本發(fā)明涉及一種面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt(雙極結(jié)型晶體管)器件，屬于微電子機械系統(tǒng)(mems)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

多年來，隨著半導體工藝的發(fā)展，器件的特征尺寸不斷縮小，器件的集成密度不斷上升，功耗所引起的能源消耗和高集成度的散熱等問題日益凸顯。高功耗帶來芯片溫度的上升，這一方面影響了電路的性能，另一方面也導致了電路可靠性的下降，進而縮短了器件的使用壽命。此外隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，低功耗設(shè)備得到較大的發(fā)展與普及，在半導體器件的設(shè)計中也在著重考慮能源消耗與散熱問題。

隨著半導體技術(shù)的迅速發(fā)展，許多優(yōu)異的半導體材料的出現(xiàn)，半導體溫差發(fā)電已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。溫差發(fā)電技術(shù)利用材料的塞貝克效應，可將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能，具有結(jié)構(gòu)緊湊、無磨損、無泄漏、清潔、無噪聲、壽命長、可靠性高等一系列優(yōu)點。溫差發(fā)電系統(tǒng)較為簡單，只要發(fā)電模塊兩端有溫差就可持續(xù)不斷電力輸出。其中，溫差發(fā)電系統(tǒng)要解決的一個主要問題是如何為熱端供熱。

本發(fā)明即是一種具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件，一方面實現(xiàn)了溫差發(fā)電的熱源供給，另一方面將bjt器件的廢熱利用，實現(xiàn)熱電能量轉(zhuǎn)換，這是一種應用在物聯(lián)網(wǎng)通訊中的bjt器件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件，根據(jù)seebeck效應，設(shè)計熱電偶，實現(xiàn)熱電能量轉(zhuǎn)換，通過檢測塞貝克電壓大小來檢測熱耗散功率的大小。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件，包括襯底、n+隱埋層、p+型隔離區(qū)、bjt基區(qū)、bjt發(fā)射區(qū)、三個bjt電極、bjt集電區(qū)、二氧化硅層，所述三個bjt電極分別為基極、發(fā)射極、集電極，其中：所述二氧化硅層、bjt集電區(qū)、襯底由上到下依次設(shè)置，而所述p+型隔離區(qū)設(shè)置于所述bjt集電區(qū)的外側(cè)，且所述p+型隔離區(qū)的底部與所述襯底相連接，所述p+型隔離區(qū)的頂部與所述二氧化硅層相連接；所述n+隱埋層設(shè)置于所述襯底和bjt集電區(qū)的交接處，且所述n+隱埋層底部與襯底連接，而頂部與bjt集電區(qū)連接；所述bjt基區(qū)設(shè)置于bjt集電區(qū)內(nèi)，且所述bjt基區(qū)位于bjt集電區(qū)上相鄰二氧化硅層的一面，而所述bjt發(fā)射區(qū)設(shè)置于bjt基區(qū)內(nèi)，且所述bjt發(fā)射區(qū)位于bjt基區(qū)上相鄰二氧化硅層的一面；所述發(fā)射極穿過二氧化硅層與所述bjt發(fā)射區(qū)相連接；所述bjt集電區(qū)上設(shè)置有bjt集電區(qū)重摻雜區(qū)，且所述bjt集電區(qū)重摻雜區(qū)位于bjt集電區(qū)上相鄰二氧化硅層的一面，所述集電極穿過所述二氧化硅層與bjt集電區(qū)重摻雜區(qū)相連接；所述基極穿過二氧化硅層與bjt集電區(qū)相連接；所述三個bjt電極周圍的二氧化硅層表面均排布有熱電偶組；

