Кремниевый бетавольтаический преобразователь

Для функционирования миниатюрных микроэлектронных устройств (кардиостимуляторы,разнообразные сенсоры, оборудование для космических аппаратов и т.д.) необходимы автономныеисточники электрического питания с длительным времени работы. Одним из типов таких устройствявляются полупроводниковые бета-преобразователи энергии, основанные на разделении зарядов в pn переходе, сгенерированных потоками бета-частиц, аналогично солнечным элементам. В качествеисточника бета-излучения перспективно использование распада радиоизотопа никеля-63, имеющегосреднюю энергию бета-частиц около 17кэВ (максимальное 63кэВ) с периодом полураспада около 100лет. Вследствие эффекта самопоглощения активность источника на никеле-63 ограничена величинойоколо 40 мКи. Для повышения к.п.д. структуры бета-вольтаического преобразователя пытаютсяиспользовать помимо кремния такие широкозонные полупроводники как SiC или GaN. Однако, внастоящее время, значения времени жизни неравновесных носителей заряда (ННЗ) в этих кристаллахсущественно уступают соответствующим значениям в кремнии. Другой путь – увеличение удельнойплощади преобразователя за счет объемного структурирования поверхности полупроводника. Внастоящее время в мире не существует коммерчески доступного законченного устройства подобноготипа.В работе представлен бета-преобразователь типа PIN диода на основе высокоомного кремния (>5кОм см) с тонким p+слоем (около 100 нм). Разработанная технология включала использованиегеттерного слоя, позволившего сохранить после применения высокотемпературных обработок впроцессе изготовления PIN диода высокие значения времени жизни ННЗ. На изготовленных PINдиодах площадью 5х5 мм2величина обратного темнового тока составляла менее 2 нА при внешнемсмещении 3 В.При испытаниях отдельныхчипов PIN диодов полученыследующие результаты. Нарисунке представленывольтамперные характеристикиPIN диода в отсутствииоблучения (dark) и приоблучении источникомBNi3.S3.4.R (beta) активностью9 мКи/см2путем приложенияисточника к чипу. Средниезначения для серииэкспериментальных образцовчипов - ток короткогозамыкания Iкз составил 7,8 нА,напряжение холостого хода Uхх60 мВ. КПД, рассчитанный отповерхностной мощностиизлучения, падающего на активное окно чипа, составил 0,29%. Предложены дальнейшие шаги,направленные на оптимизацию бетавольтаического преобразователя.