KR100858490B1 - 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치 - Google Patents

방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치에 관한 것으로, 특히 수명이 반 영구적인 방사성동위원소 전지를 방사능, 빛 또는 열 따위의 물리량 감지를 위한 센서수단의 전원으로 활용하고, 상기한 센서수단에서 물리량이 감지되지 않는 평상시에는 메인 배터리에서 공급되는 감지장치의 주전원을 오프 상태가 되도록 함으로써, 메인 배터리의 수명을 최대한으로 늘리고, 궁극적으로는 물리량을 반영구적으로 감지할 수 있도록 한 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치에 관한 것이다.
또한, 방사성동위원소 전지를 구동 전원으로 하여 물리량을 검출하며, 상기 검출된 물리량이 커질수록 작아지는 전류를 발생시키는 센서수단; 상기 센서수단을 통해 검출된 물리량을 출력하는 검출물리량알림수단; 및 상기 센서수단으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이상인 경우에는 메인배터리에서 상기 검출물리량알림수단으로 공급되는 주전원을 오프시키고, 상기 센서수단으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이하인 경우에는 상기 메인배터리에서 상기 검출물리량알림수단으로 공급되는 주전원을 온시켜 상기 검출물리량알림수단이 상기 센서수단에서 검출된 물리량을 출력할 수 있도록 하는 장치구동수단을 포함하여 이루어진다.
방사성동위원소, 반도체, 핀 다이오드, 물리량, 방사능, 감지, 전원

Description

방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치{apparatus for sensing energy using radioisotope battery}
도 1 내지 도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 방사성동위원소 전지의 구조를 보인 단면도,
도 4는 본 발명에 적용될 수 있는 방사성동위원소 전지의 제작과정을 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 4의 방사성동위원소 전지 제작과정에서 이온주입이 된 실리콘 기판의 평면도,
도 6은 본 발명에 적용될 수 있는 또 다른 방사성동위원소 전지의 구조를 보인 단면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치의 블록 구성도,
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치에서의 전류/전압 특성 그래프이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100: 방사성동위원소전지 110: 핀 반도체
111: P형반도체 113: N형반도체
115: 진성반도체 117: 공핍층
130: 절연층 150: 방사성동위원소체
170: 방사선누설방지체
200: 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치
210: 센서수단 211: 방사성동위원소 전지
213: 부전원출력조절부 215: 물리량 검출부
230: 메인 배터리 250: 장치구동수단
251: 전원 온/오프부 253: 주전원출력조절부
270: 검출물리량알림수단 271: 제어부
273: RF 송신부 275: 음성출력부
276: 표시부
본 발명은 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치에 관한 것으로, 특히 수명이 반 영구적인 방사성동위원소 전지를 방사능, 빛 또는 열 따위의 물리량 감지를 위한 센서수단의 전원으로 활용하고, 상기한 센서수단에서 물리량이 감지되지 않는 평상시에는 메인 배터리에서 공급되는 감지장치의 주전원을 오프 상태가 되도록 함으로써, 메인 배터리의 수명을 최대한으로 늘리고, 궁극적으로는 물리량을 반영구적으로 감지할 수 있도록 한 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치에 관한 것이다.
일반적으로, 방사성동위원소(radioisotope)는 특유의 에너지를 가진 방사선을 방출하고 안정된 동위원소로 붕괴하는 원소이다. 여기서, 붕괴방식에는 α, β-, β+ 붕괴 이외에 원자핵이 K궤도전자(軌道電子)를 포획하는 이른바 EC 붕괴도 있다. 이들은 대부분 다시 여분의 에너지를 알파선, 베타선, 또는 감마선으로서 방출하고 안정된 동위원소가 된다. 방사성동위원소의 양은 방사성 강도, 즉 단위시간에 일어나는 붕괴의 횟수로 나타낸다. 그리고, 방사성원소가 붕괴하여 처음 양의 반으로 감소하는데 걸리는 시간을 반감기(half-life period)라 하는데, 그 기간은 방사성동위원소에 따라 일정한바, 이러한 반감기에 따라 방사선동위원소는 적게는 수년에서 수백년 동안 방사선을 방출하게 된다.
