MEMS同位素微電池能量轉(zhuǎn)換建模及性能分析.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們希望將各種微器件與能源部件集成在一起，形成一個(gè)具有獨(dú)立工作能力、能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作的微系統(tǒng)，這就需要研究與MEMS工藝兼容、易于集成、工作穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)的微能源。基于β輻生伏特效應(yīng)的同位素微電池不需要外界為其提供燃料、能獨(dú)立工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)，采用MEMS工藝、易于集成，可以滿足MEMS對(duì)微能源的要求。MEMS同位素微電池不僅擴(kuò)展了其在MEMS領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用，同時(shí)也促進(jìn)了其在便攜式能源

2、領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此，基于β輻生伏特效應(yīng)的同位素微電池具有重要的研究意義。 本文針對(duì)MEMS同位素微電池的能量轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論建模和理論分析，并對(duì)它的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能分析、版圖設(shè)計(jì)及加工工藝等一系列關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括： 1．建立了基于β輻生伏特效應(yīng)的同位素微電池能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的理論模型及微電池的等效電路，推導(dǎo)出輻生電流、輻生電壓、最大輸出功率及能量轉(zhuǎn)換效率的理論公式，分析得出影響微電池能量輸出的

3、主要參數(shù)：摻雜濃度、耗盡區(qū)寬度和結(jié)深。 2．研究了摻雜濃度、耗盡區(qū)寬度和結(jié)深對(duì)微電池能量輸出性能的影響，并通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)確定同位素微電池設(shè)計(jì)的一些主要性能參數(shù)。 3．研究了MEMS同位素微電池的輸出特性、輻照特性、溫度特性等電學(xué)特性，確定同位素微電池設(shè)計(jì)的一些主要性能參數(shù)。 4．采用MEMS微加工工藝對(duì)幾種不同的微電池單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行了版圖和工藝設(shè)計(jì)，并在西北工業(yè)大學(xué)微/納米系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室成功的制作了MEMS同位素微電池樣