[发明专利]面向物联网的砷化镓基具有热电转换功能的MESFET器件

说明书

本发明提供的一种面向物联网的砷化镓基具有热电转换功能的MESFET器件，主要包括MESFET和热电偶。MESFET选择半绝缘的GaAs作为衬底，通过GaAs工艺和MEMS表面微机械加工实现具有能量转换功能的MESFET。在源漏栅的金层四周制作一层二氧化硅，化学机械抛光后，制作热电偶的金属Au型热电臂和砷化镓型热电臂，蒸金连接两种热电偶臂，将源漏栅的热电偶电极进行金属连线，留下两个热电偶电极作为塞贝克电压的输出极。该砷化镓基具有热电转换功能的MESFET器件根据塞贝克效应，可以将器件工作产生的热能转换为电能，实现能量收集的同时缓解了散热问题。通过检测输出塞贝克电压的大小来实现对热耗散功率大小的检测。

技术领域

本发明提出了面向物联网的砷化镓基具有热电转换功能的MESFET器件，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。MESFET(Metal Epitaxial-Semiconductor Field EffectTransistor)，即金属-半导体场效应晶体管。

背景技术

MESFET器件基于砷化镓工艺，具有五倍于硅的迁移率和两倍于硅的饱和速度，砷化镓半绝缘衬底有利于消除自由载流子吸收微波功率的问题，所以MESFET多用用于高频器件、蜂窝式电话、雷达和微波器件等。MESFET工作下会产生较大的热损耗，高功耗带来器件自身温度的上升，过高的温度会影响电路的性能导致其可靠性的下降，进而缩短器件的使用寿命。

随着物联网通信、无线传感器网络、便携式电子设备等低功耗系统的快速发展，人们越来越需要长工作寿命的独立电源技术。当下，电池仍然是广泛使用的电源，但是其容量有限，需要定期更换，给人们的生活带来诸多不便。此外，一次性电池会造成环境污染。热电能量转换技术较为简单，只要在热电堆两端存在温差就可以得到一定规模的功率输出。

本发明即是基于砷化镓工艺和MEMS表面微机械加工工艺设计了一种具有热电转换功能的MESFET器件，一方面实现了温差发电的热源供给，另一方面将MESFET器件的废热利用，实现热电能量转换，这是一种应用在物联网通讯中的MESFET器件。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种基于砷化镓工艺和MEMS表面微机械加工工艺的面向物联网的具有热电转换功能的MESFET器件；当MESFET处于工作状态时，由于器件各处的温度值不同，为热电偶提供了热源和温差，根据Seebeck效应，设计一系列热电偶，实现热电能量转换的同时缓解了散热问题；通过检测塞贝克电压大小来检测热耗散功率的大小。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种面向物联网的砷化镓基具有热电转换功能的MESFET器件，所述MESFET器件以半绝缘的GaAs为衬底，在衬底上设有N型GaAs导电沟道层、源区、漏区、源极欧姆接触金锗镍/金极、漏极欧姆接触金锗镍/金极、栅极肖特基接触金极；所述源极欧姆接触金锗镍/金极、漏极欧姆接触金锗镍/金极、栅极肖特基接触金极的四周分别设有绝缘层；所述MESFET器件的栅源漏区的绝缘层上分别设有若干个热电偶；所述热电偶包括金属Au型热电臂和砷化镓型热电臂，上述两个热电臂之间用金属连线Au串联，形成热电偶；所述MESFET器件的栅源漏区的热电偶之间通过金属连线Au串联，并分别留出2个热电偶电极；用金属连线Au将MESFET器件的栅源漏区的热电偶电极串联，留下两个热电偶电极作为塞贝克电压的输出极“+”极和“-”极。

进一步的，MESFET器件正常工作下产生的温度分布为热电偶提供热源，根据Seebeck效应实现热电转换的同时缓解了散热问题，串联热电偶则有利于塞贝克电压的倍增。

进一步的，通过检测塞贝克电压，可以检测到热耗散功率的大小。

进一步的，所述源区欧姆接触金锗镍/金层、漏区欧姆接触金锗镍/金层、栅极肖特基接触金层的左右侧各摆放4个热电偶，上下侧各摆放2个热电偶。

进一步的，所述绝缘层的材质为二氧化硅。