Моделирование и исследование бетавольтаического эффекта на кремниевых PIN структурах

Пчелинцева, Екатерина Сергеевна

Моделирование и исследование бетавольтаического эффекта на кремниевых PIN структурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Пчелинцева, Екатерина Сергеевна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Ульяновск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Моделирование и исследование бетавольтаического эффекта на кремниевых PIN структурах»

Автореферат диссертации на тему "Моделирование и исследование бетавольтаического эффекта на кремниевых PIN структурах"

На правах рукописи

Пчелинцева Екатерина Сергеевна

4858332

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ БЕТАВОЛЬТАИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА НА КРЕМНИЕВЫХ РШ СТРУКТУРАХ

Специальность 01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 3 НОЯ 2011

Ульяновск - 2011

4858332

Работа выполнена на кафедре Физических методов в прикладных исследованиях Инженерно-физического факультета высоких технологий в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет».

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор

Костишко Борис Михайлович

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор

Журавлев Виктор Михайлович

доктор технических наук, профессор

Гаврилов Сергей Александрович

Ведущая организация: Ульяновский филиал Учреждения

Российской академии наук Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук

Защита диссертации состоится «25 ноября» 2011 года в 1430 часов на заседании диссертационного совета Д 212.278.01 при Ульяновском государственном университете по адресу:

г. Ульяновск, ул. Университетская Набережная, 1, корп. 4, ауд. 309.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета, с авторефератом на сайте вуза http://www.uni.ulsu.ru.

Автореферат разослан «24 октября» 2011 года.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 432000, г. Ульяновск, ул. Л.Толстого, д. 42, УлГУ, Управление научных исследований.

Ученый секретарь диссертационного совета к.ф.-м.н.

Вострецова Л.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Бетавольтаический эффект был открыт в 60-70-х годах прошлого столетия, но в последнее время интерес к нему существенно вырос по причине перспективы внедрения в технологию микроэлектромеханических систем (МЭМС). Для МЭМС и полупроводниковых приборов нового поколения необходимы миниатюрные источники электрического питания, работающие достаточно продолжительное время и обладающие малыми габаритами. Преимущества энергетических источников на основе радиоизотопов являются большой срок работы (свыше 10 лет в зависимости от выбора изотопа), низкий вес, небольшой размер, широкий температурный диапазон и высокая надежность. Именно поэтому создание радиационно-стимулированных источников энергии и, как частная задача, исследование бетавольтаического эффекта представляется актуальной задачей [1-7].

Одним из веских оснований к применению радиоизотопных источников энергии служит ряд преимуществ перед другими источниками энергии. Во-первых, компактность и громадная энергоемкость изотопов, во-вторых, при создании гибридного источника тока с элементами накопления заряда время непрерывной работы будет зависеть только от периода полураспада. При этом периоды полураспада и соответствующая длительность работ таких батарей питания варьируются от нескольких (147Рг) до ста лет (63№).

По массовой и объемной энергоемкости распад бета-изотопов уступает лишь делению ядер урана, плутония и др. в 4-50 раз, и превосходит химические источники (аккумуляторы, солевые и щелочные элементы питания, топливные элементы и др.) в десятки и сотни тысяч раз. В этом направлении наиболее перспективным являются исследования в области создания источников тока при прямом преобразовании энергии бета- распада в электрическую энергию в ОПЗ р-п перехода полупроводникового диода. В работах [1,5,7] достигнуты наиболее интересные результать1, получены токи в десятки нА и напряжения в единицы вольт в зависимости от структуры и активности источника.

Другим направлением создания источников питания для МЭМС являются разработки в области генераторов, преобразующих механическую и ультразвуковую энергию среды в электрическую энергию [8]. Наиболее удачным на данный момент прибором в этой области можно считать генератор на основе нанопроводов из оксида цинка, являющимися пьезоэлектриками. Исследователям удалось достичь значений постоянного тока в 0,4-0,5 нА при напряжении 0,5 мВ, однако время непрерывной работы такого генератора не более часа.

Таким образом, создание новых источников питания на основе долгоживущих радионуклидов бета-источников является перспективной задачей, решение которой позволит создать новые коммерческие продукты высокотехнологической отрасли экономики. В связи с вышеизложенным,

моделирование и экспериментальное исследование бетавольтаического эффекта с последующей верификацией является актуальной задачей, решение которой позволит создавать эффективные радиационно-стимулированные элементы электрического питания МЭМС.

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование и моделирование бетавольтаического эффекта на основе кремниевых pin структур, а также выявление параметров, влияющих на ток генерации с применением бета-источников на основе изотопа 63Ni.

В рамках цели работы решались следующие задачи:

— Проведение экспериментальных работ на кремниевых pin структурах по исследованию бетавольтаического эффекта с использованием электронного облучения;

— Проведение физического и численного моделирования работы радиационно-стимулированного источника тока для различных структур, определение основных параметров, влияющие на эффективность и КПД источника;

— Проведение экспериментального исследования бетавольтаического эффекта с применением радионуклида 63Ni;

— Расчет наиболее эффективной структуры радиационно-стимулированного источника электрического питания.

Научная новизна

1. Предложена модель бетавольтаического эффекта, которая описывает экспериментальные данные по облучению pin структур электронами средних энергий и при облучении бета-источниками на основе изотопа 63Ni различной активности.

2. Впервые изучено влияние структурных особенностей pin диода на эффективность радиационно-стимулированной генерации тока на основе 63Ni.

3. Впервые обнаружено влияние накопления заряда на поверхности pin-структуры в процессе длительного бета-облучения на бетавольгаический эффект.

4. Получены новые данные о влиянии активности бета-источника на основе 63Ni в диапазоне от 0 до 40 мКи на ток генерации и ЭДС кремниевой pin-структуры.

Практическая значимость

1. Создан макет бетавольтаического элемента питания с применением изотопа 63Ni.

2. Предложена модель радиационно-стимулированной генерации тока, которая позволяет рассчитать эффективность структуры, исходя из геометрических параметров, ширины области пространственного заряда (ОПЗ), вида и активности источника.

3. Получены численные и экспериментальные данные об эффективности бетавольтаических элементов на основе кремниевых pin-структур и источников 63Ni.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. При моноэнергетическом электронном облучении в диапазоне энергий 5-40 кэВ скорость генерации носителей заряда pin-структур определяется шириной ОПЗ, а также соотношением глубины залегания рп-перехода и глубины проникновения электронов.

2. Спектр тока генерации кремниевой pin-структуры под действием бета-источника на основе 63Ni существенно зависит от глубины залегания р-n-перехода h, при этом минимальная энергия бета-частиц, при которой начинает происходить генерация тока, и максимум спектра сдвигаются в высокоэнергетическую область на 25-30 кэВ с увеличением h от 0 до 8 мкм при одновременном резком уменьшении интенсивности в 6-12 раз в зависимости от ширины ОПЗ.

3. Спектр тока генерации кремниевой pin-структуры под действием бета-источника на основе 63Ni существенно зависит от ширины ОПЗ при ее значениях от 0 до 4 мкм и его интенсивность меняется не более чем на 10% с увеличением ОПЗ в диапазоне от 4 до 10 мкм.

4. Зависимость тока генерации кремниевой pin структуры от интенсивности бета-источника на основе 63Ni носит нелинейный характер и зависит от величины накопленного зарядка на поверхности структуры.

