ю на 5 порядків вище, ніж у звичайних хімічних батарей і паливних осередків [27], що робить його перспективним для використання в якості джерела живлення для МЕМС.
.4.3 Перетворення енергії бета розпаду в електричну енергію з використанням механічних пристроїв
У Корнельському університеті розробили елемент живлення, який може працювати в протягом десятиліть [28]. Основна ідея полягає в тому, що бета-частинки, що випускаються тонкою плівкою радіоактивного матеріалу, поглинаються консоллю, яка набуває негативний заряд. Нікелева пластина набуває позитивний заряд. Таким чином, між консоллю і плівкою радіоізотопа виникає електростатична сила. Консоль притягається до радіоактивної плівці, на відстань, при якому може виникнути електричний струм, що врівноважує заряд. Оскільки заряд знімається, то консоль повертається у вихідне положення і процес повторюється. Механічна енергія може бути використана для отримання електрики.
Над тонким шаром радіоактивного ізотопу Ni63 1 мКи розташовується мікроскопічна консоль, виготовлена ??з міді шириною 4 мм, довжиною 5 см і товщиною 60 мкм. Схема пристрою показана на малюнку 15. Потужність такої батареї мала - всього кілька НВТ, проте термін служби елемента становить 100 років. Вчені вважають, що як мінімум протягом половини зазначеного терміну батарея зможе виробляти електрику.
Малюнок 15 - Схема мікромеханічного пристрої
У нових конструкціях консоль виготовлялася з кремнієвого п'єзоелектричного стрижня товщиною 40 мкм і довжиною від 4 мм до 8 мм.
Крім енергопостачання, крихітні консолі можуть використовуватися як окремі ізольовані сенсори. Зазвичай подібні прилади працюють у вакуумі. Однак можна розробити такі сенсорні датчики, які були б здатні виявляти наявність якогось конкретного газу, оскільки потрапляння газу в цей пристрій змінює потік електронів між консоллю і базою, що, у свою чергу, призводить до змін у амплітуді коливань. Можна також виявити перепади в температурі або тиску. Зараз учені створюють і тестують всілякі варіанти сенсорів і приладів для енергопостачання, засновані саме на цій концепції.
.5 Опис різних напівпровідникових матеріалів для бетавольтаіческіх перетворювачів
.5.1 Кремній
Промисловістю випускається велика кількість різних марок монокристалічного кремнію, який використовується для виготовлення напівпровідникових діодів, транзисторів і інтегральних мікросхем. Монокристалічний кремній займає в даний час провідне місце серед інших напівпровідникових матеріалів, так як він має низку переваг. Кремнієві прилади мають малі зворотні струми, працюють при підвищених температурах, допускають більш високі питомі навантаження, а також можуть працювати в області пробою р-n переходу.
Елементарний кремній у монокристаллической формі є непрямозонних напівпровідником і має грати типу алмаз. Ширина забороненої зони при кімнатній температурі становить 1,12 еВ.
На електрофізичні властивості кристалічного кремнію великий вплив мають містяться в ньому домішки. Для отримання кристалів кремнію з доречнийпровідністю в кремній вводять атоми елементів III-ї групи, таких, як бор, алюміній, галій, індій. Для отримання кристалів кремнію з електронною провідністю в кремній вводять атоми елементів V-ї групи, таких, як фосфор, миш'як, сурма.
Сучасний рівень технологій дозволяє виробляти крем'яні пластини діаметром 200 мм високої якості і з високим часом життя носіїв заряду порядку мс, атакож створювати на поверхні кремнію розвинену поверхню. Відпрацьовані технологічні процеси дозволяють досягати глибини залягання р-n переходів порядку 0,1-0,3 мкм та області просторового заряду 4-6 мкм, що повинно забезпечувати високу ефективність перетворення енергії.
.5.2 Карбід кремнію
Карбід кремнію, є твердим речовиною, що складається з атомів кремнію і вуглецю в рівній пропорції. Даний матеріал володіє одночасно керамічними і напівпровідниковими властивостями. Карбід кремнію є твердим, хімічно інертним, стійким до високої температури ( gt; 1000 ° C), окислення і дії навколишнього середовища речовиною. Володіє високою теплопровідністю, близької до металевої.
В основному, карбід кремнію використовується в якості напівпровідникового матеріалу в електроніці. Дійсно, електронні пристрої, виготовлені на основі карбіду кремнію, здатні працювати при більш високих температурах, потужності, частоті і в умовах більш агресивного навколишнього середовища, ніж виготовлені на основі інших напівпровідникових матеріалів (кремній, германій). Широке використання електронних приладів на основі карбіду кремнію в транспорті повинно внести істотний внесок у збереження навколишнього середовища, оскільки основною перевагою карбідокремнієвих електроніки перед кремнієвої є зменшення енергетичних втрат в електронних приладах при перемиканні. Ширина забороненої зони 4H-SiC становить 3.2 еВ, що має забезпечит...
