[发明专利]一种基于碳化硅PIN结型β辐射伏特效应核电池

权利要求书

1.一种基于碳化硅PIN结型β辐射伏特效应核电池，其特征在于包括纯β放射源(1)，慢化体(2)，碳化硅PIN结器件内部依次层叠设置为正面环形欧姆接触电极层(3)、二氧化硅钝化层(4)、P型高掺杂碳化硅层(5)、碳化硅本征层(6)、碳化硅缓冲层(7)、N型高掺杂碳化硅层(8)、单晶硅衬底层(9)、背欧姆接触电极层(10)，电池外壳(11)及其可拆卸部分(12)。

2.根据权利要求1所述一种基于碳化硅PIN结型β辐射伏特效应核电池中纯β放射源(1)为薄片状圆柱形固态放射源，选用的氚源(Ti³T_X)的厚度不大于2μm且优先于2μm，镍-63源(⁶³Ni)的厚度不大于3μm且优选于3μm，钷-147源(¹⁴⁷Pm₂O₃)的厚度不大于43μm且优选于43μm，锶-90源(⁹⁰Sr)的厚度不大于1cm且优选于1cm。

3.根据权利要求1所述一种基于碳化硅PIN结型β辐射伏特效应核电池中可拆卸慢化体(2)为圆柱形，其半径等于纯β放射源(1)的半径，改变慢化体(2)的材料和厚度将纯β放射源释放的高能β粒子慢化获得低于碳化硅PIN结器件的辐射损伤能量阈值并满足微机电系统功率要求的低能β粒子，慢化体(2)主要应用于钷-147源(¹⁴⁷Pm₂O₃)和锶-90源(⁹⁰Sr)对应的核电池中。

4.根据权利要求1所述一种基于碳化硅PIN结型β辐射伏特效应核电池中碳化硅PIN结器件中正面环形欧姆接触电极层(3)为Ti/Ni/Au复合金属层，厚度小于50nm且优选于30nm，Au金属层蒸镀在二氧化硅钝化层(4)上表面，然后再在Au金属层上依次蒸镀Ni金属层和Ti金属层构成Ti/Ni/Au复合金属层。

5.根据权利要求1所述一种基于碳化硅PIN结型β辐射伏特效应核电池中二氧化硅钝化层(4)的厚度小于10nm且优选于2nm，P型高掺杂碳化硅层(5)的厚度小于0.1μm，掺杂原子浓度N_A>10¹⁸/cm³。

6.根据权利要求1所述一种基于碳化硅PIN结型β辐射伏特效应核电池中碳化硅本征层(6)在氚源(Ti³T_X)、镍-63源(⁶³Ni)、钷-147源(¹⁴⁷Pm₂O₃)和锶-90源(⁹⁰Sr)对应的核电池中的厚度分别在1.1～2.5μm且优选于1.1μm、8～23μm且优选于8μm、0.1～0.2mm且优选于0.1mm和0.2～0.4cm且优选于0.2cm。

7.根据权利要求1所述一种基于碳化硅PIN结型β辐射伏特效应核电池中碳化硅缓冲层(7)的厚度小于10nm，掺杂原子浓度N_A<10¹³/cm³，N型高掺杂碳化硅层(8)的厚度小于10nm，掺杂原子浓度N_A>10¹⁸/cm³。

8.根据权利要求1所述一种基于碳化硅PIN结型β辐射伏特效应核电池中单晶硅衬底层(9)为2～4英寸抛光单晶硅圆片，厚度小于200μm。

9.根据权利要求1所述一种基于碳化硅PIN结型β辐射伏特效应核电池中背欧姆接触电极层(10)为圆柱形场板结构，其为Ti/Ni/Au复合金属层，厚度小于50nm且优选于30nm，Au金属层蒸镀在单晶硅衬底层(9)的下表面，然后再在Au金属层上依次蒸镀Ni金属层和Ti金属层构成Ti/Ni/Au复合金属层。

10.根据权利要求1所述一种基于碳化硅PIN结型β辐射伏特效应核电池中核电池外壳(11)及其可拆卸部分(12)是由密度小的高分子聚乙烯塑料构成，厚度大于1.5cm。