5. При длительном облучении в течение года с использованием изотопа на основе 63Ni активностью 40 мКи pin структур, содержащих тонкий поверхностный оксидный слой, наблюдается эффективная зарядка, которая уменьшает наблюдаемую ЭДС более чем в три раза и носит обратимый характер.

Апробация работы

Основные результаты исследований, представленных в настоящей работе, обсуждены на следующих научных семинарах, совещаниях и конференция:

- XVII Международное совещание «Радиационная физика твердого тела», ГНУ «НИИ ПМ'Г», Севастополь, 9-14 июля 2007г.

- 15th International Symposium «Nanostructures: Physics and Technology», Ioffe Institute St Petersburg, Novosibirsk, June 25-29 2007.

- Шестая Российская конференция с международным участием по физике, материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе - «Кремний-2009», МИСиС, Новосибирск, 7-10 июля 2009г.

- XI международной конференции Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы, УлГУ, Ульяновск, 25-29 мая 2009г.

- Труды IX Российской конференции по реакторному материаловедению, Димитровград, 14-18 сентября 2009г.

- XII международной конференции Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы, УлГУ, Ульяновск, 14-16 июня 2010г.

Достоверность полученных результатов обеспечивается проведением исследований по апробированным методикам, на аттестованных исследовательских установках. Подтверждение достоверности разработанной модели является то, что результаты моделирования, полученные на кремниевых структурах с применением бета-источников различной активности и при облучении моноэнергетическим электронным лучом совпадают с экспериментальными данными в пределах погрешности.

Личный вклад автора. С непосредственным участием автора проведены экспериментальные исследования и разработана модель радиационно-стимулированного элемента электрического питания. Личный вклад Пчелинцевой Е.С. в получение основных результатов работы является определяющим.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 3 работы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, 13 материалов всероссийских и международных конференций. Список помещён в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 90 наименований источников отечественных и зарубежных авторов, 1 таблицы, 59 рисунков, а также приложения. Общий объем диссертации составляет 131 страница, приложение составляет 15 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, определены цели и задачи диссертационной работы, сформулированы научная новизна и практическая значимость проводимых исследований, перечислены положения, выносимые на защиту, дана общая характеристика работы.

Первая глава посвящена аналитическому обзору экспериментальных и теоретических работ в области преобразования химической, тепловой и ядерной энергии в электрическую. Дано обоснование выбора вида преобразования энергии и типа ионизирующего излучения для создания эффективного элемента электрического питания.

Обзор содержит литературные данные, посвященные радиационно-стимулированным элементам питания на основе альфа- и бета-источников.

Рассмотрены примеры применения прямого и косвенного преобразования альфа-излучения, а также дана оценка применимости альфа-источников для создания элементов питания МЭМС.

Рассмотрены элементы питания, основанные на бета-источниках. Приведены примеры батарей питания с применением 33Р, 3Н и 63№, дана оценка эффективности таких элементов. Приведено обоснование выбора бета-источника для дальнейшего математического моделирования бетавольтаического эффекта. Также рассматривается влияние альфа- и бета-излучения на свойства кремниевых структур. Приведены работы по исследования микротвердости кремния под действием радионуклидов. Определены основные требования, предъявляемые к изотопам, применяемым для создания кремниевых радиационно-стимулированных элементов электрического питания.

Радионуклид должен отвечать следующим требованиям: энергия бета-должна быть ниже порога дефектообразования для кремния, активность не должна превышать десятых кюри на см2, для применения широким спектром потребителей, должны отсутствовать побочные излучения, в том числе гамма- лучи.

Во второй главе диссертации приведены сведения об объектах исследования, описаны экспериментальные установки, методики исследования характеристик опытных образцов и методика проведения модельного эксперимента бетавольтаического эффекта на растровом электронном микроскопе.

введены обозначения: А - амперметр, V - вольтметр, Кн - сопротивление нагрузки, п* и р" - соответственно пир области диода, го- радиус образна, с1П - ширина п области, с! -ширина ОПЗ, гс, 1С и Ес - соответственно радиус, ток и энергия электронного пучка, г и т. -координаты цилиндрической системы

Модельный эксперимент бетавольтаического эффекта проводился на электронном микроскопе РЭМ-100У. Энергия первичных электронов при этом варьировалась в диапазоне 5-40 кэВ, ток пушки зависел от коэффициента рассеяния электронов и автоматически регулировался системой управления пушкой, так что его значение было в диапазоне от 20 до 300 нА. Схема электронного облучения приведена на рис. 1. В ходе

эксперимента сопротивление нагрузки менялось от 0 до бесконечности. Промежуточные значения сопротивления выбирались из принципа наибольшего изменения тока генерации диода в процессе облучения электронами.

Исследование с радиоактивными источниками проводились в ОАО «ГНЦ НИИАР» г. Димитровград.

В третьей главе содержатся результаты экспериментальных исследований по определению параметров структуры и результаты генерации тока при облучении рт-структур моноэнергетическим электронным пучком с энергиями электронов в диапазоне от 15 кэВ до 40 кэВ, соответствующие энергетическому спектру бета-йсточников. Определены зависимости скорости генерации носителей заряда и коэффициента полезного действия для различных энергий облучения от сопротивления внешней нагрузки. А также проводится численное моделирование генерации носителей заряда при электронном облучении. Определена функция, описывающая профиль энерговыделения для различных энергий облучения. На основе экспериментальных данных, полученных во второй главе, определены основные параметры модели.

Глава содержит требования, предъявляемые к опытных образцам на которых возможен бетавольтаический эффект с максимальным КПД. Самым оптимальным вариантом структуры для бетавольтаического эффекта являются кремниевые диоды на низколегированных подложках с небольшим поверхностным слоем.

Рис. 2 Зависимость КПД солнечного элемента от сопротивления нагрузки цепи при электронном облучении с различными энергиями электронов

Из экспериментальных данных по облучению рт-структур электронами средних энергий определена зависимость коэффициента генерации носителей заряда от сопротивления нагрузки для различных энергий облучения. Экспериментальное значение скорости генерации при коротком замыкании лежит в диапазоне 5000-6000 для электронов с энергиями 30-40 кэВ, а при уменьшении энергий электронов до 15 кэВ

скорость генерации уменьшается в 5 раз. Но при этом при увеличении энергии электронов от 30 до 40 кэВ по теоретическим данным скорость генерации должна увеличиться на 33%, что на практике не наблюдается. Также была определена зависимость КПД от сопротивления нагрузки для различных энергий облучения. Максимальное значение КПД опытной структуры наблюдалось для энергии облучения 30 кэВ и варьировалось от 1 до 1,5% при внешней нагрузке в 400-600 Ом (рис. 2).

Четвертая глава посвящена математическому моделированию генерации носителей заряда в ОПЗ при моноэнергетическом электронном облучении, определению основных параметров модели бетавольтаического эффекта.

При моделировании генерации носителей заряда в ОПЗ для кремниевой pin структуры при электронном облучении были учтены следующие процессы: генерация электронно-дырочных пар за счет ионизации атомов кремния при электронном облучении, диффузия электронов в объеме ОПЗ, дрейфовый перенос носителей заряда электрическим полем в ОПЗ, а также рекомбинация. В модели предполагалось, что носители, сгенерированные в п области, не вносят вклад в ток, поскольку практически сразу рекомбинируют, таким образом, исключалась возможность диффузии дырок из п области в ОПЗ.