초소형 전지 제조 분야에서는 이러한 방사선동위원소에서 방출되는 방사선에 의해 반도체 특히, 핀(PIN) 다이오드에서 생성되는 전자(electron)/정공(hole) 쌍을 에너지원으로 하여 마이크로와트급의 회로소자 예를 들면, 무인 전자장치 또는 무인 초소형 기계장치(Micromachine; MEMS)에서 반 영구적으로 쓰일 수 있는 이른바, 방사선동위원소 전지의 개발이 시도되고 있다. 여기서, 핀 다이오드는 일반적으로 진성반도체(intrinsic semiconductor) 즉, 실리콘 웨이버에 액셉터와 도너와 같은 불순물을 주입(implantation)하여 P형 및 N형을 형성시킨 반도체를 지칭하는 것이다.
한편, 에너지절약·자원절약·공해방지, 생산부문의 고효율화·정밀화, 주택·사무실의 각종 기기(機器)의 고성능화, 교통통제의 고도화, 재해방지 시스템의 효율화 등 사회 각 부문의 요구를 충족시키기 위해서는 정보처리 시스템과, 그 정보를 얻기 위한 각종 기기가 필요한데, 그 중심이 되는 것이 감지기이다. 예를 들면, 원자력 발전소나 의료기관의 방사선 진료 및 치료부문, 그리고 산업체의 비파괴검사 분야 등에서는 방사성동위원소 및 방사선 발생장치를 이용한 업무가 이루어지고 있기 때문에, 방사능 누출위험이 있는 곳에는 의례 방사선 감지장치가 설치될 것이다. 이와 같이, 사회 각 부문에 걸쳐 쓰이게 되는 감지기에는 배터리가 구비되고, 실시간에 걸쳐 환경 인자를 감지하기 위해 배터리의 전원이 항상 온 상태로 유지된 것이 일반적인바, 이렇게 전원을 상시 소모하는 패턴 하에서는 아무리 배터리 충전량이 많다 할지라도 나아가, 감지기를 저전력으로 구동하도록 한 소자가 감지기에 구비된다 할지라도 배터리의 수명이 다하게 되는 경우에는 감지 작업이 수행될 수 없다고 하는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마이크로와트급의 저전력으로 충분히 구동이 가능한 센서에는 방사성동위원소 전지로 전원을 상시 공급하고, 이 센서에서 소정의 기준을 넘는 물리량이 검출되는 경우에 한해 감지장치의 주전원을 온 상태가 되도록 한 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치는 방사성동위원소 전지를 구동 전원으로 하여 물리량을 검출하며, 상기 검출된 물리량이 커질수록 작아지는 전류를 발생시키는 센서수단; 상기 센서수단을 통해 검출된 물리량을 출력하는 검출물리량알림수단; 및 상기 센서수단으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이상인 경우에는 메인배터리에서 상기 검출물리량알림수단으로 공급되는 주전원을 오프시키고, 상기 센서수단으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이하인 경우에는 상기 메인배터리에서 상기 검출물리량알림수단으로 공급되는 주전원을 온시켜 상기 검출물리량알림수단이 상기 센서수단에서 검출된 물리량을 출력할 수 있도록 하는 장치구동수단을 포함하여 이루어진 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치를 제공한다.
