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。

^(63)Ni辐射伏特同位素电池原型的研制

利用理论研究获得的换能单元参数制备了单晶硅基换能单元,确定了63 Ni的加载工艺和原型电池的封装材料配方与技术,通过加速热老化和温度交变考核了原型电池的性能。结果表明:所制备的63 Ni辐射伏特效应微型同位素原型电池的短路电流Isc、开路电压Voc、最大输出功率Pmax和衰变能-电能转换效率η分别为5.97nA、88.0mV、0.255nW和0.561%;原理样机稳定输出超过220d。

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。

4H-SiC肖特基微型同位素电池(英文)

半导体同位素电池由于其寿命长、集成性优良、环境适应性强等特点成为解决MEMS能源问题的理想手段。利用4H-SiC材料的宽禁带特性,制造了4H-SiC肖特基同位素电池。对电池的耗尽层厚度以及掺杂浓度进行了优化设计,对肖特基金属进行了选择。使用4mCi/cm2的63Ni作为同位素电池的放射源对制造的同位素电池进行了测试。测试结果表明,该同位素电池可以获得31.3nW/cm2的功率密度、0.5V的开路电压、3.13×10-8A/cm2的短路电流密度和1.3%的转换效率。将电池的输出特性和硅基的平板型、3D结构电池输出特性进行了比较,证明4H-SiC肖特基同位素电池能够获得较高的功率密度。电池的性能可通过提升势垒高度、提高工艺质量、更换同位素等方式得到提高。

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。

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.