Количество генерируемых электронно-дырочных пар определялась энергией бета-частицы N=Eo/E¡, где Ео - энергия бета-частицы, a E¡=3,8 эВ -характеристическая энергия для кремния, определяемая как линейная функция запрещенной зоны [9]. При этом генерация носителей заряда должна быть пропорциональна функции энерговыделения, определяемой из табличных данных [10, 11].

Для расчета профилей энерговыделения в 3-х мерной геометрии используется метод Монте-Карло, но он требует много машинного времени. Предложенная в данной работе функция Гаусса для описания профиля энерговыделения достаточно хорошо описывает экспериментальные данные и не требует длительного машинного расчета в отличие от других способов расчета профилей [12]. Поэтому профиль энерговыделения

аппроксимировался функцией Гаусса G(z) = Лехр|-^ ^ j, которая содержит

три параметра - z(), он А. Параметр А определялся следующим образом:

л = ——у-^г-, здесь N - число электронов,

(Z-Zo) (1 -H{r-re))rdrck

чн-^

генерируемых одной бета-частицей, 1е - поток бета-частиц, о*"- полуширина функции энерговыделения, определяемая из справочных данных, го- глубина проникновения электронов с максимальным энерговьтделепием, ге - радиус электронного луча, показанный на рис. 1, Н(г-г0) — функция Хэвисайда.

Для вычисления пробега электронов К (мг/см2) в различных материалах использовалось следующее масштабное преобразование [13]:

R(E) = 0.482(^/^)7?,,, где А - атомный номер, Z - атомный вес, Rai -пробег электронов в алюминии:

/ v1.265 -0.0954 1п[ — I

( Е ) UJ

RA1 = 0.421 -

м F '

где Е - энергия электронов (МэВ), Ео - энергия равная 1 МэВ.

Из справочных данных для энергий электронного облучения 0.1, 0.5, 2 и 3 МэВ были определены величины z0 и ст! Аппроксимация полученных зависимостей линейной и квадратичной функциями (рис.3) позволила рассчитать значения величин z0 и а для электронного пучка с энергиями 1540 кэВ.

Значения глубины максимального энерговыделения и полуширины функции энерговыделения определялись по полученным зависимостям:

2о = 0,36-ВД,ст = 0,ЬЯ(£)2

Таким образом, определяя величину пробега электронов R(E) и рассчитывая величины z0 и о*по полученным зависимостям можно получить параметры Zo, с/и А для энергий электронов в диапазоне от 10 до 100 кэВ, т.е. энергий бета- частиц.

Плотность тока сгенерированных носителей и их распределение в ОПЗ определялись из решения уравнения непрерывности: дп

— = -divj -nR + G t Где R - коэффициент рекомбинации, G -dt

коэффициент генерации электронов, j — плотность тока, п - концентрация генерированных электронов.

^ мг/смг .

Рис.3 Зависимость глубины максимального энерговыделения и полуширины функции энерговыделения от глубины проникновения электронов

Уравнение непрерывности было решено для двух случаев: при постоянной величине напряженности электрического поля в ОПЗ и при линейно убывающей напряженности поля. Решение уравнения в первом

случае был получено аналитически и численно с целью верификации численного решения. Во втором случае решение было получено только численно, и полученные результаты были использованы для описания и объяснения экспериментальных данных.

Необходимо отметить, что решения уравнений в первом и втором случаях отличаются незначительно, а в самом уравнении постоянная напряженность поля меняется на ее линейную зависимость.

На основе математического моделирования для дальнейшего исследования была разработана компьютерная программа, позволяющая рассчитать ток генерации в зависимости от геометрии структуры (код программы приведен в приложении диссертации).

Сравнение численных и экспериментальных значений тока генерации представлено на рис. 4. Некоторое расхождение экспериментальных точек с теоретическим расчетом связано с наблюдаемой зарядкой поверхности образцов. Подтверждением этого явления может быть то, что при электронном облучении ток пушки возрастал в несколько раз при увеличении сопротивления нагрузки и увеличении напряжения источника соответственно.

4Е-5

ЗЕ-5 < 2Е-5

-э

1Е-5

100 150 200 250 300 350 и, мВ

Рис. 4 Вольтамперная характеристика рщ-диода при электронном облучении с энергией луга 30-40 кэВ. Ток генерации был нормирован на ток электронной пушки, выраженный в единицах Ки. Точки - экспериментальные значения, линии - численный расчет

Пятая глава посвящена численному моделированию и экспериментальному исследованию генерации тока при бета-облучении изотопом 63Мь Определены спектры тока генерации для различной ширины ОПЗ и глубины залегания рп-перехода, скорость генерации носителей заряда от глубины проникновения электронов под действием изотопов бз№, зависимость тока генерации носителей заряда от глубины залегания рп-перехода для различной ширины ОПЗ. Обнаружена зарядка поверхности кремниевой рп-структуры в результате бета-облучения. Определены основные механизмы и закономерности, влияющие на бетавольтаический эффект. Проводится расчет наиболее эффективной кремниевой структуры

для радиационно-стимулированного источника электрического питания. А также приводится верификация модельного расчета с применением бета-источника б3№ различной активности.

Для расчета оптимальной структуры радиационно-стимулированного источника тока в процессе моделирования менялись такие параметры как глубина залегания рп-перехода и ширина ОПЗ. Перед проведением численного эксперимента из справочных данных определялся энергетический спектр бета-частиц, для каждой бета-частицы проводилось моделирование тока генерации в структуре с заданной шириной ОПЗ и глубиной залегания рп-перехода при фиксированном коэффициенте рекомбинации.

Скорость генерации носителей заряда определялась по формуле:

в(К) П(Е) • в{Я, Е)с1Е г

где А(Е) - амплитуда функции поглощения, П(Е) - энергетический спектр бета-источника 63№, Е,-энергия при которой начинается генерация носителей заряда, равная 15 кэВ, Е2-максимальная энергия изотопа 63№, равная 67 кэВ, 0(11, Е) - функция энерговыделения, взятая в виде функции Гаусса.

На рисунке 1 изображена схема облучения электронами, которая учитывает только электроны, движущиеся по нормали к поверхности образца, но бета-электроны движутся к поверхности под разными телесными углами с равной вероятностью. Чтобы учесть разнонаправленность бета-частиц в модели радиационно-стимулированного источника питания функция генерации задается следующим образом (рис. 5). В точке О происходит генерация от каждого участка поверхности источника бета-частиц ёг. Таким образом функция генерации в т.О будет равна сумме сгенерированных носителей заряда от всей площади бета-источика и может быть вычислена следующим образом:

» ос 2гг _

С(г) = — | ^(л/г2 + г1 )гс1(рс1г

где С - нормировочный коэффициент, вычисляемый из предположения, что общее количество сгенерированных носителей заряда одинаково в обоих случаях.

Таким образом, принимая во внимания хаотичное направление движения электронов при расчете тока генерации, были получены спектры тока генерации для различной ширины ОПЗ и глубины залегания рп-перехода, зависимости скорости генерации носителей заряда от глубины проникновения электронов под действием изотопов 63№, а также тока генерации носителей заряда от глубины залегания рп-перехода для различной ширины ОПЗ.

