优化和实验性演示网格图案的4H-SiCβ电压电池,以提高功率密度

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 半导体物理 半导体物理
• 核工程 核工程是指核工程.

背景情况:

• 贝塔伏特电池 (BV) 为苛刻的环境提供长期的电源解决方案.
• 当前的BV细胞的效率限制源于在耗尽区域内不完全采集载体.
• 像4H碳化 (4H-SiC) 这样的宽带间隙半导体对于强大的BV设备开发至关重要.

研究的目的:

• 提出和评估一种新的网状图形的4H-SiCββ电压细胞结构.
• 为了优化细胞几何,提高载体收集和能量转换效率.
• 为了比较网格图案细胞与传统平面设计的性能.

主要方法:

• 利用三维技术计算机辅助设计 (3D TCAD) 进行性能评估.
• 采用CASINO模拟来生成β粒子 (Ni-63) 生成配置文件.
• 在Silvaco ATLAS中集成生成配置文件,用于详细的设备模拟.
• 制造设备并进行实验测量以验证模拟结果.

主要成果:

• 一个优化的网格几何学实现了17 keV的最大输出功率密度约为2.60 μW/cm2.
• 模拟的最大输出功率密度提高了32.5%,2.49%和0.35%,分别在5,17和25 keV时观察到.
• 在最大输出功率密度的测量增强分别达到65.1%,4.57%和4.32%,分别为5,17和25 keV.

结论:

• 拟议的p层网格图案是一种高度有效的结构修改,可以提高4H-SiCβ电压电池的效率.
• 这种设计解决了传统BV细胞架构固有的载体收集限制.
• 网状图案的电池显示了下一代高效β电压电源的巨大潜力.