Si基63Ni辐射伏特效应同位素电池的优化设计与分析

摘要：

目前国内外研究的各类微能源中,β辐射伏特效应同位素电池因能量密度高、寿命长、输出性能稳定等优点在许多领域具有广泛的应用前景.本文从辐射伏特效应的基本原理出发,通过蒙特卡罗程序MCNP模拟计算β粒子在半导体材料中的输运过程,得出了辐生电流、开路电压等性能参数的计算公式,探讨了少子扩散长度、掺杂浓度、结深等对性能的影响,并提出了采用硅基63Ni源的同位素电池的最佳设计参数:63Ni源质量厚度为1 mg/cm2,单晶硅半导体P区掺杂浓度为1×1019cm3,N区掺杂浓度为3.16×1016cm-3,结面积为1 cm2,结深为0.3 μm,总厚度不超过160 μm.得到的短路电流,开路电压、最大输出功率及转化率分别为:573.3 nA,0.253V,99.85 nW,4.94％.为低功率场所,如微型机电系统、心脏起搏器等所需的微能源提供参数依据.

关键词：辐射伏特效应、半导体材料、同位素电池

所属期刊栏目：42

分类号：TG(金属学与金属工艺)

资助基金：中国博士后科学基金20100481140;南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目Y1065-063

在线出版日期：2012-12-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：655-661