4Е-5

О 0.02 0.04 0.06 0.08 Е, МэВ

0 мкм " 2 мкм -4 мкм . 6 мкм

Рис. 5 Угловое распределение бета-электронов

Рис. 6 Спектр тока генерации от глубины залегания рп-перехода для ширины ОПЗ 8 мкм с применением изотопа на основе 63№ активностью 20 мКи

На рис. 6 представлен спектр тока генерации для разных глубин залегания рп-перехода с шириной ОПЗ 8 мкм от бета-источника 63№ активностью 20 мКи. Глубина залегания рп-перехода варьировалась от 0 до 8 мкм и как видно из рисунка, чем меньше глубина, тем больше ток генерации. Данный факт объясняется тем, что частицы, испускаемые изотопом, рекомбинируют в верхнем слое, не успев долететь до области генерации носителей заряда или ОПЗ. Также наблюдается смещение максимума генерируемого тока, которое связано с распределением функции энерговыделения для электронов различной энергии. Функция энерговьгделения имеет максимум, поэтому в зависимости от того, какая часть спектра распределения попадает в область генерации носителей, определяется выходной ток структуры. Видно также, что минимальная энергия бета-частиц, при которой начинает происходить генерация тока в структуре, зависит от глубины залегания рп-перехода. Чем больше глубина, тем большая начальная энергия частиц необходима для преодоления поглощающего слоя. Напротив, правая часть спектра практически одинакова для всех структур, поскольку определяется формой спектра бета-частиц, который стремится к нулю при энергиях 67 кэВ.

По графику зависимости скорости генерации носителей заряда от глубины проникновения с применением изотопа на основе бз№ активностью в 1 Ки видно (рис.7), что область с максимальной генерацией носителей заряда лежит в области до 4-6 мкм с максимумом в районе 1,5 мкм.

1000 800 0 600

200

0 10 20 30

г, мкм

Рис. 7 Зависимость скорости генерации носителей заряда на одну бета-частицу от глубины проникновения электронов с применением изотопа на основе 63№ с учетом углового распределения

2.5Е-5

2Е-5

, 1.5Е-5 <

4 1Е-5 5Е-6 0

0 0.02 0.04 0.06 0.08 Е, МэВ

Рис, 8 Спектр тока генерации от ширины ОПЗ для глубины залегания рп-перехода 2 мкм с применением изотопа на основе и№ активностью 20 мКи

На рис. 8 представлен спектр тока генерации структуры с глубиной залегания перехода 2 мкм от ширины ОПЗ в пределах от 4 до 10 мкм. На графиках видна слабая зависимость выходного тока от ширины области пространственного заряда, что сохраняется и для других глубин залегания рп-перехода. Это объясняется тем, что максимальная генерация носителей заряда происходит до 4 мкм, поэтому значение тока для ширины ОПЗ от 6 до 10 мкм не сильно различается. Различие для ширины ОПЗ 4 мкм, на наш взгляд, можно объяснить тем, что в ОПЗ дрейфовый ток превышает диффузионный, поэтому скорость рекомбинации сгенерированных носителей в этом случае больше, чем для больших значений ширины ОПЗ.

На основе полученной модели был рассчитан ток генерации для кремниевых структур с различными значениями ОПЗ и глубиной залегания

1 1 ' 1 1 1 Л\\ --- 1 1 1 мкм _

/ А-- 2 мкм

4 мкм-

6 мкм _

8 мкм

\ 10 мкм

- Г \ л

: ,1 4 А -

. <// . 1 1 ^

рп-перехода. На рис. 9 представлена зависимость тока генерации носителей от глубины залегания перехода для различных значений ширины ОПЗ с применением изотопа 63№ активностью 40 мКи. Как видно, с увеличением ширины ОПЗ наблюдается повышение значения выходного тока. Для ширины ОПЗ 10 мкм выходной ток для глубины залегания рп-перехода 0 и 8 мкм составил 63 нА и 7 нА соответственно, а для ширины ОПЗ 4 мкм при тех

Рис. 9 Зависимость тока генерации носителей заряда от глубины залегания рп-перехода для ширины ОПЗ от 4 до 10 мкм с применением изотопа й № активностью 40 мКи

Таким образом, результаты моделирования свидетельствуют, что глубина залегания перехода влияет на ток генерации существенно больше, чем ширина ОПЗ, при условии, что ширина ОПЗ больше 4 мкм. Для создания структуры с максимальным выходным током необходимо, чтобы глубина залегания перехода была как можно меньше, ширина области генерации носителей заряда была порядка нескольких микрометров и залегала в области максимальной генерации.

Для верификации модели и определения возможностей использования бетавольтаического эффекта на практике были проведены эксперименты на базе центра коллективного пользования Ульяновский государственный университет - ОАО «ГНЦ НИИАР» в г. Димитровград по облучению опытных образцов. Твердотельные бета-источники активностью 10-40 мКи были изготовлены по технологии электролиза.

На рис.10 представлены экспериментальные результаты наблюдения токов генерации и напряжении ЭДС от бета-источников различной активности для образца с глубиной залегания рп-перехода 1,8 мкм и шириной ОПЗ 8 мкм. С учетом токов утечки, достаточно больших для этого типа образцов, экспериментальные данные соответствуют численным расчетам.

Напряжения ЭДС (рис.10) не достигают номинальных значений (0,35В) для этого типа образцов, а ограничиваются напряжениями, при которых ток генерации становится равным темновому току. Данные значения напряжений

определялись на обратной ветке В АХ при экспериментально наблюдаемом токе генерации.

Рис.10 Экспериментальные данные токов генерации и напряжения ЭДС от бета-источников различной активности

Кремниевый рт-диод с глубиной залегания 6,5 мкм был подвергнут облучению в течение года с использованием радионуклида 63№ активностью 40 мКи. При этом ток генерации составлял 40-50 нА, следовательно, деградации структуры не происходит. Зависимость напряжения холостого хода от времени облучения представлена на рис. 11. Как видно напряжение уменьшается более чем в три раза за 15 суток, затем испытывает скачки в диапазоне 6-15 мВ. Характерное время уменьшения напряжения ЭДС на разных временных участках приблизительно одинаково. На наш взгляд данный эффект связан с зарядкой поверхности образца в результате облучения бета-частицами радионуклида 63М. Часть бета-частиц проникает вглубь образца,и затем накопленный отрицательный заряд стекает через контакты рп-перехода. Небольшая часть бета-частиц попадает в ловушки на границе окисел-кремний и создает поверхностный заряд, что меняет наблюдаемое значение напряжения ЭДС.

На рисунке линиями показана динамика накопления заряда в течение 10-20 суток и формирования каналов стока заряда в моменты времени А и В. В моменты времени А и В (рис.11) на твердотельный бета-источник происходило механическое воздействие, что обеспечило условия для стока заряда. В дальнейшем динамика накопления заряда носила случайный характер, но значение напряжения в пиках достигало значений 10-17 мВ, что свидетельствует о том, что деградации структуры не происходило, а все изменения ЭДС можно объяснить накоплением заряда и формированием каналов стока. Таким образом, зарядка уменьшает энергоэффективность исследуемых образцов в несколько раз.

5 12 8

Рис. 11 Зависимости напряжения ЭДС от времени воздействия бета-источников активностью 40 мКи

При моделировании учитывались процессы генерации только при прямом преобразовании энергии бета-частиц в электрическую энергию бетавольтаических элементов. В соответствии с расчетами для образцов с глубиной залегания 1,2 мкм ток генерации составил 13 и 50 нА для источников активностью 10 и 40 мКи соответственно. Различие в экспериментальных и численных значениях тока можно объяснить несколькими причинами. Во-первых, происходит зарядка поверхности, которая влияет на генерацию тока, что невозможно учесть в модели. Во-вторых, в модели не учитывается генерация в приповерхностном слое и вклад этих носителей в ток. Таким образом, при использовании источника активностью 40 мКи в эксперименте наблюдаются завышенные в 1,2-1,7 раз токи в сравнении с численной оценкой, а при 10 мКи наоборот, что можно объяснить различным характером зарядки. Действительно при 10 мКи влияние зарядки будет существенно меньше, в результате численная оценка практически совпадает с экспериментальными значениями. При 40 мКи экспериментальные значения варьируются от 60-90 нА, что также указывает на влияние зарядки.

