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中国核科学技术进展报告第二卷
核能动力分卷上 年 月
辐射宽带隙半导体材料的电离特性研究
左国平 周剑良 柯国土 颜拥军 欧 频 郭鹏伟
南华大学核科学技术学院湖南 衡阳 中国原子能科学研究院北京
摘要基于蒙特卡罗方法软件 模拟了 等几种典型宽带隙半导体材料在 放射源辐照下的辐射电
离特性包括辐射电离能量沉积自由电子空间分布及自由电子谱分布等研究表明半导体材料中的自由电子数密度
随穿透深度成指数衰减且电子射程与材料密度成反比材料表面自由电子数密度一般在 左右并随迁
移距离的增加而迅速衰减低能电子更容易发生电离作用 材料所产生的表面自由电子数密度大能量转换效率
高适合应用于辐射同位素电池论文研究结果对于高能量转换效率的辐射同位素电池几何模型设计提供了有益的
参考
关键词 宽带隙半导体辐射电离电子数密度
辐射伏特同位素电池是利用带有一定能量的粒子束照射到半导体材料上通过电离效应产生电
子空穴对同时在 结的内建电场作用下实现对电子空穴对的分离产生电流输出伏特效应放
射性同位素电池具有效率高体积小寿命长稳定性好等特点 由于半导体材料和工艺水平的迅速
发展半导体对热光射线的能量转换效率日益提高使得伏特效应放射性同位素电池成为放射性同
位素电池研究领域的一个热点
但辐射伏特同位素电池一直存在能量转换效率不高和由辐射损伤造成电源使用寿命缩短性能
退化等方面的问题近来的一些实验研究表明采用宽带隙的半导体材料可以改善半导体的耐辐射特
性提高电池的能量转换效率 但是随着半导体带隙的增加在耐辐射能力增强的同时其电导
性能会变差所以能量转换效率并不会随着带隙的增加而一直增大选择合适的宽带隙半导体材料
成为改善辐射伏特同位素电池性能的关键
以 和 为代表的第 代半导体材料具有宽禁带高击穿场强高饱和电子漂移速率以及
抗辐射能力强等优点特别适合应用于高频高功率抗辐射的功率器件并且可以在高温恶劣环境下
工作尤其是在强辐射场方面颇具优势已经受到学术界和工业界的关注和青睐是当今半导体界的
国际焦点
本文基于蒙特卡罗方法软件 模拟 等几种典型宽带隙半导体材料在
粒子辐射下的电子产生行为为放射性同位素核电池的选材及模型设计提供参考
模型
半导体材料在 源的辐照下会发生电离行为考虑到 粒子在半导体材料中的射程较短
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