核辐射粒子电力转换器制造技术

公开了核辐射粒子电力转换器和形成这样的电力转换器(10)的方法的不同实施例。在一个或多个实施例中，所述电力转换器可以包括：第一和第二电极；三维集电器，所述三维集电器被布置在所述第一电极(12)与第二电极(20)之间并且被电联接至所述第一电极；以及电荷载体分离器(40)，所述电荷载体分离器被布置在所述三维集电器(30)的表面的至少一部分上。所述电力转换器还可以包括：空穴导体层(50)，所述空穴导体层被布置在所述电荷载体分离器的至少一部分上并且被电联接至所述第二电极；以及核辐射发射材料(60)，所述核辐射发射材料被布置成使得由所述核辐射发射材料发射的至少一个核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求于2014年3月31日提交的美国临时申请号61/972,551的权益，将所述临时申请通过引用以其全文结合在此。
技术介绍
辐射粒子电力转换器可以将来自发射高能电子(例如，β粒子)的放射源的能量转换成电能。所述电力转换器可以通过收集由入射在所述电力转换器的半导体材料上的高能电子形成的电子-空穴对将这些高能电子的能量转化成电能，即电流。一种这样的电力转换器包括辐射发射放射性同位素和多个半导体衬底。所述多个半导体衬底各自包括用于将多个核辐射粒子转换成电能的结，例如p-n结。所述结收集在所述半导体材料内由于与这些核辐射粒子相互作用而产生的多个电子-空穴对。确切地讲，当有足够能量的辐射粒子撞击所述半导体材料时，半导体材料中的电子被激发形成所述半导体材料的导带，由此产生电子-空穴对。由于在耗尽区产生的电场，通常防止形成在p-n结的n侧上的电子横穿所述p-n结，而相应的空穴通过所述电场扫掠过所述p-n结。形成在p-n结的p侧上的电子通过所述电场扫掠过所述结，而通过所述电场防止相应的空穴横穿所述结。当所述半导体材料被连接至负载时，形成在所述结的n侧的电子从p侧扫掠过所述结或者经由阳极进一步扫掠过与所述电力转换器相连接的电路。流动通过所述电路的电子随后经由阴极流动到所述p侧中，其中这些电子可以与形成为初始电子-空穴对的一部分的空穴再结合。概述总体上，本公开提供了核辐射粒子电力转换器的若干实施例。在一个方面，本公开提供了电力转换器的一个实施例，所述电力转换器包括：第一和第二电极；三维集电器，所述三维集电器被布置在所述第一电极与第二电极之间并且被电联接至所述第一电极；以及电荷载体分离器，所述电荷载体分离器被布置在所述三维集电器的表面的至少一部分上。所述电力转换器进一步包括：空穴导体层，所述空穴导体层被布置在所述电荷载体分离器的至少一部分上并且被电联接至所述第二电极；以及核辐射发射材料，所述核辐射发射材料被布置成使得由所述核辐射发射材料发射的至少一个核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。在另一方面，本公开提供了方法的一个实施例，所述方法包括：在第一与第二电极之间形成三维集电器，其中所述三维集电器被电联接至所述第一电极；在所述三维集电器的表面的至少一部分上形成电荷载体分离器；以及在所述电荷载体分离器的至少一部分上形成空穴导体层，其中所述空穴导体层被电联接至所述第二电极。所述方法进一步包括形成邻近所述电荷载体分离器的核辐射发射材料，使得由所述核辐射发射材料发射的至少一个核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。根据以下详细说明，本公开的这些和其他方面将变得明显。然而，以上概述决不应当被解释为是对所要求保护的主题的限制，所述主题仅由所附权利要求书限定，并且可以在审查过程中进行修改。附图说明贯穿本说明书，参考附图，其中类似参考数字表示类似元件，并且其中：图1A是电力转换器的一个实施例的示意性截面视图。图1B是图1A的电力转换器的一部分的示意性截面视图。图2是电力转换器的另一实施例的一部分的示意性截面视图。图3是电力转换器的另一实施例的一部分的示意性截面视图。图4是电力转换器的另一实施例的一部分的示意性截面视图。图5是电力转换器的另一实施例的一部分的示意性截面视图。图6是电力转换器的另一实施例的一部分的示意性截面视图。图7是包括电力转换器的可植入医疗装置的一个实施例的示意性截面视图。详细说明总体上，本公开提供了核辐射粒子电力转换器的若干实施例。在一个或多个实施例中，所述电力转换器可以包括发射多个核辐射粒子的核辐射发射材料，通过所述电力转换器可以将这些核辐射粒子的能量转换成电能(即，电流)。这种核辐射发射材料可以例如通过α衰变发射多个α粒子(包括两个质子和两个中子的核粒子，例如，氦原子的原子核)或通过β衰变发射多个β粒子(高能电子)。虽然本公开中所描述的电力转换器可以被配置成将任何适合的核辐射粒子转换成电能，但本公开将集中在用于将来自β粒子的能量转换成电能的电力转换器，通常称作“β伏打电力转换器”。来自这些β粒子的能量可以通过所述电力转换器使用电荷载体分离器(例如，多个量子点)来转换，在一个或多个实施例中，所述电荷载体分离器有助于分离由从通过β粒子发射而衰变的核辐射发射材料生成的高能电子所产生的电子-空穴对。