전술한 구성에 있어서, 상기 센서수단은 검출되는 물리량이 커질수록 역치전압이 증가되는 반도체소자로 구현되는 것이 바람직하고,
상기 장치구동수단은: 상기 센서수단으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이상인 경우에는 메인배터리에서 상기 검출물리량알림수단으로 공급되는 주전원을 오프시키고, 상기 센서수단으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이하인 경우에는 상기 메인배터리에서 상기 검출물리량알림수단으로 공급되는 주전원을 온시키는 전원 온/오프부; 및 상기 센서수단으로부터 입력되는 전류의 크기에 반비례하여 상기 메인배터리의 전류를 상기 검출물리량알림수단으로 출력하는 주전원출력조절부를 포함하여 이루어진 것이 바람직하며,
상기 전원 온/오프부는 반전기로 구현되고, 상기 주전원출력조절부는 감소형 트랜지스터로 구현되는 것이 바람직하며,
상기 검출물리량알림수단은 상기 주전원출력조절부로부터 입력되는 전류의 크기에 의거하여 검출된 물리량을 표시하거나, 검출된 물리량을 상응하는 음성 또는 음향으로 출력하거나, 검출된 물리량에 상응하는 무선주파신호를 외부로 송출하는 것이 바람직하며,
상기 방사성동위원소 전지는: 실리콘기판의 일면에 액셉터와 도너가 소정의 패턴으로 각각 주입되어 이루어진 핀 반도체; 방사선을 방출함으로써, 상기 핀 반도체에 형성된 공핍영역과 진성반도체영역에서 전자/정공 쌍이 생성되도록 하는 방사성동위원소체; 상기 핀 반도체에서 액셉터와 도너가 소정의 패턴으로 각각 주입된 면과 상기 방사성동위원소체 사이에 형성되어, 상기 핀 반도체에 형성된 P형반도체영역과 N형반도체영역 사이를 절연하는 절연층; 및 상기 방사성동위원소체에서 방출되는 방사선이 외부로 누설되는 것을 방지하는 방사선누설방지체를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
상기 방사성동위원소전지에 있어서, 상기 방사성동위원소체는 Ni-63으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 핀 반도체는 상기 실리콘기판의 양면에 형성되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 방사성동위원소전지는 상기 핀 반도체, 상기 절연층 및 상기 방사성동위원소체를 포함하는 전지구성부재가 적어도 둘 이상이 적층되어 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 상기 핀 반도체가 상기 실리콘기판의 양면에 형성되는 경우에는 상기 전지구성부재들 사이에 절연층이 형성되는 것이 더욱 바람직할 것이다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 방사성동위원소 전지의 구조를 보인 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 적용되는 방사성동위원소 전지(이하 줄여서, '전지'라고도 한다.)(100)는 실리콘기판에 3가 원소 일명, 액셉터(acceptor) 및 5가 원소 일명, 도너(donor)가 주입됨으로써 진성반도체(115)와, P형반도체(111)와, N형반도체(113)로 이루어진 핀 반도체(110); 이 핀 반도체(110)에 증착되는 절연층(130); 이 절연층(130)에 증착되는 방사성동위원소체(150); 및 이 방사성동위원소체(150)에서 발생되는 방사선이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 상기한 방사성동위원소체(150)에 증착되는 방사선누설방지체(170)를 포함하여 이루어진다. 한편, 도면부호 117은 3가 및 5가 원소의 주입에 의해 진성반도체(115)의 영 역에 형성된 공핍층(depletion layer)을 나타낸다. 이와 같은 구성에 의해, 방사성동위원소체(150)에 발생되는 에너지는 공핍층(117) 및 진성반도체(115)의 영역으로 투과되어 전자/전공 쌍을 생성하고, 이렇게 생성된 전자/정공 쌍이 P형반도체(111)에서 N형반도체(113)로 전류를 흐르게 하는 기전력(W/mm3)으로 작용하는 것이다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 다른 방사성동위원소 전지의 구조를 보인 단면도인바, 도 2에서의 전지(300)는 도 1을 참조로 하여 설명한 전지(100)와 달리, P형반도체(311) 및 N형반도체(313)가 다중 구조인 것으로써, 보다 높은 기전력을 발생할 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 또 다른 방사성동위원소 전지의 구조를 보인 단면도인바, 도 3에서의 전지(400)는 도 1 및 도 2에서 참조로 하여 설명한 전지(100, 300)와는 달리, 실리콘 기판의 양면에 각각 이온 주입, 절연층 증착, 방사성동위원소체 증착 및 방사선누설방지체 증착이 이루어진 구조체로써, 상기한 다중 구조인 전지(300)보다는 높은 기전력을 발생할 수 있는 것이다.
