^(63)Ni-Si辐射伏特电池镍薄膜源设计与制备

在辐射伏特电池换能器件表面直接制备^(63)Ni辐射源的方法存在加载量少、活性低、PN结性能退化等问题。该文提出一种利用氧化铟锡(ITO)薄膜作为导电层材料实现在透明封装玻璃表面电镀^(63)Ni源的方法。根据辐射源自吸收效应理论模拟计算了^(63)Ni-Si辐射伏特电池辐射源的最佳厚度。采用磁控溅射工艺在400μm玻璃基底上制备了厚度为180nm的ITO导电薄膜,利用电化学工作站,对ITO薄膜表面进行电镀镍,对镀镍之后的薄膜材料微观形貌、薄膜厚度进行表征,并对基于该辐射源制备方法的^(63)Ni-Si辐射伏特型同位素电池电学输出性能进行理论仿真,仿真结果表明:在厚度为2μm、活度为7.25×108Bq、面积为36mm2辐射源的辐照下,辐射伏特电池理论上能够输出85.4nW输出功率。

辐射伏特效应同位素电池换能单元设计及其性能测试

以单晶硅基结型器件为基础,探讨其结构与辐射作用下电输出性能的关系,为辐射伏特效应同位素电池换能单元(PN结)设计提供依据。设计制作了两种可作为同位素电池换能单元用的单晶硅半导体PN结型器件,使用63Ni源辐照这些器件并测量其电输出性能。结果表明,新设计的器件具有比原器件更大的开路电压、输出功率和能量转换效率。

辐射伏特效应同位素电池研究进展

辐射伏特效应同位素电池(RVIB)以其独特的优势,将在以IC和MEMS为基础的微系统领域发挥重要作用。近年来,关于RVIB的研究主要集中于换能单元的三维结构以及新型半导体材料器件方面,结合驱动源放射性同位素选择的多样性,使能量转换效率和稳定性等电输出性能得到改善。本文概略介绍了放射性同位素电池(RIB),并针对近年来RVIB研究进展进行了系统综述,对其研究方向和应用前景作了展望。

SiC辐射伏特式同位素电池的设计及制备研究

辐射伏特式同位素电池使用寿命长、易于小型化,是微能源领域的优良选择。使用宽禁带半导体材料作为电池换能元件理论具有更高的能量转换效率,然而实验制备的样品能量转换效率仍偏低,仅在1%水平。本文综合分析了能量转换效率影响因素,指出制备工艺的重要性。通过理论计算与数值模拟方法,对比分析了4种代表性半导体材料PIN构型下同位素电池理论输出性能,结果显示PIN结构SiC电池理论效率最高,可达17%。结合制备工艺水平,针对PIN型SiC电池进行了优化设计,并进行了样品制备。在3.7×10^(8) Bq 63Ni源辐照条件下,电池样品获得短路电流8~10 nA、开路电压0.45~0.82 V、效率0.26%~0.60%。实验测试结果与理论设计值相比仍有一定差距,通过分析明确了表面工艺是未来提高电池性能的重点。

半导体器件在辐射作用下的电学输出性能

半导体结型器件是决定辐射伏特效应同位素电池能量转换效率的核心部件。本工作采用加速器产生的不同能量电子束和^(63)Ni源的β射线对硅基PiN结型器件进行辐照,在线测量了其电学输出性能。结果表明,当电子束能量为18 keV时,能量转换效率>4%;电子束能量为6 keV时,能量转换效率为0.16%～0.33%;活度为2.96×10~8Bq的^(63)Ni源片辐照的能量转换效率约为0.1%。

β辐射伏特效应同位素电池的优化设计研究进展

β辐射伏特效应同位素电池具有使用寿命长、能量密度高、体积小、环境适应性强和可持续供电等优势,在微机电系统等低功率电子器件领域具有非常深远的应用潜力。目前,该类型同位素电池存在结构设计不够理想、载流子复合严重、输出性能偏低等问题。针对存在的不足,本工作介绍了吉林大学同位素电池研究组在β辐射伏特效应同位素电池优化设计方面的研究进展,利用蒙特卡罗程序和有限元分析软件建立了能精确预测该类型同位素电池输出性能的仿真模型,研究辐生载流子的输运和收集特性;选择GaAs作为半导体换能材料进行同位素电池的实验制备,提出了含有空穴/电子传输层的GaAs基换能单元结构,增强辐生载流子的输运和收集。进一步,利用建立的仿真模型预测了基于宽禁带半导体材料的β辐射伏特效应同位素电池的输出性能,分析影响电池转换效率的因素,明确了电池转换效率与半导体材料禁带宽度的关联性。此外,提出了核壳结构纳米线型β辐射伏特效应同位素电池设计思想,提高β粒子吸收率同时降低辐生载流子表面复合率。最后,就进一步提高β辐射伏特效应同位素电池的输出性能,提出了载能-换能一体化的思想理念。

用于MEMS电源的贝塔辐伏电池研究进展

贝塔辐伏电池是能够将放射性同位素发出的贝塔射线转化为电能的装置,具有高环境适应性、超长寿命、超大功率密度、小体积、高稳定性等诸多优点,是MEMS (微机电系统)电源发展的重要研究方向。随着半导体制作工艺的发展,基于P-N结和肖特基结换能结构的贝塔辐伏电池表现出良好的应用前景。对贝塔辐伏电池的发展历史和研究现状进行了综述,并对其未来的发展进行了展望。

用于微机电系统电源的贝塔辐伏电池研究进展

贝塔辐伏电池是能够将放射性同位素发出的贝塔射线转化为电能的装置,具有高环境适应性、超长寿命、超大功率密度、小体积、高稳定性等诸多优点,是微机电系统(MEMS)电源发展的重要研究方向。随着半导体制作工艺的发展,基于P-N结和肖特基结换能结构的贝塔辐伏电池表现出良好的应用前景。对贝塔辐伏电池的发展历史和研究现状进行了综述,并对其未来的发展进行了展望。

PN结型器件在氚钛片辐照下电输出性能

用多片具有不同金属钛膜厚度和充氚量的氚钛片对两种单晶硅基PN结型器件进行了辐照,在线测量了它们的电输出性能并进行了定性分析。结果表明,在本文所采用的钛膜厚度和氚量级下,器件输出短路电流等随充氚量增加而小幅增大,但不成正比关系;器件的掺杂浓度、结深等结构参数对器件电输出性能影响较大。

氚钛片辐照硅基半导体器件电学输出性能

制备了多个不同厚度金属钛膜吸附不同量3H的氚钛片,利用这些源片辐照硅基半导体器件,测试并分析了它们的电学输出性能。结果表明,这些氚钛片辐照硅基半导体器件可以输出电流,但由于金属钛对氚源β射线的阻挡,器件输出电流和最大输出功率与钛膜中贮氚量不呈正比增长关系,小的钛膜厚度有利于提高β射线能量利用率。