進一步地：所述熱電偶組包括金屬al型熱電臂、多晶硅n型熱電臂和連接線金屬鋁，所述金屬al型熱電臂分別繞三個bjt電極分布，所述多晶硅n型熱電臂分別繞三個bjt電極分布，同一個bjt電極周圍的金屬al型熱電臂和多晶硅n型熱電臂交替設(shè)置，且同一個bjt電極周圍的金屬al型熱電臂和多晶硅n型熱電臂通過連接線金屬鋁串聯(lián)起來，同時同一個bjt電極留出兩個熱電偶電極，其中，同一個bjt電極周圍相鄰的金屬al型熱電臂和多晶硅n型熱電臂通過連接線金屬鋁連接構(gòu)成一個熱電偶；三個bjt電極之間留出的熱電偶電極通過連接線金屬鋁串聯(lián)起來，且留下兩個留出的熱電偶電極作為塞貝克電壓的輸出極。

再進一步地：bjt器件正常工作下產(chǎn)生的溫度分布為熱電偶提供熱源，根據(jù)seebeck效應，實現(xiàn)了熱電能量轉(zhuǎn)換的同時有效的緩解了散熱問題，串聯(lián)熱電偶則有利于塞貝克電壓的倍增。

更進一步地：通過檢測塞貝克電壓，從而檢測熱耗散功率大小的檢測。

優(yōu)選的：所述二氧化硅層表面的三個bjt電極周圍各制作了12個熱電偶。

有益效果：本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

1.本發(fā)明的面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件的原理、結(jié)構(gòu)簡單，只需在現(xiàn)有的bjt器件基礎(chǔ)上制作金屬al型熱電臂和多晶硅n型熱電臂，然后使用金屬鋁連線連接兩種電熱偶臂，得到36個熱電偶，留出下方6個熱電偶電極。按照圖1所示進行金屬連線，將集電極、基極和發(fā)射極熱電偶電極串聯(lián)起來，留下兩個電極作為塞貝克電壓的輸出極即可，用現(xiàn)有的bjt工藝加工易于實現(xiàn)；

2.本發(fā)明基于bjt的溫度分布，設(shè)計了一組熱電偶，當bjt正常工作時，由于有源區(qū)的溫度分布不同，從而為熱電偶提供了溫差；根據(jù)seebeck效應(塞貝克效應)，將器件的熱能轉(zhuǎn)換成電能，實現(xiàn)熱電能量轉(zhuǎn)換的同時有效緩解了散熱問題。

3.本發(fā)明通過檢測塞貝克電壓大小，可以實現(xiàn)對bjt器件工作時熱耗散功率大小的檢測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件俯視圖；

圖2為本發(fā)明面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件的p-p’向的剖面圖；

圖3為本發(fā)明面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件的q-q’向的剖面圖；

圖4為本發(fā)明面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件的r-r’向的剖面圖；

圖5為本發(fā)明面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件上的熱電偶擺放的俯視圖(即圖1的兩個虛線框之間的熱電偶14)；

圖6為本發(fā)明面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件的s-s’向的剖面圖。

圖中包括：硅襯底1，n+型隱埋層2，bjt集電區(qū)3，p+型隔離區(qū)4，bjt二氧化硅層5，bjt基區(qū)6，bjt發(fā)射區(qū)7，熱電偶的金屬al型熱電臂8，熱電偶的多晶硅n型熱電臂9，連接線金屬鋁10，集電極11，基極12，發(fā)射極13，熱電偶14，bjt集電區(qū)重摻雜區(qū)15。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

如圖2、圖3、圖4、圖6所示為一種面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件，該面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件選擇一厚度為200um的硅基n型襯底1，所述襯底1上設(shè)置有bjt集電區(qū)3，且所述襯底1與bjt集電區(qū)3相連接，所述bjt集電區(qū)3上覆蓋有二氧化硅層5，且所述bjt集電區(qū)3與二氧化硅層5相連接，其中二氧化硅層5用于電隔離，以防止短路。

