技术领域
[0001] 本
发明提出了一种面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器，属于微
电子机械系统(MEMS)的技术领域。BJT是
双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor—BJT)的缩写。
背景技术
[0002] 随着物联网的快速发展，自供电
传感器的研究得到了广泛的关注。其中，面临的挑战有
能量的收集与存储。自供电传感器的能量可以有诸多来源，较为普遍的是光能或者
太阳能，但是，还有一个可靠的来源就是射频收发组件的废热。如果将这一废热收集利用起来，不仅可以改善射频收发组件的能耗问题，还可以减小发热对射频收发组件的影响。因此，自供电传感器网络可以利用热电
能量收集技术回收废热，并转换成
电能为自身供电，实现自供电的功能。
[0003] 本发明即是基于BJT工艺和MEMS表面微
机械加工工艺设计了一种具有自供电功能的BJT管放大器，这是一种应用在物联网通讯中的BJT管放大器,实现了能量收集以自供电，且为可持续的绿色
能源。
发明内容
[0004] 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BJT管放大器，是为了收集BJT器件工作时产生的
热能，以补偿BJT放大器工作过程中所产生的不必要的热损耗功率，将热能转换成电能的同时改善
散热问题，进而提高了放大器的性能；根据Seebeck效应实现热能到电能的转换，产生的直流
电压输出到稳压
电路和充电
电池，进行能量存储，输出稳定的直流电压可以为BJT放大器供电。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器，包括：具有热电转换功能的BJT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BJT放大管的基极，电阻R1和电阻R2分别为BJT放大管的基极的上下偏置，BJT放大管的发射极通过电阻R3接地，BJT放大管的集
电极通过电阻R4接到VDD，放大后的信号通过BJT放大管的集电极输出，BJT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BJT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。
[0007] 进一步的，所述具有热电转换功能的BJT放大管以
硅为衬底，在衬底上设有N+型隐埋层、BJT集电区、P+型隔离区、BJT基区、BJT发射区、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均匀设有若干
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；所述热电偶由金属Al型热电臂和
多晶硅N型热电臂通过金属连线串联而成。
[0008] 进一步的，所述绝缘层的材质为
二氧化硅。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 进一步的，针对BJT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。
[0012] 进一步的，输出的塞贝克电压通过稳压电路和大电容充电电池，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。
[0013] 本发明具有如下有益效果：
[0014] 1.本发明的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器的原理、结构简单，利用现有的硅基BJT工艺和MEMS
表面微机械加工易于实现；
[0015] 2.本发明的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器根据Seebeck效应，热电偶产生直流电压，通过稳压电路，输出稳定的直流电压，实现放大器的自供电，且为可持续的绿色能源；
[0016] 3.本发明的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器根据
塞贝克效应产生塞贝克电压，可以通过大电容等进行存储；
[0017] 4.本发明的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器对废热进行充分吸收，有利于散热，提高了可靠性，延长了使用寿命。
附图说明
[0018] 图1为本发明面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器的示意图；
[0019] 图2为本发明面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器的俯视图；
[0020] 图3为本发明面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器的P-P’的剖面图；
[0021] 图4为本发明面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器的Q-Q’的剖面图；
[0022] 图5为本发明面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器中的热电偶摆放的俯视图(即图3的热电偶14)。
[0023] 图中包括：硅衬底1，N+型隐埋层2，BJT集电区3，P+型隔离区4，
