Reivison: RF Characteristics of Rectifier Devices for Ambient RF Energy Harvesting

 características de RF de los dispositivos SOTB de 65 nm y transistores superempinados,

. Los experimentos de captación de energía de RF a partir de señales de RF ambientales, utilizando el dispositivo SOTB de 65 nm y un rectificador de acoplamiento cruzado, muestran una generación de potencia superior a 1 uW.

Un circuito rectificador con SSFET tiene un gran potencial para lograr una alta eficiencia incluso con una potencia de entrada de RF inferior a -30 dBm. El sistema de captación de energía de RF utiliza DTMOS SOTB en el circuito rectificador, lo que permite captar una potencia de 0,5 uW a partir de señales de RF ambientales.

Super Steep Transistor (SSFET):

• Ideal para rectificación: El SSFET presenta características de diodo ideales, permitiendo su uso eficiente para la recolección de energía de señales RF.

• Estructura SOI (Silicon on Insulator): La estructura del SSFET involucra un transistor bipolar P+/N/P que utiliza una capa de óxido enterrado para la inyección de portadores, lo que mejora la eficiencia.

• Corriente de drenaje: La corriente de drenaje se activa abruptamente cuando el voltaje de puerta alcanza el valor de encendido, con una pendiente de 33 µV/Dec, lo que facilita la rectificación de señales de RF.

• Eficiencia de conversión RF a DC: El SSFET muestra una eficiencia superior a 80% incluso con potencias de entrada menores a -30 dBm.

Silicon on Thin Buried Oxide (SOTB):

• Dispositivo con bajo consumo: El dispositivo SOTB permite la formación de transistores NMOS y PMOS sobre una capa fina de óxido enterrado (10 nm), lo que mejora la eficiencia de los circuitos de rectificación.

• Efecto de cuerpo: Debido a su delgada capa BOX, el efecto de cuerpo es más pronunciado, lo que cambia significativamente el voltaje de umbral al aplicar voltaje negativo.

• Rectificación eficiente: Se utiliza un circuito rectificador de acoplamiento cruzado con DTMOS (Dynamic Threshold MOS) para convertir señales RF en energía DC.

• Resultados experimentales: El sistema de recolección de energía RF usando dispositivos SOTB puede generar hasta 0.9V de voltaje DC y 2.2 µW de potencia DC a partir de señales RF ambientales.

Señales RF Ambientales:

• Señales más fuertes: La señal LTE de 950 MHz es la señal más fuerte, con una potencia de banda de -21.67 dBm, siendo utilizada para pruebas de recolección de energía.

• Estabilidad de la energía: Aunque la potencia de salida es inestable, el sistema puede generar hasta 500 µW de energía estable para alimentar dispositivos de baja potencia como microprocesadores.

teoria

l, los sistemas de captación de energía de RF constan de una antena, un circuito de adaptación y un rectificado

secciones

en la Sección II se presentan las características y el modelo del transistor del SSFET, así como la eficiencia simulada del rectificador. 

En la Sección III, se presenta el circuito rectificador con dispositivo SOTB y se evalúa la captación de energía de RF ambiental mediante dicho rectificador.