本發(fā)明涉及核電池制備，特別是一種異質(zhì)結(jié)核電池及制備方法、輔助鑷夾。

背景技術(shù)：

1、核電池是一種利用核反應(yīng)產(chǎn)生能量的裝置，核電池利用放射性同位素的衰變過(guò)程中釋放出的能量來(lái)產(chǎn)生電力，這種能源轉(zhuǎn)換方式可以長(zhǎng)時(shí)間提供電能，因?yàn)楹瞬牧纤プ兊乃俾史浅＞徛?，核電池通常用于需要長(zhǎng)期不間斷供電的特定應(yīng)用的微機(jī)電系統(tǒng)，如航天器、深海設(shè)備、心臟起搏器等。

2、在β輻射伏特效應(yīng)核電池中，常用的放射源主要有3t、147pm、90sr/90y等，3t源因其放射出的β粒子比較溫和，不會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件造成明顯的位移損傷，密度低質(zhì)量輕而受到廣泛關(guān)注，90sr放射源的功率密度較高，然而90sr進(jìn)行β衰變釋放出的粒子平均動(dòng)能過(guò)大，導(dǎo)致半導(dǎo)體產(chǎn)生位移損傷，此外，這種β粒子所需較厚的屏蔽材料，不利于應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)。

3、3t是長(zhǎng)半衰期低能β放射性核素，由于氣態(tài)無(wú)法用于核電池，所以將其制備為ti3t2(氚化鈦)，由于3t源的自吸收效應(yīng)，導(dǎo)致核電池的能量轉(zhuǎn)換效率低，考慮放射源的自吸收效應(yīng)，確定其厚度為0.7微米。

4、鋁鎵砷(alxga1-xas)屬于第二代半導(dǎo)體材料，其晶格參數(shù)與砷化鎵相近，相比于砷化鎵，鋁鎵砷擁有更大的禁帶寬度，介于1.4ev到2.2ev之間，目前，其多用于制造光電器件和激光二極管，鋁鎵砷擁有砷化鎵的優(yōu)點(diǎn)，例如，高熔點(diǎn)，穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，較大的禁帶寬度，較高的電子遷移率，較低的本征載流子濃度，這些優(yōu)點(diǎn)可以確保砷化鎵用于制造穩(wěn)定且耐用，擁有較低反向飽和電流密度和較高開(kāi)路電壓的核電池，此外，gaas材料的生產(chǎn)技術(shù)成熟，抗輻照能力強(qiáng)，相比于砷化鎵，鋁鎵砷擁有額外的優(yōu)點(diǎn)：由于鋁和鎵元素的不同比例，鋁鎵砷可以調(diào)節(jié)禁帶寬度、電子親和勢(shì)、相對(duì)介電常數(shù)、價(jià)帶態(tài)密度和導(dǎo)帶態(tài)密度等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控，通過(guò)調(diào)節(jié)鋁占比(即alxga1-xas中，x的值，介于0～1之間，鋁的摩爾分?jǐn)?shù))，可以使不同層之間形成異質(zhì)結(jié)，形成pin結(jié)構(gòu)，利于載流子的輸運(yùn)。

5、雖然目前鋁鎵砷并未作為核電池的換能材料，主要用于光電子和光通訊領(lǐng)域，然而，由于其優(yōu)秀的性能，鋁鎵砷可以用于制備新型的核電池?fù)Q能器件，從而提高核電池能量沉積率和電子－空穴對(duì)產(chǎn)生速度，最終提高核電池的輸出功率密度，使其擁有更優(yōu)秀的電學(xué)性能，采用分子束外延法(mbe)制備鋁鎵砷材料。

6、其中核電池在制作的過(guò)程中，需要對(duì)襯底進(jìn)行酸洗，而酸洗過(guò)程中一般使用鑷夾夾取襯底，因?yàn)楹穗姵氐囊r底較為脆弱，工作人員在使用鑷夾夾取的時(shí)候難以控制夾緊的力度，從而導(dǎo)致襯底容易出現(xiàn)破碎或者酸洗過(guò)程中脫落的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本技術(shù)的說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、鑒于上述或現(xiàn)有技術(shù)中核電池存在自吸收效應(yīng)導(dǎo)致浪費(fèi)放射源、輻射損傷過(guò)大、電學(xué)性能不足等問(wèn)題，以及核電池制備時(shí)襯底酸洗過(guò)程中襯底容易破碎或者掉落的情況，提出了本發(fā)明。