二氧化硅绝缘5，BJT基区6，BJT发射区7，热电偶的金属Al型热电臂8，热电偶的多晶硅N型热电臂9，金属连线10，集电极11，基极12，发射极13，热电偶14,稳压电路和大电容充电电池15。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0025] 参见图1-5，本发明提出了一种面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器。该BJT管放大器主要包括：具有热电转换功能的BJT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BJT放大管的基极，电阻R1和R2分别为BJT放大管的基极的上下偏置，BJT放大管的发射极通过R3接地，BJT放大管的集电极通过R4接到VDD，放大后的信号通过BJT放大管的集电极输出，BJT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。其中，BJT放大管选择厚度为200um的N型硅作为衬底1，氧化一层二氧化硅作为掩蔽膜，制作N+型隐埋层2，用BOE去除二氧化硅层；生长一层厚度为5um的N型
外延层，砷离子掺杂，掺杂浓度为2×1016cm-3，得到集电区3；隔离氧化，隔离
光刻，隔离扩散，制备P+型隔离区4；氧化一层二氧化硅层，涂覆
光刻胶，开出基区掺杂窗口，进行
硼离子注入，注入能量为18KeV，注入剂量为2.5×1013cm-2，得到基区6；光刻发射区，进行砷离子注入，注入剂量为7.5×1015cm-2，注入能量为50KeV，得到发射区7；涂覆光刻胶，低温氧化，
刻蚀集电区、基区和发射区窗口，得到二氧化硅
钝化层，除去光刻胶，溅射一层800nm金属
铝分别作为集电极11、基极12和发射极13，从而得到传统的BJT器件。
[0026] 在BJT器件有源层上面制作的一层二氧化硅绝缘层5，用以隔离BJT和热电偶。在二氧化硅绝缘层5上涂覆光刻胶，光刻出N型多晶硅热电臂窗口，如图5所示，LPCVD生长一层N+多晶硅，其掺杂浓度和厚度分别为5×1016cm-3和0.7um，得到热电偶的多晶硅N型多晶硅热电臂9，去除光刻胶；类似地，
蒸发生长Al，反刻Al，刻蚀金属图形，形成热电偶的另一金属Al型热电臂8；然后蒸铝连线连接两种热电偶臂，得到36个热电偶，留出下方6个热电偶电极。按照如图2所示，进行金属连线，将集电极、基极和发射极的热电偶电极串联起来，留下两个电极作为塞贝克电压的输出极“+”和“-”。将塞贝克压差输出极的“-”电极接地，“+”电极接稳压电路和大电容，将产生的电压输入到稳压电路和大电容充电电池，可以进行电能存储，输出稳定的直流电压可以为BJT放大器供电，实现自供电，是可持续的绿色能源。
[0027] 本发明的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器制备方法如下：
[0028] 1)准备硅基N型衬底1，厚度为200um；
[0029] 2)氧化一层二氧化硅作为掩蔽膜，N+型隐埋层2制备；
[0030] 3)用BOE去除二氧化硅层，时间为20s；
[0031] 4)生长一层厚度为5um的N型外延层，砷离子掺杂，掺杂浓度为2×1016cm-3，得到集电区3；
[0032] 5)隔离氧化，隔离光刻，隔离扩散，P+型隔离区4制备；
[0033] 6)氧化一层二氧化硅层，涂覆光刻胶，开出基区掺杂窗口；
[0034] 7)进行硼离子注入，注入能量为18KeV，注入剂量为2.5×1013cm-2，得到基区6；
[0035] 8)光刻发射区，进行砷离子注入，注入剂量为7.5×1015cm-2，注入能量为50KeV，得到发射区7；
[0036] 9)涂覆光刻胶，低温氧化，刻蚀集电区、基区和发射区窗口，得到二氧化硅绝缘层5，除去光刻胶；
[0037] 10)溅射一层800nm金属铝分别作为集电极11、基极12和发射极13；
[0038] 11)在二氧化硅绝缘层5上涂覆光刻胶，光刻出N型多晶硅热电臂窗口，如图5所示；
[0039] 12)LPCVD生长一层N+多晶硅，其掺杂浓度和厚度分别为5×1016cm-3和0.7um，形成热电偶的多晶硅N型多晶硅热电臂9，去除光刻胶；
[0040] 13)类似地，蒸发生长Al，反刻Al，刻蚀金属图形，形成热电偶的另一金属Al型热电臂8；
[0041] 14)涂覆光刻胶，保留特定图案光刻胶，反刻Al，得到金属连线10，将多晶硅N型热电臂9与金属铝型热电臂8连接起来，形成热电偶；
[0042] 15)涂覆光刻胶，保留特定图案光刻胶，用H3PO4:CH3COOH:HNO3＝100:10:1反刻Al，温度为50℃，时间为3min，得到金属连线10，将N型多晶硅热电臂9与金属Al型热电臂8连接起来，形成热电偶；
[0043] 16)去除光刻胶；
[0044] 17)制作集电极、基极和发射极热电偶电极极；
[0045] 18)蒸铝连线，按照如图2所示连接集电极、基极和发射极热电偶电极，留下两个电极作为塞贝克电压的输出极“+”和“-”电极。
[0046] 19)“-”电极接地，“+”电极通过稳压电路和大电容15连接到放大器的电源；
[0047] 20)按照图1、2所示，连接电容、电阻和BJT放大管，得到具有自供电功能的BJT管放大器。
[0048] 区分是否为该结构的标准如下：
[0049] 本发明的面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器，包括具有热电转换功能的BJT管、放大器电路、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BJT放大管的基极，电阻R1和电阻R2构成偏置，放大后的信号通过BJT的集电极输出。在传统的BJT的有源层上方的二氧化硅层作为掺杂窗口，本结构中作为制作热电偶的基准面和
电隔离层。在二氧化硅上面，制作了36个由金属Al型热电臂和多晶硅N型热电臂组成热电偶，用金属连线将其串联，各留出两个基极、集电极和发射极的热电偶电极，依次串联，留下两个电极作为塞贝克电压的输出极“+”和“-”。将塞贝克电压的“-”极接地，“+”极输出到稳压电路和大电容，将产生的电压输入到稳压电路和大电容，可以进行电能存储，输出稳定的直流电压可以为BJT放大器供电，实现自供电，是可持续的绿色能源。
[0050] 满足以上条件的结构即视为本发明面向物联网的具有自供电功能的BJT管放大器。
[0051] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
