[发明专利]面向物联网的具有自供电功能的HEMT管放大器

说明书

本发明提出一种面向物联网的具有自供电功能的HEMT管放大器,包括：面向物联网的GaAs基具有热电转换功能的HEMT放大管、电阻、电容、稳压电路和大电容充电电池。面向物联网的具有热电转换功能的HEMT放大管在传统的HEMT源漏栅的金属电极四周制作一层氧化硅层，上面各制作12个由热电偶金属臂和热电偶砷化镓臂组成的热电偶，用金属Au将其串联，留下两个热电偶电极作为塞贝克电压输出极“+”极和“‑”极。将塞贝克电压的“‑”极接地，“+”极输出到稳压电路和大电容充电电池。根据Seebeck效应，HEMT放大管将自身工作时产生的废热回收转换成电能，进行电能存储和自供电，增强散热性能的同时延长使用寿命。

技术领域

本发明涉及微电子机械系统(MEMS)的技术领域，具体涉及一种面向物联网的具有自供电功能的HEMT管放大器。HEMT是高电子迁移率晶体管(High Electron MobilityTransistor)的缩写。

背景技术

随着微电子技术的进步，物联网得到较快的发展，尤其是无线传感网络。其基本单元是无线传感网络节点，它体积较小，大多由容量有限的电池供电，而电池有限的使用寿命限制了传感器节点的寿命，进而影响整个无线传感网络的寿命。传感器网络节点有着数目巨大、分布广泛、环境复杂等特点，因此，为节点进行充电或者更换电池变得有些不经济和不现实。当储能元件能量耗完，整个系统处于瘫痪状态。因此，解决无线传感网络节点的能源问题变得十分必要。

近年来，能量收集技术得到了迅速的发展。微型能量收集技术可以将环境中的能量收集起来，并转化成电能用来给电子设备供电。其中，半导体温差发电技术对环境中的废热进行回收，不仅节约能源，还可以减少环境污染，对节能减排有重要意义。

本发明即是基于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HEMT管放大器，这是一种应用在物联网通讯中的HEMT管放大器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向物联网的具有自供电功能的HEMT管放大器，具有热电转换功能的HEMT放大管根据Seebeck效应，实现热能到电能的转换，将产生的电压输入到大电容，进行电能存储；将产生的电压输入到稳压电路，输出稳定的直流电压，输出作为电源为HEMT放大器供电。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面向物联网的具有自供电功能的HEMT管放大器，包括：面向物联网的GaAs基具有热电转换功能的HEMT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HEMT放大管的栅极，电阻R1和电阻R2分别为栅极的上下偏置，HEMT放大管的源极通过电阻R3接地，HEMT放大管的漏极通过电阻R4接到VDD，放大后的信号通过HEMT放大管的漏极输出，HEMT放大管的漏极通过隔直电容C2接负载电阻R5；所述HEMT放大管以半绝缘的GaAs为衬底，在衬底上含有本征GaAs层、本征AlGaAs层、N⁺AlGaAs层、N型GaAs层、源区、漏区、栅极金属层、源漏区金属层；所述栅极金属层、源漏区金属层的四周分别设有绝缘层；所述栅源漏区的绝缘层上分别设有若干个热电偶；所述热电偶由金属热电臂和砷化镓热电臂组成，并用金属连线将上述热电臂串联起来，栅源漏区热电偶分别留出2个热电偶电极；用金属连线将栅源漏区的热电偶电极连接，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，稳压电路和大电容充电电池接VDD。

进一步的，所述栅极金属层、源区金属层、漏区金属层的左右侧各摆放4个热电偶，上下侧各摆放2个热电偶。

进一步的，由于GaAs基具有热电转换功能的HEMT放大管正常工作时的温度的分布不同，根据Seebeck效应实现热电转换，收集废热，有利于散热。

进一步的，输出的塞贝克压差接稳压电路和大电容充电电池，可以进行电能存储，通过检测存储电量的大小，从而检测热耗散功率的大小。