전술한 도 1 내지 도 3를 참조로 하여 설명한 방사성동위원소 전지의 구성에서, 방사성동위원소체로는 Sr-90 또는 Co-60 등이 쓰일 수도 있겠으나 이들보다 비교적 낮은 에너지를 방출하여 방사선 누설 등의 위험성이 적은 Ni-63이 적용되는 것이 바람직하다. 여기서, Ni-63은 그 특성상, 방출되는 방사선이 그 표면에서 400㎚에 이르는 거리에서는 소멸되는 것으로 알려져 있는바, 이에 따라 방사선누설방지체의 두께는 400㎚ 이상인 것이 바람직하고, 절연층와 실리콘기판에 형성된 P형 반도체(및 N형반도체)의 두께 합이 400㎚인 것이 바람직하다. 또한, 핀 반도체의 제조에 쓰이게 되는 상기한 실리콘 기판은 일반적인 반도체 공정 즉, 단결정 성장, 규소봉 절단 및 웨이퍼 표면 연마에 의해 생성된 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)인 것이 바람직하다. 또한, 절연층와 방사선누설방지체는 이산화규소(SiO2)인 것이 바람직할 것이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 방사성동위원소 전지의 제작과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4의 방사성동위원소 전지 제작과정에서 이온주입이 된 실리콘 기판의 평면도이다. 특히, 도 5는 도 2를 참조로 하여 설명한 전지(300)의 제작방법인 것이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 먼저, 진성반도체(315)인 실리콘 웨이퍼에 이온 주입이 되기 위한 선행 단계로써, 진성반도체(315)의 표면 전반에 걸쳐 이온주입 가이드층(119)이 증착된다. 이때, 가이드층(119)은 이산화규소인바, 800~1200도에 이르는 고온에서 산소나 수증기를 실리콘 웨이퍼표면과 화학반응시켜 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성하는 일반적인 반도체 공정에서의 산화(Oxidation) 공정에 의해 가이드층(119)이 형성될 수도 있을 것이다. 그리고, 이렇게 생성된 가이드층(119)의 일부 곧, 이온주입을 위한 부분은 식각(Etching) 공정을 통해 제거된다. 그런 후, 가이드층(119)이 제거된 부분을 통해 3가 및 5가 원소가 주입된다. 다음으로는, 제거되지 않고 남은 가이드층(119)이 제거되게 되는데, 여기서 실리콘웨이퍼 상에 형성된 P형반도체(311)와 N형반도체(313)의 패턴의 일 예를 도 7에서 볼 수 있는 것이다. 한편, 남은 가이드층(119)까지 완전히 제거된 후에는 핀 반도체(310)에 절연층(330)이 증착되고, 절연층(330) 위에 방사성동위원소체(350)가 증착되며, 최종적으로 방사성동위원소체(350) 위에 방사선누설방지체(370)가 증착됨으로써 본 발명에 따른 방사성동위원소 전지가 제조되는 것이다.
도 6은 본 발명에 적용될 수 있는 또 다른 방사성동위원소 전지의 구조를 보인 단면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 적용되는 방사성동위원소 전지(100)는 도 2 및 도 3에서 보인 전지와는 다르게, 기전력이 발생되는 핀 반도체, 핀 반도체에 에너지원을 제공하는 방사성동위원소체 및 이들 사이에 형성되는 절연층이 포함되는 구조체가 층층이 적층되어 제조되는 것으로써, 이에 따라 도 3를 통해 설명한 전지(400)보다 더 높은 기전력을 발생할 수 있을 것이다. 여기서, 그 제조방법의 일 예를 설명하자면, 먼저 이산화규소 기판(510)에 제 1 핀 반도체(520)를 증착하고, 이 제 1 핀 반도체(520) 위에 제 1 절연층(530)을 증착하며, 이 제 1 절연층(530) 위에 제 1 방사성동위원소체(540)를 증착함으로써 제 1 전지구조체를 형성한다. 다음으로, 제 2 핀 반도체(560), 제 2 절연층(570) 및 제 2 방사성동위원소체(580)으로 이루어진 제 2 전지구조체를 적재하게 되는바, 이러한 제 2 전지구조체의 적재에 앞서, 도 8에 도시한 바와 같이, 제 2 핀 반도체(560)가 그 양면에 이온 주입이 된 경우에는 제 1 및 제 2 전지 구조체 사이를 절연시키기 위한 절연층(550)가 제 1 방사성동위원소체(540) 위에 증착되어야 할 것이다. 마지막으로, 제 2 방사성동위원소체(580) 위에 방사선누설방지체(590)가 증착될 것이다.
