微型核電池的理論與實驗研究.pdf

1、微型核電池由于具有能量密度大、壽命長、受環(huán)境影響小、與MEMS工藝兼容等優(yōu)點，成為了為MEMS和微/納器件供電的重要能源。Si基微型核電池由于受到Si材料禁帶寬度的限制，輸出電壓和轉(zhuǎn)換效率仍較低。GaN是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，基于GaN的微型核電池有更大的開路電壓和更高的轉(zhuǎn)換效率。本文對采用Ni-63為放射源的微型核電池進(jìn)行了理論和實驗研究。
　　首先，使用MonteCarlo方法，對β放射源輻射出的電子入射到半導(dǎo)體材料進(jìn)行理論分

2、析。以Curgenven和Duncumb等人的研究成果為基礎(chǔ)，結(jié)合盧瑟福散射模型，可以準(zhǔn)確計算出入射電子在半導(dǎo)體材料中的運動軌跡。在這些計算的基礎(chǔ)上，軟件仿真出電子運動路徑，由此可以確定電子的入射深度和能量分布，從而可以確定核電池PN結(jié)的結(jié)深。優(yōu)化了微型核電池的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以提高核電池的能量轉(zhuǎn)換效率，為后續(xù)的實驗制造提供了重要參考。
　　在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了GaN微型核電池的制造與測試。先使用MOCVD生長了兩種GaN晶體薄膜，結(jié)深

3、分別為1000nm和450nm。并用XRD和AFM方法對其進(jìn)行表征。然后使用MEMS工藝制造了GaN微型核電池，并在暗環(huán)境和放射源輻射環(huán)境下對其進(jìn)行了測試。結(jié)果顯示，電池的性能優(yōu)良。
　　最后，進(jìn)行了以TiN材料為基礎(chǔ)的歐姆接觸電極的研究。使用反應(yīng)濺射法制備TiN材料，并對TiN材料進(jìn)行XRD和SEM表征，進(jìn)一步對其進(jìn)行抗腐蝕和薄層電阻測試，確定其具有良好的性能。然后分別在Si襯底上制備Ti/TiN/Ti/Au和Ti/TiN/Pt