氧化一層二氧化硅作為掩蔽膜，制作n+型隱埋層2，用boe去除二氧化硅層；生長一層厚度為5um的n型外延層，所述n+隱埋層2設(shè)置于所述襯底1和bjt集電區(qū)3的交接處，且所述n+隱埋層2底部與襯底1連接，而頂部與bjt集電區(qū)3連接，砷離子摻雜，摻雜濃度為2×10¹⁶cm^-3，得到bjt集電區(qū)3；而所述p+型隔離區(qū)4設(shè)置于所述bjt集電區(qū)3的外側(cè)，且所述p+型隔離區(qū)4的底部與所述襯底1相連接，所述p+型隔離區(qū)4頂部與所述二氧化硅層5相連接；隔離氧化，隔離光刻，隔離擴散，制備p+型隔離區(qū)4；氧化一層二氧化硅層，涂覆光刻膠，開出基區(qū)摻雜窗口，進行硼離子注入，注入能量為18kev，注入劑量為2.5×10¹³cm^-2，得到bjt基區(qū)6，所述bjt基區(qū)6設(shè)置于bjt集電區(qū)3內(nèi)，且所述bjt基區(qū)6位于bjt集電區(qū)3上相鄰二氧化硅層5的一面；光刻發(fā)射區(qū)，進行砷離子注入，注入劑量為7.5×10¹⁵cm^-2，注入能量為50kev，得到bjt發(fā)射區(qū)7，所述bjt發(fā)射區(qū)7設(shè)置于bjt基區(qū)6內(nèi)，且所述bjt發(fā)射區(qū)7位于bjt基區(qū)6上相鄰二氧化硅層5的一面，所述發(fā)射極13穿過所述二氧化硅層5與bjt發(fā)射區(qū)7相連接；所述bjt集電區(qū)3上設(shè)置有bjt集電區(qū)重摻雜區(qū)15，且所述bjt集電區(qū)重摻雜區(qū)15位于bjt集電區(qū)3上相鄰二氧化硅層5的一面，而所述bjt集電區(qū)重摻雜區(qū)15位于發(fā)射極13的一側(cè)，所述集電極11穿過所述二氧化硅層5與bjt集電區(qū)重摻雜區(qū)15相連接；所述基極12位于發(fā)射極13的另一側(cè)，所述基極12穿過所述二氧化硅層5，與bjt集電區(qū)3相連接；涂覆光刻膠，低溫氧化，刻蝕集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)窗口，得到二氧化硅鈍化層，除去光刻膠，濺射一層800nm金屬鋁分別作為集電極電極11、基極電極12和發(fā)射極電極13，從而得到傳統(tǒng)的bjt器件。

所述三個bjt電極周圍的二氧化硅層5表面均排布有熱電偶組。如圖5所示，在bjt器件上面制作有一層二氧化硅鈍化層5，用以隔離bjt和熱電偶組。所述熱電偶組包括金屬al型熱電臂8、多晶硅n型熱電臂9和連接線金屬鋁10。在二氧化硅鈍化層5上涂覆光刻膠，光刻出n型多晶硅熱電臂窗口，lpcvd(低壓化學汽相淀積系統(tǒng))生長一層n+多晶硅，其摻雜濃度和厚度分別為5×10¹⁶cm^-3和0.7um，得到n型多晶硅熱電臂9，去除光刻膠；蒸發(fā)生長al，反刻al，刻蝕金屬圖形，得到另一金屬鋁型熱電臂8；所述金屬al型熱電臂8分別繞三個bjt電極分布，所述多晶硅n型熱電臂9分別繞三個bjt電極分布，同一個bjt電極周圍的金屬al型熱電臂8和多晶硅n型熱電臂9交替設(shè)置，且同一個bjt電極周圍的金屬al型熱電臂8和多晶硅n型熱電臂9通過連接線金屬鋁10串聯(lián)起來，得到36個熱電偶，同時同一個bjt電極留出兩個熱電偶電極，即留出下方6個熱電偶電極。其中，同一個bjt電極周圍相鄰的金屬al型熱電臂8和多晶硅n型熱電臂9通過連接線金屬鋁10連接構(gòu)成一個熱電偶。