한편, 도 6에서는 단지, 두 개의 전지 구조체를 적재하는 것으로 마무리하였으나 제 3 또는 그 이상의 전지 구조체가 제 2 방사성동위원소체(580) 위에 적재될 수도 있을 것이다. 또한, 제 1 핀 반도체(520) 및 제 2 핀 반도체(560)는 일반적인 실리콘 결정보다는 낮은 온도에서 증착이 가능하고 높은 도핑이 가능한 비정질실리콘(amorphous-silicon)이나 폴리실리콘(poly-silicon)인 것이 바람직한바, 이에 따른 다층 제조가 더욱 용이해질 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치의 블록 구성도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치에서의 전류/전압 특성 그래프이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치(200)는 도 1 내지 도 6에 걸쳐 예시한 전지를 구동 전원으로 하고, 방사능, 빛 또는 열 등 따위의 물리량을 검출하며, 검출되는 물리량에 반비례하는 크기의 전류를 발생시키는 센서수단(210); 센서수단(210)을 통해 검출된 물리량을 출력하는 검출물리량알림수단(270); 및 센서수단(210)으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이상인 경우에는 VIN의 기전력을 갖는 메인배터리(230)에서 상기 검출물리량알림수단(270)으로 공급되는 주전원을 오프(OFF)시키고 반면, 센서수단(210)으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이하인 경우에는 상기 메인배터리(230)에서 상기 검출물리량알림수단(270)으로 공급되는 주전원을 온(ON)시켜 상기 검출물리량알림수단(270)이 상기 센서수단(210)에서 검출된 물리량을 출력할 수 있도록 하는 장치구동수단(250)을 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 센서수단(210)은 vin의 기전력을 갖고, 센서수단(210) 자체의 구동전원을 공급하는 방사성동위원소전지(211); 이 전지(211)로부터 인가되는 전원으로 구동되고, 물리량을 검출하는 물리량 검출부(215); 및 상기한 전지(211)로부터 인가되는 전원으로 구동되고, 상기 물리량 검출부(215)로부터 입력되는 물리량에 반비례하는 크기의 전류(iout)를 상기 장치구동수단(250)으로 출력하는 부전원출력조절부(215)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 물리량 검출부(215)와 부전원출력조절부(213)는 검출되는 물리량에 비례하여 역치 전압(threshold voltage; vt)이 증가되는 포토다이오드 또는 모스(MOS) 트랜지스터로 구현되는 것이 바람직하고, 특히 본 발명의 감지장치가 방사능 검출에 이용되는 경우에는 핀 다이오드인 것이 더욱 바람직할 것이다. 즉, 도 8은 물리량 검출부(215)와 부전원출력조절부(213)의 등가회로에 따른 출력전류(iout)의 특성을 보인 그래프로써, 역치전압이 증가함에 따라 장치구동수단(250)으로 출력되는 전류(iout)의 크기가 단계적으로 작아지는 것을 확인할 수 있다.
장치구동수단(250)은 센서수단(210)으로부터 입력되는 전류(iout)가 미리 정해진 기준치 이상인 경우에는 메인배터리(230)에서 상기 검출물리량알림수단(270)으로 공급되는 주전원을 오프(OFF)시키고 반면, 센서수단(210)으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이하인 경우에는 상기 메인배터리(230)에서 상기 검출 물리량알림수단(270)으로 공급되는 주전원을 온(ON)시키는 전원 온/오프부(251); 및 센서수단(210)으로부터 입력되는 전류(iout)에 반비례하는 메인배터리(230)의 전류(Iout)를 검출물리량알림수단(270)으로 출력하는 주전원출력조절부(253)을 포함하여 이루어지되,
여기서, 전원 온/오프부(251)은 반전기(inverter)로 구현되는 것이 바람직하고, 주전원출력조절부(253)는 게이트(gate)로 인가되는 전압이 증가됨에 따라 채널(channel)이 좁아지는 형태의 절연 게이트형 일명, 감소형(Depletion) 트랜지스터로 구현되는 것이 바람직하다. 즉, 도 9는 주전원출력조절부(253)의 등가회로에 따른 출력전류(Iout)의 특성을 보인 그래프로써, 센서수단(210)으로부터 입력되는 전류(iout)가 감소됨에 따라 즉, 검출되는 물리량이 커짐에 따라 검출물리량알림수단(270)으로 출력되는 전류(Iout)의 크기가 단계적으로 증가되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 전원 온/오프부(251)는 센서수단(210)으로부터 입력되는 전류가 i1 이하인 경우에 주전원을 온시키는 것을 확인할 수 있다.
