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微型核电池由于具有能量密度大、寿命长、受环境影响小、与MEMS工艺兼容等优点,成为了为MEMS和微/纳器件供电的重要选项。Si基微型核电池由于受到Si材料禁带宽度的限制,输出电压和转换效率仍较低。GaN是一种宽禁带半导体材料,基于GaN的微型核电池有更大的开路电压和更高的转换效率。本文对采用Pm-147作为放射源的GaN微型核电池进行了研究。 首先,对基于Pm-147的GaN微型核电池进行了理论分析。通过求解少数载流子连续性方程得到了辐生电流密度的计算公式,并推导出了与实验值相符合的GaN少子迁移率、少子寿命和少子扩散长度公式。在这些计算的基础上,对GaN微型核电池的性能进行数值模拟。分析了禁带宽度、掺杂浓度、结深、表面复合速率和耗尽区宽度对GaN微型核电池输出性能的影响,得到了使电池性能最佳的参数值,为后续的实验制造提供了重要参考。 在此基础上,进行了GaN微型核电池的制造与测试。先使用MOCVD生长了GaN晶体薄膜,使用XRD、AFM、PL、霍尔效应等方法对其进行表征和测试。然后使用MEMS工艺制造了GaN微型核电池,并在暗环境和紫外环境下对其进行了测试。结果显示,电池的性能优良。 最后,进行了以多孔氧化铝作为ICP刻蚀掩膜制备多孔GaN的实验。先在GaN表面蒸发一层铝膜,并使用两步氧化法得到多孔氧化铝。然后用该氧化铝作为刻蚀掩膜,使用ICP刻蚀制备了形貌良好的多孔GaN。多孔GaN的纳米级孔可以产生能带展宽效应,并且能减小对β粒子的反射率,以其作为基底将可以改善GaN微型核电池的输出性能。