Разработка типоразмерного ряда дискретных и многоэлементных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения для сканирующих, акселерометрических и гироскопических систем

В ходе выполнения 1 этапа проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 27 июня 2014 г. № 14.575.21.0051 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 27.06.2014 г по 31.12.2014 г выполнялись следующие работы:

• Аналитический обзор современной научно-технической литературы в области разработки радиоизотопных источников питания.
• Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
• Обоснование выбора направления исследований по созданию радиоизотопного источника питания.
• Проведение компьютерного моделирования различных вариантов конструкций элементарных.
• Разработка эскизной конструкторской документации элементарной ячейки автономного источника питания на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры.
• Расчет основных параметров радиоизотопного материала. Выбор оптимального по радиоактивности и геометрии радиоизотопа .
• Разработка эскизной конструкторской документации на измерительный стенд для проверки параметров экспериментальных образцов автономного источника питания на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры .
• Проведение исследований основных параметров и характеристик существующих образцов автономных источников питания.
• Составление рекомендаций по улучшению параметров автономного источника питания.

При этом были получены следующие результаты:

• В ходе выполнения первого этапа ПНИР проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы в области разработки радиоизотопных источников питания, исследованы возможные области применения источников питания на основе бета-изотопов.
• 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.
• Обоснован выбор оптимального варианта направления исследований. При этом определено, что перспективным направлением является создание конструкции на основе пористого или микроканального кремния. Для достижения необходимых параметров автономного источника питания необходимо последовательно и параллельно соединять элементарные ячейки.
• Разработаны алгоритмы решения уравнения Пуассона, уравнения непрерывности, распределения генерации электронно-дырочных пар при облучении электронами, расчетов токов и спектральной характеристики структуры.
• Был проведен анализ потерь энергии электронами в полупроводниковой p-i-n структуре.
• Проведено моделирования влияния жизни подвижных носителей заряда в радиационно-стимулированных источниках питания на зависимости их чувствительности от энергии электронов.
• Показано, что при низком уровне легирования i-области поле обеспечивает максимальное собирание подвижных носителей генерированных электронами.
• Проведено сравнение зависимостей чувствительности p-i-n структур от энергии быстрых электронов для структур с металлизацией Ni⁶³, расположенной с лицевой стороны (со стороны p-области) и с обеих сторон.
• Показано, что при снижении уровня легирования слаболегированной n-области чувствительность структур меньше зависит от времени жизни.
• Дополнительная металлизация Ni⁶³ приводит более равномерной зависимости радиационно-стимулированных токов от энергии электронов. В тоже время, вклад обратной металлизации значительно меньше вклада металлизации с лицевой стороны.
• Была проведена оценка КПД радиационно-стимулированного источника питания для структур с металлизацией Ni⁶³, расположенной с лицевой стороны (со стороны p-области) и с обеих сторон.
• Разработана эскизная конструкторская документация элементарной ячейки автономного источника питания.
• Произведен анализ различных альфа и бета источников и обоснован выбор никеля-63 в качестве источника радиоизотопа. Показано что, для оптимального преобразования ионизирующего излучения толщина никелевой металлизации не должна превышать 1 мкм.
• Разработана эскизная конструкторская документация на измерительный стенд для проверки параметров экспериментальных образцов автономного источника питания.
• Проанализированы существующие на сегодняшний день коммерчески доступные варианты бетавольтаических батарей. Показано, что на сегодняшний день в мире не существует бетавольтаических батарей подходящих для основного электропитания.
• Составлены рекомендации по улучшению параметров радиационно-стимулированного источника питания.