一种射频激励的精密微电流源及其工作方法技术

本发明专利技术属于精密电流源技术领域，更具体地，涉及一种射频激励的精密微电流源及其工作方法。本发明专利技术提供的一种精密微电流源，包括压电衬底、射频信号源、叉指换能器、半导体薄膜以及半导体薄膜两端的电极，基于声表面波与半导体薄膜之间的声电效应，其中射频信号作为激励源，通过叉指换能器在压电衬底表面激励声表面波，声表面波与半导体薄膜之间的声电效应致使半导体薄膜内部产生电流并通过电极输出。本发明专利技术精密电流源可以做到无线无源，且其输出电流与输入射频功率存在较好的线性关系，线性区域较宽，通过改变功率即可改变输出电流，输出电流可以做到nA至uA的至少两个数量级的宽量程变化。变化。变化。

【技术实现步骤摘要】
一种射频激励的精密微电流源及其工作方法


[0001]本专利技术属于精密电流源
，更具体地，涉及一种射频激励的精密微电流源及其工作方法。

技术介绍

[0002]现有的精密微电流源大多利用高精度低压电源通过电压/电流转换单元将电压信号转换为恒定的电流信号输出，其控制系统与电路结构复杂，对电压源和精密电阻的要求较高，制作成本较高，同时器件总体尺寸偏大，难以实现集成化。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种射频激励的精密微电流源及其工作方法，以射频信号作为激励源，通过叉指换能器在压电衬底表面激励声表面波，基于声表面波与半导体薄膜之间的声电效应，使半导体薄膜内部产生电流，解决了现有技术精密微电流源控制系统与电路结构复杂等的技术问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种射频激励的精密微电流源，包括压电衬底、射频信号源、叉指换能器、半导体薄膜和所述半导体薄膜两端的电极；
[0005]所述射频信号源用于产生射频信号；
[0006]所述叉指换能器用于根据所述射频信号在所述压电衬底表面借助逆压电效应激励产生声表面波，且所述声表面波以弹性振动形式在所述压电衬底表面传播，该弹性振动引起的应变场产生周期性电压势场；
[0007]所述半导体薄膜位于所述声表面波的传播区域内，且所述周期性电压势场能够驱动所述半导体薄膜内的载流子运动，所述半导体薄膜用于根据所述周期性电压势场与所述半导体薄膜内载流子的相互作用引起的声电效应产生电流；并通过所述电极输出电流；所述输出电流能够通过改变所述射频信号的频率和/或功率实现调控。
[0008]优选地，所述声表面波的中心频率位于所述射频信号源产生的射频信号的频率范围内。
[0009]优选地，所述压电衬底为压电单晶衬底或压电薄膜衬底。
[0010]进一步优选地，所述压电衬底的机电耦合系数不小于6％。
[0011]优选地，所述叉指换能器利用同轴线直接连接在所述射频信号源的信号输出端。
[0012]优选地，所述射频信号源设置有发射天线，所述叉指换能器设置有接收天线，所述射频信号源设置的发射天线用于发出射频信号，所述叉指换能器设置的接收天线用于接收该射频信号，所述叉指换能器用于根据所述射频信号在所述压电衬底表面借助逆压电效应激励产生声表面波。
[0013]优选地，所述声表面波的中心频率位于所述发射天线的工作频率范围内。
[0014]优选地，所述叉指换能器和半导体薄膜的距离不大于所述叉指换能器的声同步频率所对应的波长的200倍。
[0015]优选地，所述半导体薄膜包括声电薄膜层，所述声电薄膜层采用的材料为锑化铟、砷化镓、砷化铟和石墨烯碳纳米管中的一种或多种。
[0016]按照本专利技术的另一个方面，提供所述精密微电流源的工作方法，启动射频信号源以发出射频信号，以所述射频信号源发出的射频信号作为激励源，通过所述叉指换能器在所述压电衬底表面激励产生声表面波，利用该声表面波与所述半导体薄膜之间的声电效应使所述半导体薄膜内部产生电流，并通过所述电极输出电流。
[0017]优选地，所述的工作方法，还包括步骤：控制射频信号源产生的射频信号的频率与激励产生的声表面波的中心频率相等，通过调控所述射频信号的功率以调控输出的电流大小。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下
[0019]有益效果：
[0020](1)本专利技术提供的一种精密微电流源，包括压电衬底、射频信号源、叉指换能器、半导体薄膜以及半导体薄膜两端的电极，主要基于声表面波与半导体薄膜之间的声电效应，其中射频信号作为激励源，通过叉指换能器在压电衬底表面激励声表面波，声表面波与半导体薄膜之间的声电效应致使半导体薄膜内部产生电流，利用电极输出。本专利技术提出的一种新型精密电流源，产生电流的方法与现有的电压/电流转换法存在原理上的不同，激励采用射频信号，可以做到无线无源。
