相接触的负电极和第二正电极，所述第二正电极与第一正电极电连接；其中所述负电极和第一正电极之间具有错排区域。本发明专利技术的场效应二极管中的错排区域能够吸收电压降。
【技术实现步骤摘要】
场效应二极管及包括其的全波整流电桥和能量管理电路
本专利技术涉及电子器件领域，具体涉及一种场效应二极管及包括其的全波整流电桥和能量管理电路。
技术介绍
可穿戴电子设备在近些年得到了快速发展，直接推动了消费电子市场模式的转变。可穿戴设备的正常运转依赖于稳定可靠的能量供给。为了顺应质量轻和体积小的市场要求，集能量捕获、能量管理和能量存储器件为一体的自供电系统被认为是可穿戴设备最好的能量解决方案。在众多能量捕获器件中，摩擦纳米发电机(TENG)被公认为最具发展潜力的能量捕获器件。自2012年首次报道以来，柔性TENG已具备了高的能量密度(500W/m2)和高的能量转化效率(70.6％)，其性能已基本能满足可穿戴设备的用电要求。然而，TENG的输出阻抗非常高，其输出电压通常为大于100V的交流(AC)电压，很难被直接使用或者存储。因此，作为连接能量获取与能量存储之间的关键纽带，高压的能量管理系统具有十分重要的研究意义和巨大的产业价值。高压二极管是高压能量管理系统中的一种核心元器件，它的发展一直受到学术界和产业界的广泛关注。实际上，基于碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)和金刚石等宽禁带半导体材料的肖特基、p-n和p-i-n等结构的高压二极管已经进入产业化的应用阶段，但是这些器件都是利用较厚的(大于100μm)块体材料制成，因此很难具有良好的柔韧性(可弯折性)；另一方面，这些材料的制备需要高温(高于1000℃)生长工艺，因此无法在常规的柔性衬底材料，如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等上制备，从而无法应用到柔性电路中。除此之外，上述基于肖特基结、p-n结或p-i-n结的高压二极管通常具有很大的反向泄漏电流，这会消耗由TENG产生的电能，因此不适合在可穿戴设备中使用。场效应二极管是一种依托于电场调控沟道电阻效应的两端整流器件，场效应二极管的导电沟道在正向偏压下打开，在反向偏压下关闭。场效应二极管的整流比高达108，比其它类型的二极管高出约4个数量级；此外，场效应二极管的反向泄漏电流低至10-15A/μm，非常适合应用在可穿戴设备等需要低待机功耗的系统中。但是，目前报道的场效应二极管的工作电压均较小(约20V)，无法应用在高压电子电路中。
技术实现思路
因此，针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的实施例提供了一种场效应二极管，包括：绝缘层；位于所述绝缘层的相对两侧的沟道层和第一正电极；与所述沟道层相接触的负电极和第二正电极，所述第二正电极与第一正电极电连接；其中所述负电极和第一正电极之间具有错排区域。优选的，所述场效应二极管还包括用于支撑所述第一正电极和绝缘层的衬底，所述沟道层位于所述绝缘层上，所述负电极和第二正电极位于所述沟道层上，所述第二正电极穿过所述沟道层和绝缘层后与所述第一正电极电连接。优选的，所述负电极呈开口圆环形；所述第二正电极包括圆形部和直线部，其圆形部位于所述负电极内部，其直线部穿过所述负电极的开口向外延伸。优选的，所述场效应二极管还包括用于支撑所述第一正电极和绝缘层的衬底，所述负电极、第二正电极和沟道层位于所述绝缘层上，所述第二正电极穿过所述绝缘层后与第一正电极电连接。优选的，所述负电极呈圆环形，所述第二正电极呈圆形，所述第二正电极位于所述负电极内部。优选的，所述场效应二极管还包括用于支撑所述第二正电极和沟道层的衬底，所述绝缘层和负电极位于所述沟道层上，所述第一正电极位于所述绝缘层上，所述第一正电极穿过所述绝缘层和沟道层与所述第二正电极电连接。优选的，所述负电极呈圆环形，所述第一正电极呈圆形，所述第一正电极位于所述负电极内部。优选的，所述场效应二极管还包括用于支撑所述第二正电极、负电极和沟道层的衬底，所述第一正电极位于所述绝缘层上，所述第一正电极穿过所述绝缘层和沟道层后与所述第二正电极电连接。优选的，所述负电极呈圆环形，所述第一正电极呈圆形，所述第一正电极位于所述负电极内部。优选的，所述错排区域的长度为0.5～10微米，优选的，所述错排区域的长度为1～5微米。优选的，所述衬底的材料为PEN、PET、PI、PMMA、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、石英玻璃、蓝宝石、GaAs、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)中任一种；所述第一正电极、第二正电极和负电极的材料为氧化铟锡(ITO)、铝锌氧(AZO)、铬(Cr)、金(Au)、铝(Al)、银纳米线(AgNW)、钛/金(Ti/Au)、钛/铂/金(Ti/Pt/Au)、镓锌氧(GZO)、氟锡氧(FTO)、碳纳米管(CNT)、石墨烯、银(Ag)、铜(Cu)和钼(Mo)中任一种；所述绝缘层的材料为氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、PMMA、氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)、铝镓氮(AlGaN)、铝镓砷(AlGaAs)、氧化钽(Ta2O5)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中任一种；所述沟道层的材料为氧化锌(ZnO)、铟镓锌氧(IGZO)、并五苯、二硫化钼(MoS2)、镁锌氧(MgZnO)、非晶硅(a-Si)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、CNT、铟锌氧(InZnO)、锌锡氧(ZnSnO)和聚-3己基噻吩(P3HT)中任一种。