В эксперименте использовались образцы двух типов с глубиной с глубиной залегания рп-перехода - 1,2 мкм и 6,5 мкм соответственно. По нашим расчетам в этом случае отношение токов генерации составляет 3,1, а по экспериментальным данным это отношение составило 2,5 раза соответственно. Таким образом, в пределах принятых допущений модель качественно описывает экспериментальные данные, а также с точностью 5% совпадает с экспериментальными значениями.

В заключении кратко перечислены основные новые результаты диссертационной работы и перспективы дальнейших исследований.

В приложении приведен код программы радиационно-стимулированного источника тока.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе:

• Выявлены основные механизмы и закономерности бетавольтаического эффекта с помощью модельного эксперимента на растровом электронном микроскопе РЭМ-100У.

• Проведено численное моделирование радиационно-стимулированной генерации тока, которое учитывает процессы генерации бета-частицами носителей заряда в ОПЗ, их диффузию, дрейф и рекомбинацию. На основании моделирования написана компьютерная программа, позволяющая определять ток генерации структуры.

• Были определены спектры тока генерации для различной ширины ОПЗ и глубины залегания рп-перехода, скорость генерации носителей заряда от глубины проникновения электронов под действием изотопов 63Ni, а также зависимость тока генерации носителей заряда от глубины залегания рп-перехода для различной ширины ОПЗ. На основе расчета определена наиболее эффективная структура радиационно-стимулированного источника тока.

• При длительном облучении кремниевых полупроводниковых структур изотопом 63Ni различной активности обнаружен эффект накопления зарядка на поверхности рп-структуры, который уменьшает ЭДС структуры.

• Доказано что деградация структуры в результате воздействия бета-источника fi3Ni активностью 40 мКи не происходит.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю профессору д.ф.-м.н. Б.М. Костишко за постановку задач, детальное обсуждение результатов работы и всестороннюю поддержку, к.ф.-м.н. Ю.С. Нагорнову за детальное обсуждение основных положений диссертационного исследования, а также д.х.н. В.М. Радченко за многолетнюю совместную работу.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи, опубликованные в журналах, включенных в Перечень ВАК:

1. Пчелинцева, Е.С. Моделирование радиационно-стимулированного источника тока на pin структурах / Е.С. Пчелинцева [и др.] // Известие вузов. Поволжский регион. 2009. №3(11). с.113-125.

2. Пчелинцева, Е.С. Радиационно-стимулированный источник энергии на основе изотопа никель-63 / Е.С. Пчелинцева [и др.] // ВАНТ. Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. Вып. 1. 2011. с.65-69

3. Пчелинцева, Е.С. Влияние зарядки на бетавольтаический эффект с использованием радионуклида никель-63 / Е.С. Пчелинцева [и др.] // Известия высших учебных заведений. Электроника. №1(87). 2011. с. 90-91

Другие публикации:

1. Нагорнов, Ю.С Моделирование формирования 3C-SiC нанокристаллов в процессе высокотемпературной карбонизации пористого кремния методом Монте-Карло / Ю.С. Нагорнов, Е.С. Пчелинцева, Б.М. Костишко [и др.] // Труды X международной конференции Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы, Ульяновск.: УлГУ, 2008, с. 128.

2. Пчелинцева, Е.С. Определение скорости генерации носителей заряда в фотодиоде в процессе облучения электронами различных энергий / Е.С. Пчелинцева [и др.] // Труды X международной конференции Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы, Ульяновск.: УлГУ, 2008, с.213.

3. Пчелинцева, Е.С. Модель радиационно-стимулированного источника питания для микроэлектромсханических систем / Е.С. Пчелинцева [и др.] // Труды XI международной конференции Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы, Ульяновск.: УлГУ, 2009, с. 233-234.

4. Пчелинцева, Е.С. Определение мощности и КПД рт-структур при бета облучении / Е.С. Пчелинцева [и др.] // Труды XI международной конференции Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы, Ульяновск.: УлГУ, 2009, с. 235.

5. Пчелинцева, Е.С. Определение эффективности кремниевого солнечного элемента при облучении электронами различных энергий / Е.С. Пчелинцева [и др.] // Тезисы докладов VI Российской конференции с международным участием по физике, материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе, М.: МИСиС, 2009, с. 224.

6. Пчелинцева, Е.С. Моделирование свойств радиационно-стимулированного источника питания на основе кремниевых pin-структур / Е.С. Пчелинцева [и др.] // Тезисы докладов VI Российской конференции с международным участием по физике, материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе, М.: МИСиС, 2009, с. 185186.

7. Пчелинцева, Е.С. Численное и аналитическое решение задачи генерации носителей заряда при электронном облучении биполярных диодов / Е.С. Пчелинцева // Материалы 12-ой региональной научной школы-семинара «Актуальные проблемы физической и функциональной электроники», т. 2, Ульяновск, 2009, с. 64-65.

8. Пчелинцева, Е.С. Влияние зарядки поверхности образцов на бетавольтаический эффект / Е.С. Пчелинцева [и др.] // Тезисы докладов VII Российской конференции с международным участием по физике, материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе, М.: МИСиС, 2010. с. 250.

9. Нагорнов, Ю.С. Экспериментальное исследование бетавольтаического эффекта на примере pin структур / Ю.С. Нагорнов, Е.С. Пчелинцева, Б.М. Костишко [и др.] И Труды IX Российской конференции по реакторному материаловедению, Димитровград, 2009, с. 185-187.

10.Нагорнов, Ю.С. Влияние зарядки поверхности образцов на бетавольтаический эффект / Ю.С. Нагорнов, Е.С. Пчелинцева, Б.М. Костишко [и др.] // Тезисы докладов VII Российской конференции с международным участием по физике, материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе, М.: МИСиС, 20Ю.с. 250

11. Нагорнов, Ю.С. Влияние зарядки поверхности на ЭДС р-n- структур при бетавольтаическом эффекте / Ю.С. Нагорнов, Е.С. Пчелинцева, Б.М. Костишко [и др.] // Труды XII международной конференции Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы, Ульяновск.: УлГУ, 2010, с. 229.

12.Костишко, Б.М. Радиационно-стимулированные источники энергии на основе бета-изотопов / Б.М. Костишко, Е.С. Пчелинцева, Ю.С. Нагорнов [и др.] // Сборник научных работ. Инновационные технологии. УлГУ 2010., с. 94-111.

13.Пчелинцева, Е.С. Влияние поверхностной зарядки на мощность р-п-структуры под действием изотопа Ni-63 / Е.С. Пчелинцева [и др.] // XX Международное совещание «Радиационная физика твердого тела», т.1, 2010., с. 274-275.

Список цитируемой литературы

1. Lee, S-K. Development of nuclear micro-battery with solid tritium source / S-K. Lee [et al.] // Applied Radiation and Isotopes. - 2009. - Issues 7-8. V. 67, -P. 1234-1238.