[0021](2)本专利技术精密电流源输出电流与输入射频功率存在较好的线性关系，线性区域较宽，通过改变功率即可改变输出电流，输出电流可以做到nA至uA的至少两个数量级的宽量程变化。
[0022](3)由于声表面波器件自身小型化、轻量化的特点，可以大大缩小精密电流源的体积。
[0023](4)本专利技术精密电流源可借助半导体工艺大规模批量生产；
[0024](5)声表面波作为一种弹性波不涉及电子迁移，因此本专利技术所设计的精密电流源具有较强的抗辐射能力，即使在较恶劣的环境下仍能工作。
附图说明
[0025]图1为本专利技术一些实施例中精密微电流源结构示意图；
[0026]图2a为本专利技术实施例精密微电流源射频功率10dBm至
‑
5dBm的时域电流曲线；
[0027]图2b为本专利技术实施例精密微电流源射频功率
‑
5dBm至
‑
15dBm的时域电流曲线；
[0028]图3为本专利技术实施例精密微电流源不同射频功率下对应的平均电流曲线。
[0029]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0030]1‑
压电衬底；2
‑
射频信号源；3
‑
叉指换能器；4
‑
半导体薄膜；5
‑
电极。
具体实施方式
[0031]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0032]本专利技术提供的一种射频激励的精密微电流源，如图1所示，包括压电衬底1、射频信
号源2、叉指换能器3、半导体薄膜4以及半导体薄膜两端的电极5；射频信号源2用于产生射频信号；叉指换能器3用于根据所述射频信号在所述压电衬底1表面借助逆压电效应激励产生声表面波，且所述声表面波以弹性振动形式在所述压电衬底1表面传播，该弹性振动引起的应变场产生周期性电压势场；所述半导体薄膜4位于所述声表面波的传播区域内，且所述周期性电压势场能够驱动所述半导体薄膜4内的载流子运动，所述半导体薄膜用于根据所述周期性电压势场与所述半导体薄膜4内载流子的相互作用引起的声电效应产生电流；并通过所述电极5输出电流；所述输出电流能够通过改变所述射频信号的频率和/或功率实现调控。
[0033]本专利技术叉指换能器3根据射频信号在压电衬底表面借助逆压电效应激励产生声表面波，且所述声表面波的中心频率位于所述射频信号源产生的射频信号的频率范围内。优选实施例中，控制产生的射频信号的频率与激励产生的声表面波的中心频率相等，通过调控射频信号的功率以调控输出的电流大小。
[0034]本专利技术所述射频信号源可以是任意的、能够发出一定频率和功率范围内射频信号的射频信号源，可以用商用的射频信号源，也可以用模块化的集成的射频信号源。叉指换能器3根据射频信号在压电衬底1表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频激励的精密微电流源，其特征在于，包括压电衬底(1)、射频信号源(2)、叉指换能器(3)、半导体薄膜(4)和所述半导体薄膜两端的电极(5)；所述射频信号源(2)用于产生射频信号；所述叉指换能器(3)用于根据所述射频信号在所述压电衬底(1)的表面借助逆压电效应激励产生声表面波，且所述声表面波以弹性振动形式在所述压电衬底(1)的表面传播，该弹性振动引起的应变场产生周期性电压势场；所述半导体薄膜(4)位于所述声表面波的传播区域内，且所述周期性电压势场能够驱动所述半导体薄膜(4)内的载流子运动，所述半导体薄膜用于根据所述周期性电压势场与所述半导体薄膜(4)内载流子的相互作用引起的声电效应产生电流；并通过所述电极(5)输出电流；所述输出电流能够通过改变所述射频信号的频率和/或功率实现调控。2.如权利要求1所述的精密微电流源，其特征在于，所述声表面波的中心频率位于所述射频信号源(2)产生的射频信号的频率范围内。3.如权利要求1所述的精密微电流源，其特征在于，所述压电衬底(1)为压电单晶衬底或压电薄膜衬底，优选所述压电衬底的机电耦合系数不小于6％。4.如权利要求1所述的精密微电流源，其特征在于，所述叉指换能器(3)利用同轴线直接连接在所述射频信号源(2)的信号输出端。5.如权利要求1所述的精密微电流源，其特征在于，所述射频信号源(2)设置有发射天线，所述叉指换...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗为，袁洋，王煜翔，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：