검출물리량알림수단(270)은 검출된 물리량을 표시하는 표시부(276); 검출된 물리량으로 음성(또는 음향)으로 출력하는 음성출력부(275); 검출된 물리량에 상응하는 무선주파신호를 외부로 송출하는 RF 송신부(273); 및 주전원출력조절부(253)로부터 입력되는 전류(Iout)의 크기에 의거하여 이들을 총괄적으로 제어하는 제어부(271)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기한 센서수단(210)이 방사능 누출 감지용인 경우에 있어서 제어부(271)의 처리 과정의 일 예를 설명하자면, 주전원출력조절부(253)로부터 입력되는 전류(Iout)의 크기가 I1인 경우에는 '방사능 누출 주의 단계'로 판단하고, 전류(Iout)의 크기가 I2인 경우에는 '방사능 누출 경고 단계'로 판단하며, 전류(Iout)의 크기가 I3인 경우에는 '방사능 누출 위험 단계'로 판단하며, 전류(Iout)의 크기가 I4인 경우에는 '대피 단계'로 판단하게 될 것이다. 그리고, 이러한 판단을 근거로 하여 표시부(276), 음성출력부(275), 및 RF 송신부(273)을 제어하게 될 것이다.
본 발명의 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치는 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 예를 들면, 본 발명이 센서수단에서 검출되는 물리량이 기준치 이상인지 여부만을 확인하고자 하는 간단한 시스템에 적용되는 경우에는 장치구동수단을 단지, 인버터회로로 구현하는 것으로 본 발명이 이루어질 수 있을 것이다. 이에 따라, 검출물리량알림수단은 상기한 인버터회로에 의해 온되는 동시에 물리량이 검출되었다는 것을 알리게 될 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치에 따르면, 수명이 반 영구적인 방사성동위원소 전지를 항상, 구동이 요하는 센서수단의 전원으로 활용하고, 이러한 센서수단에서 물리량이 검출되는 경우에 한해 메인 배터리에서 공급되는 감지장치의 주전원을 한시적으로 온 상태가 되도록 함으로써, 메인 배터리의 수명을 최대한으로 늘리고, 궁극적으로는 메인 배터리의 교체나 재충전 없이 물리량을 반영구적으로 감지할 수 있는 효과가 있다. 특히, 사람이 접근하기 어려운 장소 예를 들면, 방사능 누출 장소에 본 발명의 감지장치를 설치하는 경우에 매우 효과적일 것이다. 더 나아가, 해류나 심해온도를 검출하기 위한 목적으로 감지기를 바다의 저면에 설치하는 경우, 이 감지기의 배터리를 재충전하거나 교체하기란 사실상 매우 어려울 것이다. 이에 본 발명의 감지장치를 적용하게 되면 더더욱 효과적일 것이다.