2. Hurysz, K.M. The processing of titanium hydride powders into uniform hollow spheres / K.M. Hurysz // Master's Thesis of Georgia Institute of Technology. -1998.-P. 56-61.

3. Kherani, N.P. Electron flux at the surface of titanium tritide films / N.P. Kherani, W.T. Shmayda // Fusion Technology. - 1992. - V. 21. P. 334-339.

4. Eiting, C.J. Demonstration of radiation resistant, high efficiency SiC betavoltaic / C.J. Eiting, V.Krishnamoorthy, S. Rodgers // Applied Physics letters, 88, 2006. P. 064101-1-064101-3

5. Wang, Z. Direct-Current Nanogenerator Driven by Ultrasonic Waves / Zhong lin Wang [et all] // Science. -2007. V. 316. P. 102-105.

6. Guo, H. Technical Digest / H. Guo, A. Lai // IEEE Transducers, Boston, MA. -2003.-V. 1.-P. 36-39.

7. Blanchard, J. Nuclear microbatteries for MEMS and nano devices / J. Blanchard [et al.] // Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology—APCOT. - 2006. - P. 1-4.

8. Chandrashekhar, M. Demonstration of a 4H SiC betavoltaic cell / M. Chandrashekhar [et al.] // Appl. Phys. Lett. - 2006. - V. 88. - P.033506-1.

9. Цербст, M. Контрольно-измерительная техника / M. Цербст // M.

Энергоатомиздат. 1989, с. 320. Ю.Кикоин, И.К. Таблицы физических величин. Справочник. / И.К. Кикоин //

Атомиздат. -М.- 1976, - С. 1008. П.Григорьев, И.С. Справочник физических величин / И.С. Григорьев, Е.З. Мейлихов // Энергоатомиздат. - М. - 1991, — С. 1232.

12.Исследование профиля энерговыделения в NaCl при облучении / Ганн

B.В. [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. - 2005, -Вып. 88.-С. 32-35.

13.Михайлович, Я.Б. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов / Я.Б. Михайлович, A.A. Детлаф // Наука. - М. - 1977. - С. 944.

14. Родичев, С.В.Бета- и антинейтринное излучение радоактивных ядер /

C.B. Родичев [и др.] // Справочник. - Энергоатомиздат, 1989, 797с.

Подписано в печать 18.10.11. Формат 60x84/1 б. Усл. печ. л. 1. Тираж 110 экз. Заказ 195 !&Ю

Отпечатано в Издательском центре Ульяновского государственного университета 432000, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Выводы по главе 5

Для расчета оптимальной структуры радиационно-стимулированного источника тока в процессе моделирования менялись такие параметры как глубина залегания рп-перехода и ширина области пространственного заряда (ОПЗ). Перед проведением численного эксперимента из справочных данных определялся энергетический спектр бета-частиц, для каждой бета-частицы проводилось моделирование тока генерации в структуре с заданной шириной ОПЗ и глубиной залегания рп-перехода при фиксированном коэффициенте рекомбинации.

По зависимости тока генерации для разных глубин залегания р-п-перехода с шириной ОПЗ 8 мкм от бета-источника 63№ активностью 20 мКи видно, что чем меньше глубина, тем больше ток генерации. Данный факт объясняется тем, что частицы, испускаемые изотопом, рекомбинируют в верхнем слое, не успев долететь до ОПЗ. Также наблюдается смещение максимума генерируемого тока, которое связано с распределением энерговыделения для электронов различной энергии.

Показано также, что минимальная энергия бета-частиц, при которой начинает происходить генерация тока в структуре зависит от глубины залегания р-п-перехода. Чем больше глубина, тем большая начальная энергия частиц необходима для преодоления поглощающего слоя. При моделировании зависимости тока генерации с глубиной залегания перехода 2 мкм от ширины ОПЗ видно, что максимальная генерация тока происходит для значения ширины ОПЗ до 4 мкм, вариация этой величины в пределах 610 мкм практически не влияет на генерацию тока.

По зависимости напряжения холостого хода от времени облучения видно, что напряжение уменьшается более чем в три раза за 15 суток, затем испытывает скачки в диапазоне 6-15 мВ. Характерное время уменьшения напряжения ЭДС на разных временных участках приблизительно одинаково. Данный эффект определяется зарядкой поверхности образца в результате облучения бета-частицами радионуклида 63№. Действительно, часть бета-частиц проникает вглубь образца, и затем накопленный отрицательный заряд стекает через контакты р-п-перехода. Небольшая часть бета-частиц попадает в ловушки на границе окисел-кремний и создает поверхностный заряд, что меняет наблюдаемое значение напряжения ЭДС. В пользу зарядки говорит также тот факт, что изменения ЭДС носят обратимый характер.

В соответствии с расчетами для образцов типа А ток генерации составил 13 и 50 нА для источников активностью 10 и 40 мКи соответственно. При проведении экспериментальных измерений у образцов типа А наблюдались токи генерации в диапазонах 30-40 и 60-90 нА для источников активностью 10 и 40 мКи соответственно. Различие в экспериментальных и численных значениях тока генерации можно объяснить несколькими причинами. Во-первых, происходит зарядка поверхности, которая отрицательно влияет на генерацию тока, что невозможно учесть в модели. Во-вторых, в модели не учитывается генерация в приповерхностном слое и вклад этих носителей в ток.

Основным отличием образцов типа А и В является глубина залегания рп-перехода - 1,2 мкм и 6,5 мкм соответственно. По расчетам в этом случае отношении токов генерации составляет 3,1, а по экспериментальным данным это отношение составило 2,5 раза. Таким образом, в пределах принятых допущений модель качественно описывает экспериментальные данные.

В дальнейшем необходимо создавать структуры с элементами для стока заряда. В этом случае время непрерывной работы радиационно-стимулированных источников тока будет определяться только периодом полураспада бета- источника.

Заключение

Таким образом, были проведены исследования процесса генерации тока в pin структурах при облучении электронами с энергиями в диапазоне от 5 до 40 кэВ на растровом электронном микроскопе РЭМ-100У. Модельный эксперимент показал, что в применяемых структурах электроны с энергией 5 кэВ не генерируют ток, что может быть объяснено поглощением низкоэнергетичных электронов в верхнем слое pin-структуры, из-за чего первичные электроны не достигают ОПЗ.

Экспериментальное значение скорости генерации при облучении электронами лежат в диапазоне 5000-6000 для электронов с энергиями 30-40 кэВ, однако при уменьшении энергии электронов до 15 кэВ скорость генерации уменьшается более, чем в 5 раз. При этом, учитывая теоретическое значение скорости генерации как отношения энергии первичных электронов к характеристической энергии для кремния, должно было наблюдаться увеличение скорости генерации на 33% при увеличении энергии от 30 до 40 кэВ. На практике увеличение произошло только на 10%. Таким образом, для исследуемого типа структур облучение электронами с энергией 30 кэВ является оптимальным.

Действительно, при облучении исследуемых диодов энергией 15 кэВ, степень эффективности составила около 0,2%, а при облучении в 30-40 кэВ, при внешней нагрузки в 400-600 Ом, варьировалась от 1 до 1,5%. КПД структуры при облучении электронами энергией 30 кэВ оказался примерно на 25% больше чем при облучении электронами энергией 40 кэВ. Наблюдаемые различия в КПД могут быть объяснены рекомбинацией в верхнем поглощающем слое, а также потерями за счет темновых токов. Результаты модельных экспериментов показывают, что кремниевые pin структуры с глубиной залегания рп-перехода менее 5 мкм могут быть использованы в качестве структур с радиационно-стимулированной генерацией. глубиной залегания рп-перехода при фиксированном коэффициенте рекомбинации.

