微机电系统（MEMS）在极端环境中的应用日益广泛，如便携式医疗器械、深海探测器等。这类设备体积极小，通常以低占空比脉冲模式运行，对电源的要求是体积小、寿命长且稳定可靠。传统太阳能电池和锂电池在微型化、环境适应性和寿命方面存在不足，而核电池因其不受环境影响、能量密度高而被认为是理想的长期微型电源。
在诸多半导体材料中，金刚石因其超宽禁带（5.5 eV）、强抗辐射能力和高载流子迁移率，被认为是实现高开路电压核电池的最优候选材料。然而，传统金刚石核电池仍存在能量沉积不足、器件结构受限以及掺杂技术困难等瓶颈，导致性能落后于其他宽禁带半导体器件。而堆叠式硼掺杂金刚石电池，并采用低能量损耗的 63Ni/Ni 同位素电极，则解决了这些问题。
主要创新点包括：
堆叠异质结结构：突破传统单一垂直结构的能量沉积饱和限制，提高载流子收集效率。
集成放射源电极：通过将 63Ni 与 Ni 集成，显著减少自吸收效应带来的能量损失。
参数优化建模：结合蒙特卡洛与有限元模拟，考虑了金刚石不完全电离、载流子迁移与复合特性，优化了掺杂浓度和层厚度。
将该电池与先进能量管理系统（EMS）集成，可在 nA–mA 范围内精准稳定地调控脉冲电流输出。这种设计不仅提高了运行效率，还延长了使用寿命。
典型应用场景：
便携式智能设备：体积极小，仅为传统纽扣电池的千分之一。
植入式医疗器械（如心脏起搏器）：单次植入即可满足患者终身需求，避免更换手术。
极端环境设备（如深海声学信标）：在高压、低温环境下可稳定运行，寿命长达 50 年。
该研究首次提出并验证了p-金刚石/n-Ga₂O₃ 堆叠异质结核电池方案，解决了能量沉积效率低、结构受限等关键问题，实现了高电压、高效率、长寿命的微型核电池设计。这为 MEMS 器件、医疗植入物及极端环境装备提供了一条可行的长期能源解决方案。
化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。
