[發明專利]具有保護環結構的微型核電池及其制作方法

有效

• 申請號: 200910023134.4
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN101599308A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 喬大勇;苑偉政;臧博;姚賢旺;呂湘連
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G21H1/06
• 分類號: G21H1/06
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 夏維力

技術領域

本發明屬于半導體、核物理和微能源領域，尤其涉及一種PN結或PIN結式的微型核電池及其制備方法。

背景技術

微型核電池可以為解決微型管道機器人、植入式微系統、無線傳感器節點網絡、人工心臟起搏器和便攜式移動電子產品的長期供電問題；該裝置采用采用直接換能結構，直接將放射能轉化為電能，優于需要隔熱層的傳統熱電式放射性同位素電池(RTG，RadioisotopeThermoelectric?Generator)，更適于微型化、輕量化和集成化，有望取代太陽能電池和熱電式放射性同位素電池，在航天和航空領域解決微/納衛星，深空無人探測器和離子推進器的長期供電問題。

參照圖7，文獻“the?12^th?International?Conference?on?Solid?State?Sensors，Actuators?andMicrosystems(Boston8-12June2003)p36《NANOPOWER?BETAVOLTAICMICROBATTERIES》”介紹了由美國Cornell大學Hang?Guo，Amit?Lal等人共同提出了基于硅材料的PN結式核電池；參照圖8，文獻“APPLIED?PHYSICS?LETTERS?88，064101(2006)《Demonstration?of?a?radiation?resistant，high?efficiency?SiC?betavoltaic》”介紹了由美國新墨西哥州Qynergy?Corporation的C.J.Eiting，V.Krishnamoorthy，and?S.Rodgers，T.George和美國哥倫比亞密蘇里大學的J.David?Robertson?and?John?Brockman等人共同提出了基于碳化硅材料的PIN結式核電池；兩種結構的微型核電池工作原理類似，當放射源衰變時，放射出的部分β離子穿過PN結，通過電離作用促使在PN結附近的電子發生電離產生了空穴-電子對，載流子在內電場的作用下定向移動，這樣就可以從PN結或PIN結兩側的歐姆接觸電極引出建立電勢。

但是，對于目前微型核電池結構，無論是PN結式還是PIN結式，都存在漏電流。漏電流通常由幾部分組成：自身擴散電流，熱生電流，材料表面的電流，兩種材料之間的界面態電流等。少子擴散電流是由于加了偏壓之后，耗盡層內部已平衡的少子運動被打破，當多數載流子被電場拉開之后，耗盡層內部少數的載流子就會取代原有的空位，這種運動就導致了擴散電流的形成；由于濕度、各種污染或者其他可凝結氣體的存在以及器件周圍內建電勢場方向發生橫向畸變，會產生表面漏電；在兩種材料的界面之間，由于兩種不同元素之間共價鍵的斷裂、鍵位的懸空、雜質導致的面缺陷等造成的電子空穴對的產生與再復合，這就導致了界面態電流的產生；溫度的變化，載流子產生、復合速率不再維持動態平衡，在內建電場的驅動下，載流子流動到兩電極導致熱生電流的產生。

漏電流的存在嚴重影響微型核電池對低能放射源的靈敏度及器件轉換效率，因此需要從結構上加以控制。

發明內容

本發明的目的在于克服目前現有微型核電池存在漏電流而導致的靈敏度及能量轉換效率低的不足，提供一種漏電流較小，轉換效率更高的新型微型核電池結構，并提供一種易于加工制造的制備方法。

本發明的發明目的通過以下技術方案實現：