Claims (12)

  1. 방사성동위원소 전지를 포함하여 이루어지고, 상기 방사성동위원소 전지를 구동 전원으로 하여 물리량을 검출하며, 상기 검출된 물리량이 커질수록 작아지는 전류를 출력하는 센서수단;
    메인배터리;
    상기 메인배터리에 의해 구동되고, 상기 센서수단을 통해 검출된 물리량을 외부로 출력하는 검출물리량알림수단; 및
    상기 센서수단으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이상인 경우에는 상기 메인배터리에서 상기 검출물리량알림수단으로 공급되는 주전원을 오프시키고, 상기 센서수단으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이하인 경우에는 상기 메인배터리에서 상기 검출물리량알림수단으로 공급되는 주전원을 온시켜 상기 검출물리량알림수단이 상기 센서수단에서 검출된 물리량을 출력할 수 있도록 하는 장치구동수단을 포함하여 이루어진 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서수단은 검출되는 물리량이 커질수록 역치전압이 증가되는 반도체소자로 구현되는 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 장치구동수단은:
    상기 센서수단으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이상인 경우에 는 메인배터리에서 상기 검출물리량알림수단으로 공급되는 주전원을 오프시키고, 상기 센서수단으로부터 입력되는 전류가 미리 정해진 기준치 이하인 경우에는 상기 메인배터리에서 상기 검출물리량알림수단으로 공급되는 주전원을 온시키는 전원 온/오프부; 및
    상기 센서수단으로부터 입력되는 전류의 크기에 반비례하여 상기 메인배터리의 전류를 상기 검출물리량알림수단으로 출력하는 주전원출력조절부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전원 온/오프부는 반전기로 구현되는 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 주전원출력조절부는 감소형 트랜지스터로 구현되는 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 검출물리량알림수단은 상기 주전원출력조절부로부터 입력되는 전류의 크기에 의거하여 검출된 물리량을 표시하거나, 검출된 물리량을 상응하는 음성 또는 음향으로 출력하거나, 검출된 물리량에 상응하는 무선주파신호를 외부로 송출하 는 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사성동위원소 전지는:
    실리콘기판의 일면에 액셉터와 도너가 소정의 패턴으로 각각 주입되어 이루어진 핀 반도체;
    방사선을 방출함으로써, 상기 핀 반도체에 형성된 공핍영역과 진성반도체영역에서 전자/정공 쌍이 생성되도록 하는 방사성동위원소체;
    상기 핀 반도체에서 액셉터와 도너가 소정의 패턴으로 각각 주입된 면과 상기 방사성동위원소체 사이에 형성되어, 상기 핀 반도체에 형성된 P형반도체영역과 N형반도체영역 사이를 절연하는 절연층; 및
    상기 방사성동위원소체에서 방출되는 방사선이 외부로 누설되는 것을 방지하는 방사선누설방지체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 방사성동위원소체는 Ni-63으로 이루어지되,
    상기 방사선누설방지체의 두께는 400nm 이상인 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 방사성동위원소체는 Ni-63으로 이루어지되,
    상기 절연층의 두께는 100nm 이내인 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 핀 반도체는 상기 실리콘기판의 양면에 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 핀 반도체, 상기 절연층 및 상기 방사성동위원소체를 포함하는 전지구성부재가 적어도 둘 이상이 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 핀 반도체가 상기 실리콘기판의 양면에 형성되되,
    상기 전지구성부재들 사이에는 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 전지를 이용한 물리량 감지장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10699820B2 (en) 2013-03-15 2020-06-30 Lawrence Livermore National Security, Llc Three dimensional radioisotope battery and methods of making the same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010027035A (ko) * 1999-09-10 2001-04-06 이계안 자동차의 연료 잔량 측정 시스템
US6238812B1 (en) 1998-04-06 2001-05-29 Paul M. Brown Isotopic semiconductor batteries
JP2003035729A (ja) 2001-07-24 2003-02-07 Hioki Ee Corp クランプセンサ
JP2004336887A (ja) 2003-05-07 2004-11-25 Taiheiyo Seiko Kk 回路保護装置
KR20050012519A (ko) * 2003-07-25 2005-02-02 한국원자력연구소 핀 다이오드를 이용한 초소형 동위원소 전지
JP2005060761A (ja) 2003-08-11 2005-03-10 Dkk Toa Corp 次亜ハロゲン酸塩発生装置および発生方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6238812B1 (en) 1998-04-06 2001-05-29 Paul M. Brown Isotopic semiconductor batteries
KR20010027035A (ko) * 1999-09-10 2001-04-06 이계안 자동차의 연료 잔량 측정 시스템
JP2003035729A (ja) 2001-07-24 2003-02-07 Hioki Ee Corp クランプセンサ
JP2004336887A (ja) 2003-05-07 2004-11-25 Taiheiyo Seiko Kk 回路保護装置
KR20050012519A (ko) * 2003-07-25 2005-02-02 한국원자력연구소 핀 다이오드를 이용한 초소형 동위원소 전지
JP2005060761A (ja) 2003-08-11 2005-03-10 Dkk Toa Corp 次亜ハロゲン酸塩発生装置および発生方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10699820B2 (en) 2013-03-15 2020-06-30 Lawrence Livermore National Security, Llc Three dimensional radioisotope battery and methods of making the same

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