本专利技术的实施例还提供了一种全波整流电桥，包括四个如上所述的场效应二极管。本专利技术的实施例还提供了一种能量管理电路，包括：摩擦纳米发电机；如上所述的全波整流电桥，所述全波整流电桥的输入端连接至所述摩擦纳米发电机的两端；P沟道耗尽型晶体管；电容，所述电容与P沟道耗尽型晶体管串联后连接至所述全波整流电桥的输出端；N沟道增强型晶体管和可充电电池，所述可充电电池的正极和负极通过N沟道增强型晶体管连接至所述电容的两端；以及电压比较器，所述电压比较器的输出端连接至所述P沟道耗尽型晶体管和N沟道增强型晶体管的栅极。本专利技术的场效应二极管中的错排区域能够吸收电压降，不需要较厚的块体材料也可以承受很高的电压，是一种高压二极管。由于所有材料都可以在低温(100℃)条件下制备，因此本专利技术的场效应二极管适合制作成柔性器件。由于场效应的原因，场效应二极管在反向偏压下完全关闭，使得反向泄漏电流非常低，非常适合在可穿戴设备中使用。本专利技术的场效应二极管采用透明电极使其在可见光范围内呈现全透明的效果。附图说明以下参照附图对本专利技术的实施例作进一步说明，其中：图1是根据本专利技术的第一实施例制备的柔性全透明场效应二极管的光学显微照片；图2是根据本专利技术的第一实施例制备的柔性全透明场效应二极管的剖视图；图3是根据本专利技术的第一实施例制备的柔性全透明场效应二极管的电流-电压特性曲线图；图4是根据本专利技术的第一实施例制备的柔性全透明场效应二极管在不同拉应变状态下的电流-电压特性曲线图；图5是根据本专利技术的第一实施例制备的柔性全透明场效应二极管的光学透过率谱图；图6是根据本专利技术的第二实施例制备的柔性全透明场效应二极管的光学显微照片；图7是根据本专利技术的第二实施例制备的柔性全透明场效应二极管的剖视图；图8是根据本专利技术的第三实施例制备的柔性场效应二极管的光学显微照片；图9是根据本专利技术的第三实施例制备的柔性场效应二极管的剖视图；图10是根据本专利技术的第四实施例制备的柔性场效应二极管的光学显微本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种场效应二极管，其特征在于，包括：绝缘层；位于所述绝缘层的相对两侧的沟道层和第一正电极；与所述沟道层相接触的负电极和第二正电极，所述第二正电极与第一正电极电连接；其中所述负电极和第一正电极之间具有错排区域。
【技术特征摘要】
2017.08.21 CN 20171071891451.一种场效应二极管，其特征在于，包括：绝缘层；位于所述绝缘层的相对两侧的沟道层和第一正电极；与所述沟道层相接触的负电极和第二正电极，所述第二正电极与第一正电极电连接；其中所述负电极和第一正电极之间具有错排区域。2.根据权利要求1所述的场效应二极管，其特征在于，所述场效应二极管还包括用于支撑所述第一正电极和绝缘层的衬底，所述沟道层位于所述绝缘层上，所述负电极和第二正电极位于所述沟道层上，所述第二正电极穿过所述沟道层和绝缘层后与所述第一正电极电连接。3.根据权利要求2所述的场效应二极管，其特征在于，所述负电极呈开口圆环形；所述第二正电极包括圆形部和直线部，其圆形部位于所述负电极内部，其直线部穿过所述负电极的开口向外延伸。4.根据权利要求1所述的场效应二极管，其特征在于，所述场效应二极管还包括用于支撑所述第一正电极和绝缘层的衬底，所述负电极、第二正电极和沟道层位于所述绝缘层上，所述第二正电极穿过所述绝缘层后与第一正电极电连接。5.根据权利要求4所述的场效应二极管，其特征在于，所述负电极呈圆环形，所述第二正电极呈圆形，所述第二正电极位于所述负电极内部。6.根据权利要求1所述的场效应二极管，其特征在于，所述场效应二极管还包括用于支撑所述第二正电极和沟道层的衬底，所述绝缘层和负电极位于所述沟道层上，所述第一正电极位于所述绝缘层上，所述第一正电极穿过所述绝缘层和沟道层与所述第二正电极电连接。7.根据权利要求6所述的场效应二极管，其特征在于，所述负电极呈圆环形，所述第一正电极呈圆形，所述第一正电极位于所述负电极内部。8.根据权利要求1所述的场效应二极管，其特征在于，所述场效应二极管还包括用于支撑所述第二正电极、...
【专利技术属性】
技术研发人员：梅增霞，张永晖，梁会力，杜小龙，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11
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