3、因此，本發(fā)明的目的是提供一種異質(zhì)結(jié)核電池。

4、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種異質(zhì)結(jié)核電池，包括異質(zhì)結(jié)，其包括p型鋁鎵砷層、i型鋁鎵砷層和n型鋁鎵砷層，所述i型鋁鎵砷層設(shè)置于p型鋁鎵砷層和n型鋁鎵砷層中間，所述p型鋁鎵砷層遠(yuǎn)離i型鋁鎵砷層的一側(cè)設(shè)置有正極石墨烯電極，且所述正極石墨烯電極遠(yuǎn)離p型鋁鎵砷層的一側(cè)設(shè)置有ti3t2放射源，所述n型鋁鎵砷層遠(yuǎn)離i型鋁鎵砷層的一側(cè)設(shè)置有砷化鎵襯底，且所述砷化鎵襯底遠(yuǎn)離i型鋁鎵砷層的一側(cè)設(shè)置有負(fù)極石墨烯電極。

5、作為本發(fā)明異質(zhì)結(jié)核電池的一種優(yōu)選方案，其中：所述正極石墨烯電極和負(fù)極石墨烯電極之間電性連接，且所述正極石墨烯電極和負(fù)極石墨烯電極之間設(shè)置有負(fù)載電阻。

6、作為本發(fā)明異質(zhì)結(jié)核電池的一種優(yōu)選方案，其中：所述p型鋁鎵砷層的摻雜濃度為3.1×1018cm-3，鋁占比為0.94，厚度為0.17μm，所述i型鋁鎵砷層摻雜濃度為9.1×1015cm-3，鋁占比為0.74，厚度為1.80μm，所述n型鋁鎵砷層摻雜濃度為3.1×1018cm-3，鋁占比為0.5，厚度為0.10μm。

7、本發(fā)明還提供如下技術(shù)方案：一種異質(zhì)結(jié)核電池制備方法，應(yīng)用于制備異質(zhì)結(jié)核電池，包括，真空處理：準(zhǔn)備襯底，選擇砷化鎵襯底，使用輔助鑷夾夾持進(jìn)行酸洗，確保砷化鎵襯底表面的清潔和平整，將砷化鎵襯底放入mbe系統(tǒng)中，在真空條件為10-7torr，時(shí)間為48小時(shí)條件下進(jìn)行退火處理，以去除表面的雜質(zhì)和氧化物；

8、加熱源裝載：加載金屬鋁、鎵和砷化物源到mbe系統(tǒng)的加熱腔體中；

9、真空抽氣：開(kāi)啟真空泵，將系統(tǒng)抽至高真空狀態(tài)，確保系統(tǒng)內(nèi)的壓力在10-8～10-9torr，以保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境穩(wěn)定；

10、對(duì)加熱源進(jìn)行預(yù)熱：溫度為500℃，時(shí)間1小時(shí)，使源材料逐漸轉(zhuǎn)化為蒸汽態(tài)；

11、生長(zhǎng)：在砷化鎵襯底表面附近的開(kāi)放式孔口開(kāi)啟或控制分子束，使鋁、鎵和砷原子沉積在砷化鎵襯底上，形成鋁鎵砷薄膜；

12、冷卻：在生長(zhǎng)完畢后，逐漸降低源的溫度，停止分子束，使系統(tǒng)冷卻到室溫；

13、制備石墨烯電極：將1mg/ml的石墨烯水溶液，抽濾，真空干燥，得到石墨烯薄膜；隨后把石墨烯薄膜剪切成薄片，并用膠帶封裝成石墨烯電極片；

14、組裝：將ti3t2放射源、異質(zhì)結(jié)、砷化鎵襯底、石墨烯電極和導(dǎo)線組裝。

15、本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)核電池的有益效果：本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)鋁鎵砷中的鋁占比，形成pin結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)，作為核電池的換能器，解決了目前核電池存在自吸收效應(yīng)導(dǎo)致浪費(fèi)放射源、輻射損傷過(guò)大、電學(xué)性能不足的問(wèn)題，并且在保持輸出功率密度等電學(xué)性能較高的前提下，減小了核電池的體積、厚度、質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高效率和輕型化的目標(biāo)，使其更適用于微機(jī)電系統(tǒng)。