在一个或多个实施例中，所述电力转换器可以包括电荷载体分离器，所述电荷载体分离器被布置在三维集电器的表面的至少一部分上，所述三维集电器被布置在第一与第二电极之间。空穴导体层可以被布置在所述电荷载体分离器的至少一部分上。而且在一个或多个实施例中，核辐射发射材料可以被布置成使得由所述核辐射发射材料发射的至少一个核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。例如，图1A-B是电力转换器10的一个实施例的示意性截面视图，其中图1B是图1A的电力转换器10的一部分的放大视图。电力转换器10包括第一电极12和第二电极20。三维集电器30被布置在第一与第二电极12、20之间，并且在一个或多个实施例中被电联接至所述第一电极。电力转换器10还可以包括电荷载体分离器40(图1B)，在一个或多个实施例中所述电荷载体分离器被布置在三维集电器30的表面32的至少一部分上。例如，空穴导体层50可以被布置在电荷载体分离器40的至少一部分上。在一个或多个实施例中，空穴导体层50被电联接至第二电极20。电力转换器10还可以包括核辐射发射材料60(图1B)。在一个或多个实施例中，核辐射发射材料60可以被布置在相对于电荷载体分离器40的任何适合位置，使得由所述核辐射发射材料发射的至少一个核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。例如，在一个或多个实施例中，核辐射材料60可以被布置在三维集电器30、电荷载体分离器40以及空穴导体层50中的至少一者内。如本文中进一步描述的，在一个或多个实施例中，核辐射材料60可以被形成为使得对电极70被定位在所述核辐射材料与空穴导体层50之间。第一和第二电极12、20可以采取任何适合的一种或多种形状，并且包括任何适合的材料，例如，金属、导电聚合物、其他适合的导电体或其组合。在一个或多个实施例中，用于第一电极12和三维集电器30的材料可以被选择成使得这些材料的功函数防止形成肖特基(schottky)势垒半导体/导体界面。在一个或多个实施例中，第一电极12和三维集电器30的材料可以被选择和配置成使得它们形成肖特基势垒或欧姆接触。在一个或多个实施例中，用于第二电极20和空穴导体层50和/或对电极70的材料可以被选择成使得这些材料的功函数防止形成肖特基势垒半导体/导体界面。在一个或多个实施例中，用于第二电极20和空穴导体层50和/或对电极70的材料可以被选择和配置成使得它们形成肖特基势垒或可替代地形成欧姆接触。在一个或多个实施例中，第一和第二电极12、20可以使用任何适合的技术将电力转换器10电联接至其他装置。进一步地，取决于其中使用电力转换器10的应用，第一或第二电极12、20中任何一个可以是正的或负的。三维集电器30被布置在第一与第二电极12、20之间。如本文中所使用的，三维集电器是结构或装置，所述结构或装置包括一个或多个表面(给所述集电极提供三个维度的广延)并且被配置成接收所述集电器的一个或多个表面上的电流或者将所述电流传输通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力转换器，包括：第一电极和第二电极；三维集电器，所述三维集电器被布置在所述第一电极与第二电极之间并且被电联接至所述第一电极；电荷载体分离器，所述电荷载体分离器被布置在所述三维集电器的表面的至少一部分上；空穴导体层，所述空穴导体层被布置在所述电荷载体分离器的至少一部分上并且被电联接至所述第二电极；以及核辐射发射材料，所述核辐射发射材料被布置成使得由所述核辐射发射材料发射的至少一个核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.31 US 61/972,5511.一种电力转换器，包括：第一电极和第二电极；三维集电器，所述三维集电器被布置在所述第一电极与第二电极之间并且被电联接至所述第一电极；电荷载体分离器，所述电荷载体分离器被布置在所述三维集电器的表面的至少一部分上；空穴导体层，所述空穴导体层被布置在所述电荷载体分离器的至少一部分上并且被电联接至所述第二电极；以及核辐射发射材料，所述核辐射发射材料被布置成使得由所述核辐射发射材料发射的至少一个核辐射粒子入射到所述电荷载体分离器上。2.如权利要求1所述的电力转换器，进一步包括对电极，所述对电极被布置在所述空穴导体层与所述第二电极之间并且电联接所述空穴导体层和所述第二电极。3.如权利要求2所述的电力转换器，其中，用导电粘合剂将所述对电极电联接至所述第二电极。4.如权利要求2至3中任一项所述的电力转换器，其中，所述核辐射发射材料的至少一部分被布置在所述空穴导体层与所述对电极之间。5.如权利要求2至4中任一项所述的电力转换器，其中，所述核辐射发射材料的至少一部分被布置成使得所述对电极在所述核辐射发射材料与所述电荷载体分离器之间。6.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·芬纳，D·A·鲁本，A·J·马林，P·F·格里什，B·C·弗莱施豪尔，L·E·泰勒，
申请(专利权)人：美敦力公司，
类型：发明
国别省市：美国;US