MEMS核電池的能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備工藝研究.pdf

1、在電子產(chǎn)品飛速發(fā)展的今天，微能源須滿足體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)的要求。新型MEMS同位素電池(Radioisotope Micro Battery，RMB)不僅能量密度有大幅度提高，而且工作原理也區(qū)別于傳統(tǒng)核電池。 本文首先介紹了同位素電池的基本結(jié)構(gòu)(包括pn結(jié)、電極區(qū)、電鍍區(qū)、放射性同位素幾個(gè)部分)及輻生伏特的原理。 針對(duì)傳統(tǒng)同位素電池的倒三角直槽型或倒金字塔型能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)表面積較小和工作狀態(tài)不穩(wěn)定的缺陷，提出了一種垂

2、直側(cè)壁方孑L陣列型的新型能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，并引入電鍍這一新型的接觸方式。它將現(xiàn)有的能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的比表面積增大171﹪，同時(shí)改善了同類傳統(tǒng)微電池的工作穩(wěn)定性。在建立了同位素微電池的電流計(jì)算公式的基礎(chǔ)上對(duì)電池性能仿真得到了能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的最佳摻雜濃度N<,A>=10<'17>/cm<'3>，N<,D>=10<'17>/cm<'3>，最佳結(jié)深為3μm。 其次，對(duì)同位素電池的主要制備工藝進(jìn)行了研究。采用剝離工藝來(lái)完成電極以及用于電鍍放射源薄膜

3、的金屬區(qū)。工藝中選用BP212正性光刻膠，采用了適當(dāng)?shù)耐磕z光刻以及顯影方法，得到了良好的掩模剖面形貌，使得用氯苯對(duì)光刻膠改形的步驟被省去，實(shí)驗(yàn)剝離得到400nm厚的金屬層。 實(shí)驗(yàn)證明，能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的pn結(jié)特性以及放射源集成方法與劑量是對(duì)同位素電池影響最大的因素。其結(jié)果是，活度為9.6mCi的放射源通過(guò)涂敷法集成在有效面積為16×8mm<'2>的能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)表面，測(cè)得短路電流(I<,SC>)為-1.3×10<'-6>A，開(kāi)路電壓(