[發明專利]一種基于碳化硅PIN結型β輻射伏特效應核電池

在審

• 申請號: 201810585578.6
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN110428922A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 陸景彬;何瑞;劉玉敏;李瀟祎;許旭;鄭人洲
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G21H1/06
• 分類號: G21H1/06;G21H1/02;B81B7/04
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

1.一種基于碳化硅PIN結型β輻射伏特效應核電池，其特征在于包括純β放射源(1)，慢化體(2)，碳化硅PIN結器件內部依次層疊設置為正面環形歐姆接觸電極層(3)、二氧化硅鈍化層(4)、P型高摻雜碳化硅層(5)、碳化硅本征層(6)、碳化硅緩沖層(7)、N型高摻雜碳化硅層(8)、單晶硅襯底層(9)、背歐姆接觸電極層(10)，電池外殼(11)及其可拆卸部分(12)。

2.根據權利要求1所述一種基于碳化硅PIN結型β輻射伏特效應核電池中純β放射源(1)為薄片狀圓柱形固態放射源，選用的氚源(Ti³T_X)的厚度不大于2μm且優先于2μm，鎳-63源(⁶³Ni)的厚度不大于3μm且優選于3μm，钷-147源(¹⁴⁷Pm₂O₃)的厚度不大于43μm且優選于43μm，鍶-90源(⁹⁰Sr)的厚度不大于1cm且優選于1cm。

3.根據權利要求1所述一種基于碳化硅PIN結型β輻射伏特效應核電池中可拆卸慢化體(2)為圓柱形，其半徑等于純β放射源(1)的半徑，改變慢化體(2)的材料和厚度將純β放射源釋放的高能β粒子慢化獲得低于碳化硅PIN結器件的輻射損傷能量閾值并滿足微機電系統功率要求的低能β粒子，慢化體(2)主要應用于钷-147源(¹⁴⁷Pm₂O₃)和鍶-90源(⁹⁰Sr)對應的核電池中。

4.根據權利要求1所述一種基于碳化硅PIN結型β輻射伏特效應核電池中碳化硅PIN結器件中正面環形歐姆接觸電極層(3)為Ti/Ni/Au復合金屬層，厚度小于50nm且優選于30nm，Au金屬層蒸鍍在二氧化硅鈍化層(4)上表面，然后再在Au金屬層上依次蒸鍍Ni金屬層和Ti金屬層構成Ti/Ni/Au復合金屬層。

5.根據權利要求1所述一種基于碳化硅PIN結型β輻射伏特效應核電池中二氧化硅鈍化層(4)的厚度小于10nm且優選于2nm，P型高摻雜碳化硅層(5)的厚度小于0.1μm，摻雜原子濃度N_A>10¹⁸/cm³。

6.根據權利要求1所述一種基于碳化硅PIN結型β輻射伏特效應核電池中碳化硅本征層(6)在氚源(Ti³T_X)、鎳-63源(⁶³Ni)、钷-147源(¹⁴⁷Pm₂O₃)和鍶-90源(⁹⁰Sr)對應的核電池中的厚度分別在1.1～2.5μm且優選于1.1μm、8～23μm且優選于8μm、0.1～0.2mm且優選于0.1mm和0.2～0.4cm且優選于0.2cm。

7.根據權利要求1所述一種基于碳化硅PIN結型β輻射伏特效應核電池中碳化硅緩沖層(7)的厚度小于10nm，摻雜原子濃度N_A<10¹³/cm³，N型高摻雜碳化硅層(8)的厚度小于10nm，摻雜原子濃度N_A>10¹⁸/cm³。

8.根據權利要求1所述一種基于碳化硅PIN結型β輻射伏特效應核電池中單晶硅襯底層(9)為2～4英寸拋光單晶硅圓片，厚度小于200μm。

9.根據權利要求1所述一種基于碳化硅PIN結型β輻射伏特效應核電池中背歐姆接觸電極層(10)為圓柱形場板結構，其為Ti/Ni/Au復合金屬層，厚度小于50nm且優選于30nm，Au金屬層蒸鍍在單晶硅襯底層(9)的下表面，然后再在Au金屬層上依次蒸鍍Ni金屬層和Ti金屬層構成Ti/Ni/Au復合金屬層。

10.根據權利要求1所述一種基于碳化硅PIN結型β輻射伏特效應核電池中核電池外殼(11)及其可拆卸部分(12)是由密度小的高分子聚乙烯塑料構成，厚度大于1.5cm。