按照如圖1所示，進行金屬連線，將集電極11、基極12和發(fā)射極13的熱電偶電極通過連接線金屬鋁10串聯(lián)起來，且留下兩個留出的熱電偶電極作為塞貝克電壓的輸出極。該面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件可以將器件工作產(chǎn)生的熱損轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)能量收集的同時降低了溫度，有利于散熱；通過檢測輸出塞貝克電壓的大小來實現(xiàn)對熱耗散功率大小的檢測。

本發(fā)明的面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件制備方法如下：

1)準備硅基n型襯底1，厚度為200um；

2)氧化一層二氧化硅作為掩蔽膜，n+型隱埋層2制備；

3)用boe去除二氧化硅層，時間為20s；

4)生長一層厚度為5um的n型外延層，砷離子摻雜，摻雜濃度為2×10¹⁶cm^-3，得到集電區(qū)3；

5)隔離氧化，隔離光刻，隔離擴散，p+型隔離區(qū)4制備；

6)氧化一層二氧化硅層，涂覆光刻膠，開出基區(qū)摻雜窗口；

7)進行硼離子注入，注入能量為18kev，注入劑量為2.5×10¹³cm^-2，得到基區(qū)6；

8)光刻發(fā)射區(qū)，進行砷離子注入，注入劑量為7.5×10¹⁵cm^-2，注入能量為50kev，得到發(fā)射區(qū)7；

9)涂覆光刻膠，低溫氧化，刻蝕集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)窗口，得到二氧化硅鈍化層5，除去光刻膠；

10)濺射一層800nm金屬鋁分別作為集電極電極11、基極電極12和發(fā)射極電極13；

11)在二氧化硅鈍化層5上涂覆光刻膠，光刻出n型多晶硅熱電臂窗口，如圖5所示；

12)lpcvd生長一層n+多晶硅，其摻雜濃度和厚度分別為5×10¹⁶cm^-3和0.7um，形成熱電偶的n型多晶硅熱電臂9，去除光刻膠；

13)蒸發(fā)生長al，反刻al，刻蝕金屬圖形，形成熱電偶的另一金屬鋁型熱電臂8；

14)涂覆光刻膠，保留特定圖案光刻膠，反刻al，得到鋁金屬10連線，將n型多晶硅熱電臂9與金屬鋁型熱電臂8連接起來，形成熱電偶；

15)涂覆光刻膠，保留特定圖案光刻膠，用h3po4:ch3cooh:hno3＝100:10:1反刻al，溫度為50℃，時間為3min，得到金屬鋁連線10，將n型多晶硅熱電臂9與金屬al型熱電臂8連接了起來，形成熱電偶；

16)去除光刻膠；

17)制作集電極、基極和發(fā)射極熱電偶電極；

18)使用金屬鋁連線，按照如圖1所示連接集電極、基極和發(fā)射極熱電偶電極，留下兩個電極作為塞貝克電壓的輸出極。

區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標準如下：

本發(fā)明的面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件，具有36個串聯(lián)的熱電偶。在傳統(tǒng)的bjt的上方的二氧化硅層作為摻雜窗口，本結(jié)構(gòu)中也作為制作熱電偶的基準面和電隔離層。在二氧化硅上面，基極、發(fā)射極、集電極各制作了12個由金屬al型熱電臂和多晶硅n型熱電臂組成的熱電偶，用金屬連線將其串聯(lián)，留下兩個集電極熱電偶電極、兩個發(fā)射極熱電偶電極和兩個基極熱電偶電極。串聯(lián)上述熱電偶電極，留下兩個電極作為塞貝克電壓的輸出極。該面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件可以將器件工作產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)能量收集的同時降低了溫度，有利于散熱；通過檢測輸出塞貝克電壓的大小來實現(xiàn)對熱耗散功率大小的檢測。

滿足以上條件的結(jié)構(gòu)即視為本發(fā)明的面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基具有熱電轉(zhuǎn)換功能的bjt器件。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。