По зависимости тока генерации для разных глубин залегания рп-перехода с шириной ОПЗ 8 мкм от бета-источника 63№ активностью 20 мКи видно, что чем меньше глубина, тем больше ток генерации. Данный факт объясняется тем, что частицы, испускаемые изотопом, рекомбинируют в верхнем слое, не успев долететь до ОПЗ. Также наблюдается смещение максимума генерируемого тока, которое связано с распределением энерговыделения для электронов различной энергии.

Показано также, что минимальная энергия бета-частиц, при которой начинает происходить генерация тока в структуре зависит от глубины залегания рп-перехода. Чем больше глубина, тем большая начальная энергия частиц необходима для преодоления поглощающего слоя. При моделировании зависимости тока генерации с глубиной залегания перехода 2 мкм от ширины ОПЗ видно, что максимальная генерация тока происходит для значения ширины ОПЗ до 4 мкм, вариация этой величины в пределах 610 мкм практически не влияет на генерацию тока.

Для верификации модели и определения возможностей использования бетавольтаического эффекта на практике был проведен эксперимент на базе центра коллективного пользования Ульяновский государственный университет - ОАО «ГНЦ РФ НИИАР» в г. Димитровград с использованием изотопа 63№ различной активности. Были определены зависимости тока и ЭДС полученных структур от активности бета-источника. По зависимости напряжения холостого хода от времени облучения видно, что напряжение уменьшается более чем в три раза за 15 суток, затем испытывает скачки в диапазоне 6-15 мВ. Характерное время уменьшения напряжения ЭДС на разных временных участках приблизительно одинаково.

Данный эффект определяется зарядкой поверхности образца в

63 * результате облучения бета-частицами радионуклида N1. Действительно,

часть бета-частиц проникает вглубь образца, и затем накопленный

107 отрицательный заряд стекает через контакты р-п-перехода. Небольшая часть бета-частиц попадает в ловушки на границе окисел-кремний и создает поверхностный заряд, что меняет наблюдаемое значение напряжения ЭДС. В пользу зарядки говорит также тот факт, что изменения ЭДС носят обратимый характер.

Основным отличием образцов типа А и В является глубина залегания р-п-перехода - 1,2 мкм и 6,5 мкм соответственно. По расчетам в этом случае отношении токов генерации составляет 3,1, а по экспериментальным данным это отношение составило 2,5 раза. Таким образом, в пределах принятых допущений модель качественно описывает экспериментальные данные.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Пчелинцева, Екатерина Сергеевна, Ульяновск

1. Performance Prediction of Nuclear Micro Power Sources Based on Beta Emitters Электронный ресурс.: база данных. - Режим доступа: http://www.ecsdl ■org/termsjjse.i sp

2. Wang, Z. L. Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays / Z. L. Wang, J. Song // Science. -2006. V.312. - P. 243.

3. Mi, M. RF Energy Harvesting with Multiple Antennas in the Same Space / M Mi et al. // IEEE Antennas and Propagation Magazine. -2005. -V. 47. -N. 5. -P. 100-105.

4. Wang, X C)irect-Current Nanogenerator Driven by Ultrasonic Vaves / X Wang et al. // Science.-2007.-V316.-P. 102-.105.

5. Ддерная индустрия Электронный ресурс.: курс лекций. / Москгос.унив-т им. Ломоносова Режим доступа : http7yproibeck1nan.narod.ru/NIL 10.pdf (дата обращения 16.11.2009).

6. Olsen, L.C. Review of betavoltaic energy conversion / L.C. Olsen // Proceedings of the ХП Space Photovoltaic Research and Technology Conference, 1992. P. 256.

7. Bower, K. Polymers Phosphors and Voltaics for Radioisotope Microgenerators / 1С Bower et al. //CRC Press, Boca Raton, FL. -2002. -P. 441.

8. Sychov, MM Radioluminescent glass based light and power source Bower / MM. Sychov, K.E., Kavetsky, AG., Andreev, V.M. // In: Guo, R (Ed), Optoelectronics—Materials and Technology in the Information Age,. ACerS, Ohio Ceramic Transactions. -2002. -P. 126

9. Булярский, СВ. Изготовление и применение источников альфа-излучения / СВ. Булярский. Ульяновск: УлГУ, 2005. - 88 с.

10. Ануфриенко, В.Б. Использование сверхмногослойных наноструктур для прямого преобразования ядерной энергии в электрическую / ВБ. Ануфренко и др. // Нано- и микросисгемная техника -2008. -№8. С. 30-38.

11. Ануфриенко, В.Б. Преобразователи ядерной энергии в электрическую на вторичных электронов / В. Ануфриенко и др. // Российский химический журнал. 2006. Том. L. №5. С. 120-125.

12. Scott, A. Improving power density and efficiency of miniature radioisotopic thermoelectric generators / A. Scott et all. // Journal of Power Sources 180, 2008, P. 657-663

13. Kavetsky, A. G. Polymers, Phosphers, and Voltaics for Radioisotope Microbatteries / A. G. Kavetsky, S. P. Meleshkov, M. M. Sychov. 2002. - P. 1.

14. Blanchard, J. Technical Report No. DE-FG07-99ID13781/ J. Blanchard, D. Henderson, A. Lai // U.S. Department of Energy Award. 2002.

15. Sun, W / W. Sun et al. // Advanced Materials. 2005. V. 17. - P. 1230.

16. Eiting, C. J. / C. J. Eiting, V. Krishnamoorthy, S. Rodgers et al. // Applied Physics Letters. -2006. V. 88.-P. 064101.

17. Guo, H. Nanopower betavoltaic microbatteries / H. Guo, A. Lai // the 12th International Conference on Solid State Sensors, Actuators and Microsystems (Boston, 2003). Boston, 2003. - P. 36-39.

18. Lai, A. / A. Lai, R. Duggirala, H. Li // IEEE Pervasive Comput. 2005. - V. 4. - № 53. -P.75-80

19. Sun, W. A Three-Dimensional Potorus Silicon p-n Diode for Betavoltaics and Photovoltaics / W. Sun et al. // Adv. Mater. 2005. - V. 17. - P. 1230-1233.

20. Cress, C.D. InGaP alpha voltaic batteries: Synthesis, modeling, and radiation tolerance / C.D. Cress, B.J.Landi, R.P. Raffaelle, D.M. Wilt // Appl. Phys. 2006. -V. 100.-P. 114519.

21. Lynch, J./ J. Lynch, K. Loh // Shock Vib. Dig. 2006. - V. 38. - P. 91.

22. U.S. Environmental Protection Agency. Federal Guidance Report No. 13, 1999.

23. Lee, S-K. Development of nuclear micro-battery with solid tritium source / S-K. Lee et al. // Applied Radiation and Isotopes. 2009. - Issues 7-8. V. 67, - P. 1234-1238.

24. Hurysz, K.M. The processing of titanium hydride powders into uniform hollow spheres / K.M. Hurysz // Master's Thesis of Georgia Institute of Technology. 1998. -P. 56-61.

25. Kherani, N.P. Electron flux at the surface of titanium tritide films / N.P. Kherani, W.T. Shmayda // Fusion Technology. 1992. - V. 21. P. 334-339.

26. Lawrence, S. Parametric studies and optimization of the beta-voltaic cell — I. Short-circuit current / S. Lawrence // Solid-State Electronics. 1974. - V. 10. - P. 10911098.

