自供电低功耗热电-光电集成微传感器热电光电效应的研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN4密级：公开UDC：621.3学号：151274自供电低功耗热电-光电集成微传感器热电光电效应的研究研究生姓名：严德洋导师姓名：廖小平教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与技术论文答辩日期2018年6月6日二级学科名称微电子学与固体电子学学位授予日期20年月日答辩委员会主席秦明评阅人于映韩磊2018年6月6日硕士学位论文自供电低功耗热电-光电集成微传感器热电光电效应的研究专业名称：微电子学与固体电子学研究生姓名：严德洋导师姓名：廖小平教授本论文获国家自然科学基金（项目

2、号：61674031）资助。2RESEARCHONTHERMOELECTRICANDPHOTOELECTRICEFFECTSOFSELF-POWEREDLOW-POWERTHERMOELECTRIC-OPTOELECTRONICINTEGRATEDMICROSENSORSAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYYanDeyangSupervisedbyProf.LiaoXiaopingSchoolofElec

3、tronicScience&EngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆

4、、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要随着物联网技术的蓬勃发展，越来越多的无线设备投入到了网络数据交换领域的使用中。这些无线设备

5、往往依赖传统的电池供电。然而，传统的电池寿命有限，电池的更换和维修又费时费力，成本高昂，这极大的限制了物联网技术的推广和普及。能够实现可持续供电的热电、光电能量收集技术为这种局部电源供电提供了解决方案。本文将热电能量收集技术、光电能量收集技术与MEMS技术相结合，设计了一种热电-光电集成微传感器，用于收集环境中的热能和光能，给无线网络传输节点和小功耗元器件供电。论文分为三个大部分，第一部分包括第一章和第二章，主要介绍研究背景、研究现状、热电能量收集技术、光电能量收集技术以及MEMS技术；第二部分为第三章，首先将热电能量收集技术

6、、光电能量收集技术和MEMS技术相结合，设计了一种热电-光电集成微传感器并分别对其热电结构和光电结构进行有限元分析，然后对整个热电-光电集成微传感器进行系统分析，最后详细介绍热电-光电集成微传感器的加工工艺步骤和版图设计，制作加工热电-光电集成微传感器，并同步制作陪结构——热电结构和光电结构。本文所设计的热电-光电集成微传感器需要对其性能参数进行优化，而由于工艺和尺寸等因素，MEMS材料和传统宏观材料的热电、光电参数具有显著的差异。本文的第三大部分包括第四章、第五章和第六章，主要是结合热电-光电集成微传感器的加工工艺，分别设计

7、与其兼容的电导率测试结构、塞贝克系数测试结构和热导率测试结构。首先介绍测试结构的测试原理，接着设计相应的测试结构，然后利用有限元分析软件对测试结构进行模拟仿真，验证测试结构的合理性，接下来根据热电-光电集成微传感器的工艺步骤，介绍所设计的测试结构的具体加工工艺步骤，并进行相应的版图设计，最终对所设计的测试结构进行流片测试。所设计的热电-光电集成微传感器一方面可以收集环境中的热能，从而解决部分器件的散热问题，改善器件的电磁兼容环境，提高能源的利用效率；另一方面可以收集环境中的光能，从而开拓能源来源路径，延长供电时间，其应用前景将

8、会十分广阔，值得进一步研究与探索。关键词：能量收集，热电-光电集成微传感器，测试结构，加工工艺IAbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofInternetofThingstechnology,moreandmorewirelessdev