Разработка маломощного радиационно-стимулированного источника питания на основе кремниевой p-i-n структуры

В ходе выполнения 1 этапа проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 17 июня 2014 г. № 14.575.21.0010 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 17.06.2014 г по 31.12.2014 г выполнялись следующие работы:

• Аналитический обзор современной научно-технической литературы в области разработки радиационно-стимулированных источников питания
• Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96
• Математическое моделирование различных вариантов конструкций элементарных ячеек радиационно-стимулированного источника питания. Выбор оптимальной конструкции элементарной ячейки
• Разработка эскизной конструкторской документации на элементарную ячейку радиоизотопного источника электрической энергии
• Разработка эскизной конструкторской документации на измерительный стенд для проверки параметров маломощного радиационно-стимулированного источника питания на основе кремниевой p-i-n структуры
• Изготовление измерительного стенда для проверки параметров маломощного радиационно-стимулированного источника питания на основе кремниевой p-i-n структуры
• Исследование и анализ основных параметров маломощного радиационно-стимулированного источника питания на основе кремниевой p-i-n структуры.

При этом были получены следующие результаты:

• В ходе выполнения первого этапа ПНИ проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы.
• В ходе патентного исследования найдены, изучены и проанализированы российские и иностранные патенты и заявки на патенты по темам, пересекающимся с данной работой. В ходе исследования не было выявлено нарушений патентного права, что говорит о патентной чистоте проводимой работы.
• Показано, что разработанная программа позволяет анализировать влияние различных факторов на характеристики радиационно-стимулированных источников питания с целью оптимизации их конструкции для получения требуемых характеристик.
• Проведено сравнение зависимостей чувствительности p-i-n структур от энергии быстрых электронов для структур с металлизацией Ni⁶³.
• В результате математического моделирования различных вариантов конструкций элементарных ячеек радиационно-стимулированного источника питания, показано, что:
  • Металлизация в оптимальной 2D конструкции может располагаться с двух сторон для более равномерного распределения чувствительности по энергиям. Однако использование металлизации с обеих сторон снижает эффективность использования никеля-63.
  • Толщина p-слоя должна быть не более 1 мкм, это обусловлено формированием тока подвижными носителями образованными внутри этой области. Т.е. эффективность вклада верхнего р-слоя обусловлена тем, какая доля электронов, образованных излучением, достигнет области пространственного заряда. Значение толщины верхнего слоя определяется, подвижностью и временем жизни электронов и скоростью поверхностной рекомбинации.
  • Для увеличения области пространственного заряда концентрация легирующей примеси в i-области должна быть не более 10¹⁵ см^—3. Моделирование показало, что увеличение концентрации примеси в слаболегированной области увеличивает влияние времени жизни на спектральные характеристики.
  • Толщина полупроводниковой структуры определяется из максимальной длинны пробега электрона в кремнии. Для эффективного преобразования она не должна превышать 30-40 мкм.
• Разработана эскизная конструкторская документация на элементарную ячейку маломощного радиационно-стимулированного источника питания.
• Разработана эскизная конструкторская документация на измерительный стенд для проверки параметров маломощного радиационно-стимулированного источника питания.
• Был собран измерительный стенд для проверки параметров маломощного радиационно-стимулированного источника питания.
• Проведен анализ основных параметров маломощного радиационно-стимулированного источника питания.

Таким образом, задачи 1-го этапа выполнены с надлежащим качеством в полном объеме в соответствии с требованиями ТЗ и создан задел для исполнения последующих этапов НИР.