基于β辐射伏特效应的同位素微电池理论模型研究

随着微型机械电子系统(MEMS)的发展,微能源逐渐成为MEMS应用中的一个非常关键的问题。在同时考虑了同位素的选择及其衰变类型、粒子能谱、放射粒子能量损失率、半导体特性、载流子的产生与复合等因素的基础上,提出了一个基于β辐射伏特效应的同位素微电池的理论模型。可以用该模型计算出微电池的短路电流和开路电压。得到的模拟结果比引用文献结果稍高,还得到了表面掺杂浓度、结深以及放射粒子活度对电池输出参数的影响。

一种基于MEMS的同位素微电池的新型结构设计与仿真

针对传统同位素微电池的倒三角直槽型或倒金字塔型能量转换结构表面积较小和工作状态不稳定的缺陷。设计了一种垂直侧壁方孔阵列型的能量转换结构,增大了其表面积;并引入电镀这一新型的接触方式,改善了同类传统微电池的工作稳定性。建立了同位素微电池的电流计算公式。基于这种新结构对电池性能仿真得到了能量转换结构的最佳掺杂浓度,结果表明该结构与传统的能量转换结构相比,具有较低的掺杂浓度,较高的开路电压,输出电流和输出功率。

GaN放射性同位素微电池源的选取

介绍了放射性同位素微电池的工作原理、选择GaN做为微电池能量转换材料的优势及同位素源选择的一些原则.为给GaN微电池找到一种合适的放射源,建立了Monte Carlo模拟计算模型.计算结果分析表明对于GaN放射性同位素微电池来说,最大能量为50 keV到100 keV区段的纯β放射体做源最为理想.

基于MEMS的放射性同位素电池的设计与实现

介绍了放射性同位素63Ni同位素微电池(radioisotope micro battery)的工作原理、结构和性能指标,建立了电池电流的计算公式。针对传统同位素微电池的倒三角直槽型或倒金字塔型能量转换结构表面积较小的缺陷,设计了一种垂直侧壁方孔阵列型的能量转换结构,增大了其表面积,得到最佳结深范围2μm^3μm,最佳掺杂浓度NA=1020/cm3,ND=1017/cm3。在此基础上加工出63Ni同位素微电池,并对其进行测试性能,得到开路电压Voc=127 mV,电流密度JSC=4 nA/mm2,功率密度Pm=0.41 nW/mm2,与设计结果相符。

一种新型基于MEMS的同位素微电池的研究

介绍了同位素微电池的工作原理及结构组成。阐明了其从工作原理上区别于原有的核电池,采用和太阳能电池光生伏特相似的辐生伏特效应。对同位素微电池的工艺作了详尽的介绍。提出了使用垂直侧壁方孔阵列的能量转换结构,相比传统的同尺寸开口且等深的倒三角直槽型或倒金字塔型的能量转换结构表面积增大了120%以上;引入了电镀区这一新结构,增强了同位素微电池的工作稳定性。

一种面向微型传感器的新型微能源的结构设计与仿真

传统同位素微电池的能量转换结构采用单层阵列形式,造成电池输出功率较小,不能满足微型传感器件的需求.设计了一种基于大阵列多层压制的能量转换结构,以引入高深宽比工艺并增大比表面积,从而提高了放射源利用率,使得微电池可以根据微型传感器件的需求作出设计,并能与其进行工艺集成.对这种结构的微电池性能进行仿真得到最佳p-n结结深,结果证明了该结构具有较高的输出功率.

一种制作沟槽型同位素微电池表面电极的新工艺

开发了一种利用SU8胶剥离工艺制作沟槽型同位素微电池表面电极的新工艺,通过使用BP212正胶作为牺牲层,有效地解决了在制作沟槽型同位素微电池表面电极时,堆胶以及沟槽中SU8胶不易去除的难题。该工艺操作简单、可靠,成本低,因此具有很大的实用价值。

一种MEMS平板型同位素微电池的设计与制作

针对倒三角直槽型或倒金字塔型能量转换结构的同位素微电池难于加工以及放射性薄膜不均匀等缺陷,设计了一种较为简单的平板型能量转换结构。引入金属区这一结构,增强了放射源薄膜的接触稳定性。63N i放射源电镀实验最终得到了一组理想的短路电流和开路电压数据。结果表明,该结构与传统的能量转换结构相比有更稳定的功率输出。