一种多源自供电集成电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及多源自供电集成电路，具体涉及一种与双源能源采集器集成的自供电集成电路，属于能源采集与电路集成应用的技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，能够高效、低成本地获取周围环境的能量并将其转换为电能以替代或增强电池或其他常规电源、为低功耗电子设备供电的发电技术正越来越多地得到应用；上述发电技术常包括光伏发电、压电式发电、电动式发电、温差电等形式，如何将多种发电技术综合利用、形成多种能源采集的技术目前鲜少出现。
[0003]在无线传感器网络(WSN)等的应用中，有大量用于远程探测环境和当地物理参数(如温度、压力、流速、补平、化学物质存在以及生物条件等)的传感器，此类传感器大多应用在极端、偏远地区甚至危险的环境中，当与传感器配套使用的电源发生电量耗尽或者产生故障时，更换电源十分不便，且可能给工作人员的人身安全带来危险，甚至有的传感器一旦安装后电源根本无法更换(比如检测飞行器表面缺陷的传感器)；此外，有些传感器需要长期使用几十年(如10?30年)，那么就需要提供长期稳定的可靠电量供应。所以，急需一种可以长期提供可靠电量供应以及能在各种极端险恶环境中使用的自供电系统。
[0004]虽然各种发电技术和集成电路已经分别有相关的报道，但是将多种能源采集技术与集成电路集成为一个器件是一项全新的技术，实现这一全新的技术需要解决一系列新的问题，如:如何将多种能源采集技术与集成电路集成在一块硅片衬底上;如何选择合适的材料以及制备工艺来保证器件良好的性能等。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中存在的如下缺点:(I)现有的能源采集技术只能转化单一能源为电能；(2)现有自供电系统的能量采集部分和存储部分为分立的元件，体积和成本较大，不便于安装或更换；(3)现有的自供电系统尚未出现能量采集和集成电路相集成的技术；(4)不能稳定地长期提供电量；(5)不能在各种极端险恶环境中使用;而本实用新型提供了一种多源自供电集成电路，其能够采集多种能源，综合利用;体积小、成本低;长期稳定提供电量;能在各种极端险恶环境中使用。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]—种多源自供电集成电路，包括多源能量采集器和集成电路，所述多源能量采集器和集成电路共同集成在P型或N型衬底上，所述多源能量采集器包括PN结和覆盖在PN结上的抗反射层;所述集成电路设置在与PN结相反一面的衬底上;所述衬底的外部包裹有封装外壳，封装外壳为U形结构或者全封闭结构，所述多源能量采集器的P区和N区分别通过封装外壳内的金属导线直接连接到集成电路，多源能量采集器采集能量后为集成电路供电。
[0008]进一步地，所述多源能量采集器还包括射频能源采集天线，射频能源采集天线设置在抗反射层上或者设置在与PN结相反一面的衬底上，或者同时在这两个面都设置;所述射频能源采集天线连接到集成电路，天线采集能量后为集成电路供电。
[0009]进一步地，所述射频能源采集天线与集成电路之间还设有乘法电路。所述乘法电路设置在衬底外部或者集成在衬底内。
[0010]进一步地，所述P区和N区分别设有重掺杂区，重掺杂区与集成电路相连。
[0011 ]本实用新型具有的有益效果如下:
[0012](I)本实用新型能够综合采集多种能源。一体化的光伏太阳能电池和射频能源采集天线形成多能源采集系统，可以作为本实用新型自供电模块上的唯一电源或者备用电源。由于本实用新型有两种方式供电，避免了供电不稳定性的问题。
[0013](2)本实用新型的多源自供电集成电路的优势是可以在险恶环境、不安全环境下，或者无电源或不可更换电池情况下，或者系统需要非常长期的运作(如10-30年)的情况下使用。
[0014](3)本实用新型与传感器联合使用，可用于远程监视环境或其他当地条件敏感期间的数据，例如:在传感器网络中使用的对森林条件进行远程和持续时间较长的监测，以提供早期检测数据和森林火灾的位置，或者本实用新型用于检测飞行器的的表面缺陷等。
[0015](4)本实用新型将光伏太阳能电池、射频能源采集天线以及集成电路集成设置在同一块硅片衬底上，体积缩小，成本大大降低。由于光伏太阳能电池和射频发电工艺与集成电路工艺兼容，所以几乎不增加生产成本，而且本实用新型外加能源采集器件成本较低，体积小。
[0016](5)本实用新型能在各种环境中使用，如偏远地区、森林防火、不方便换电池、使用期长(10-30年)、节点过多、更换电池费用太高、电池对环境产生的污染等。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的集成电路和太阳能电池的连接方式的示意图；
[0018]图2是实施例中的乘法电路的示意图；
[0019]图3是实施例中的射频能源采集天线的放大示意图；
[0020]其中，1-P型衬底(P区)，2-N区，3-抗反射层，4_射频能源采集天线，5_集成电路，6_集成电路联线，7-外延层，8-绝缘层，9-封装外壳，1-U形结构，11-栅极，12-源极，13-漏极，14-NM0S晶体管，15-PM0S晶体管。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
[0022]本实施例的多源自供电集成电路的结构如下:光伏太阳能电池和射频能源采集天线4以及集成电路共同制作在一个共同的P型衬底I上，光伏太阳能电池和射频能源采集天线4分别通过电路连接为集成电路提供能量。
[0023]衬底I为半导体硅片，该硅片的厚度约为700微米，可以是直径为100毫米、200毫米或300毫米的圆形或正方形的硅晶片。
[0024]如图1所示，在P型衬底I的背面，用N型掺杂剂形成一个掺杂的N区2，N区2的厚度约为I?2微米，其和P型衬底1(即P区)形成太阳能电池的PN结，还可以进一步地分别在PN结的P区和N区2内制备形成重掺杂区。其中，上述掺杂采用离子注入的方式(如磷、砷等离子)，后加一个或多个热退火工艺激活(如1000°c炉管内高温扩散约I小时，快速热退火800-1000°C(RTP)约I秒?3分钟，1100-1300°C激光退火约I秒-2分钟)，以上形成高效率的太阳能电池。
[0025]在P型衬底I的背面，覆盖一个或多个抗反射层3用作保护层，抗反射层3的材质可为氮化硅(SixNy)或氧化硅(S1z)等具有高介电常数的绝缘材质，以上绝缘钝化工艺包括等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)和化学气相沉积法(CVD)等。
[0026]然后在抗反射层3的表面，通过金属沉积工艺(如溅射的方式)形成射频能源采集天线4，溅射的金属包括铝、金、银、钨、铜或氮化钛等;然后使用光刻或其他图形产生方式，如剥离(lift off)、掩膜(shadow mask)等和金属沉积工艺形成金属连接线，将射频能源采集天线4连接到集成电路5为其供电。
[0027]在P型衬底I的正面，覆盖大约3微米厚的外延层7，在外延层7上设有集成电路5(包括PMOS晶体管15和NMOS晶体管14)和其它电路器件;该其他电路器件包括乘法电路(即电压倍增电路)，