16、本發(fā)明還提供如下技術(shù)方案：一種輔助鑷夾，應(yīng)用于異質(zhì)結(jié)核電池制備方法，包括夾緊機(jī)構(gòu)，其包括手持桿，還包括設(shè)置于所述手持桿上的固定鑷夾，以及轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于所述固定鑷夾上的活動(dòng)鑷夾，所述活動(dòng)鑷夾上設(shè)置有按壓板，所述活動(dòng)鑷夾上開(kāi)設(shè)有條形槽，且所述固定鑷夾上開(kāi)設(shè)有第一過(guò)孔，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其包括設(shè)置于所述固定鑷夾和活動(dòng)鑷夾上的調(diào)節(jié)組件，以及套接于所述調(diào)節(jié)組件上的彈簧，所述調(diào)節(jié)組件包括設(shè)置于所述固定鑷夾上的調(diào)節(jié)件，以及活動(dòng)安裝于所述條形槽內(nèi)且與所述調(diào)節(jié)件連接的拉緊件。

17、作為本發(fā)明輔助鑷夾的一種優(yōu)選方案，其中：所述調(diào)節(jié)件包括活動(dòng)安裝于所述第一過(guò)孔中的調(diào)節(jié)桿，還包括設(shè)置于所述調(diào)節(jié)桿一端的擋塊，以及開(kāi)設(shè)于所述調(diào)節(jié)桿遠(yuǎn)離擋塊一端的螺紋腔，所述拉緊件包括與所述螺紋腔螺紋匹配的螺紋桿，還包括設(shè)置于所述螺紋桿遠(yuǎn)離調(diào)節(jié)桿一端連接桿，以及轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于所述連接桿遠(yuǎn)離螺紋桿一端的擋板。

18、作為本發(fā)明輔助鑷夾的一種優(yōu)選方案，其中：所述連接桿呈圓柱設(shè)置，且所述連接桿的直徑和條形槽的寬度匹配，所述擋板靠近活動(dòng)鑷夾側(cè)壁的一側(cè)兩端設(shè)置有墊條。

19、作為本發(fā)明輔助鑷夾的一種優(yōu)選方案，其中：所述固定鑷夾靠近活動(dòng)鑷夾的一端設(shè)置有限位座，且所述限位座上開(kāi)設(shè)有第二過(guò)孔，所述第二過(guò)孔和連接桿活動(dòng)匹配。

20、作為本發(fā)明輔助鑷夾的一種優(yōu)選方案，其中：所述連接桿上設(shè)置有第一防轉(zhuǎn)座和第二防轉(zhuǎn)座，且所述第一防轉(zhuǎn)座和第二防轉(zhuǎn)座分別設(shè)置于限位座的兩側(cè)，所述第一防轉(zhuǎn)座和第二防轉(zhuǎn)座均和限位座卡接匹配，且所述第一防轉(zhuǎn)座和第二防轉(zhuǎn)座上均設(shè)置有引導(dǎo)面。

21、作為本發(fā)明輔助鑷夾的一種優(yōu)選方案，其中：所述固定鑷夾外壁且位于第一過(guò)孔處設(shè)置有壓力傳感器，且所述壓力傳感器和彈簧一端對(duì)應(yīng)，所述手持桿上設(shè)置有壓力顯示屏。

22、本發(fā)明的輔助鑷夾的有益效果：通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)件，使得固定鑷夾和活動(dòng)鑷夾之間的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)度改變，在彈簧的作用下，從而達(dá)到調(diào)節(jié)固定鑷夾和活動(dòng)鑷夾之間夾緊力的效果，避免了酸洗襯底的時(shí)候，夾緊力過(guò)大導(dǎo)致襯底破碎，或者夾緊力過(guò)小，酸洗過(guò)程中襯底出現(xiàn)掉落的情況。