27. Lawrence, S. Parametric studies and optimization of the beta-voltaic cell — II open-circuit voltage and power efficiencies / S. Lawrence // Solid-State Electronics. 1975. -V. l.-P. 71-77.

28. Apparatus and method for generating electrical current from the nuclear decay process of a radioactive material: пат. US 6774531 США. Опубл. 10.08.2004.

29. Радиоактивная батарейка эксплуатирует дырки от кремния Электронный ресурс. : Портал Membrana. Люди. Идеи. Технологии. Режим доступа http://www.membrana.rU/articles/inventions/2005/05/l 1/212100.html (дата обращения 16.11.2009)

30. Liu, Baojun Betavoltaics using scandium tritide and contact potential difference / Baojun Liu et all. // Applied Physics Letters 92. 2008. P. 083511-1-083511-3

31. Liu, B.K. / B.K. Liu P. et all. //Appl. Phys. Lett. 88, 134101 2006.

32. Kosteski T. // Ph.D thesis, University of Toronto, 2001.

33. Kherani, N. P. /N. P. Kherani et all. // J. Appl. Phys. 103, 2008. 024906.

34. Kosteski, Т. / T. Kosteski et all. // IEE Proc.: Circuits Devices Syst. 150, 2003. 274.

35. Kherani, N. P. / N. P. Kherani et all. // Fusion Technol. 28, 1995. 1609.

36. Eiting, C.J. Demonstration of radiation resistant, high efficiency SiC betavoltaic / C.J. Eiting, V.Krishnamoorthy, S. Rodgers // Applied Physics letters, 88, 2006. P. 0641011-064101-3

37. Guo, H. Technical Digest / H. Guo, A. Lai // IEEE Transducers, Boston, MA. 2003. -V. l.-P. 36-39.

38. S. D. Senturia, S. D. Microsystem Design / S. D. Senturia // Kluwer, Boston, 2001. -P.256

39. Lu,F. / F. Lu, H Lee, Lim // Smart Mater. Struct -2004. V. 13. - P. 57.

40. Duggirala, R. High efficiency p radioisotope energy conversion using reciprocating electromechanical converters with integrated betavoltaics / R. Duggirala, H. Li, A. Lai // Applied Physics Letters. 2008. - V. 92. - P. 154104.

41. Lu, F. / F. Lu, H. Lee, Lim // Smart Mater. Struct. 2004. - V. 13. - P. 57.

42. Duggirala, R. Technical Digest / R. Duggirala, H. Li, A. Lai // Solid State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head Island, SC. 2004. - V. 1. - P. 137-140.

43. Chandrashekhar, M. Demonstration of a 4H SiC betavoltaic cell / M. Chandrashekhar et al. // Appl. Phys. Lett. 2006. - V. 88. - P.033506-1.

44. Li, H. Self-reciprocating Radioisotope-Powered Cantilever / H. Li, A. Lai, J.Blanchard, D. Henderson // J. Appl. Phys. 2002. - V. 92. - P. 1122-1187.

45. Blanchard, J. Nuclear microbatteries for MEMS and nano devices / J. Blanchard et al. // Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology— APCOT. 2006. - P. 1-4.

46. M.E1-Wakil, Nuclear Energy Conversion, Amer. Nuc. Soc., 1978.

47. Han, G. / G. Han, M. Khan, Y. Fang, F. Cerrina // Journal of Vacuum Science and Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 2002. - V. 20.-P. 2666.

48. Han, G. / G. Han, F. Cerrina // Journal of Vacuum Science and Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 2000. - V. 18. - P. 3297.

49. Han, G. / G. Han, M. Khan, Y. Fang, F. Cerrina // Journal of Vacuum Science and Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 2002. - V. 20. - P. 2666.

50. Вавилов, B.C. Дефекты в кремнии и на его поверхности / B.C. Вавилов, В.Ф. Киселев, Б.Н. Мукашев // Наука. М. - 1990. - С. 212.

51. Емцев, В.В. Примеси и точечные дефекты в полупроводниках / В.В. Емцев, Т.В. Машовец // Радио и связь. М. - 1981. - С. 226.

52. Козлов, В.А. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и а1рЬа-частицами / В.А. Козлов, В.В. Козловский // Физика и техника полупроводников. 2001. - Вып. 35. - №7, - С. 769-795.

53. Обратимое изменение микротвердости кристаллов Si, вызванное малыми дозами облучения электронами / Ю.И. Головин и др. // Физика твердого тела. 2004. - Вып. 46.-№10,-С. 1790-1792.

54. Пагава, Т.А. Исследование рекомбинационных центров в облученных кристаллах p-Si / Т.А. Пагава // Физика и техника полупроводников. -2004. Вып. 38. - № 6. - С. 665-669.

55. Головин, Ю.И. Структура комплексов, ответственных за радиационно-стимулированное разупрочнение монокристаллов кремния / Ю.И. Головин, А.А. Дмитриевский, Н.Ю. Сучкова // Физика твердого тела. -2006. Т. 48, - Вып. 2. С. 262-265

56. Емцев, В.В. Примеси и точечные дефекты в полупроводниках / В.В. Емцев, Т.В. Машовец // Радио и связь. М. - 1981. - С. 226.

57. Витвовский Н.А., Машовец Т.В., Оганесян О.В. // Физика и техника полупроводников. 1978. - Т. 12. - Вып. 11. - С. 2143

58. Мукашев, Б.Н. Метастабильные и бистабильные дефекты в кремнии / Б.Н. Мукашев, Х.А. Абдуллин, Ю.В. Горелкинский // Успехи физических наук. 2000. - Т. 170. - № 2. - С. 143-155.

59. Коноплева, Р.Ф. Особенности радиационного повреждения полупроводников частицами высоких энергий. / Р.Ф. Коноплева, B.JI. Литвинов, Н.А. Ухин // Атомиздат. М. - 1971. - С. 234.

60. Радиационные методы в твердотельной электронике. / Вавилов B.C. и др. / Наука. М. - 1990. - С. 184.

61. Palmetshofer, L. Defect levels in H+-, D+- and He+-bombarded silicon / L. Palmetshofer, J. Reisinger // J. Appl. Phys. 1992. - V. 72, - № 6. - P. 21672173.

62. Deep level transient spectroscopy analysis of fast ion tracks in silicon / A. Hallen and etc. // J. Appl. Phys. 1990. - V. 67. - № 3. - P. 1266-1271.

63. Wondrak, W. Radiation defect distribution in proton-irradiated silicon / W. Wondrak, K. Bethge, D. Silber // J. Appl. Phys. 1987. - V. 62. - №8. - P. 3464-3466.

64. Wondrak, W. Buried recombination layers with enhanced n-type conductivity for silicon power devices / W. Wondrak, D. Silber // Physica. 1985. - V. 129B+C. - №1. - P. 322-326.

65. Hazdra, P. Nondestructive defect characterization and engineering in contemporary silicon power devices / P. Hazdra, J. Vobecky // Solid State Phenomena. 1999. - V. 69-70. - P. 545-550.

66. Батавин, B.B. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур / В.В. Батавин и др. // Измерения в электронике, М.: Радио и связь, 1985. с.264.

67. Пчелинцева, Е.С. Определение мощности и кпд pin структур при бета облучении / Е.С. Пчелинцева и др. // Труды XI международной конференции Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы, Ульяновск.: УлГУ, 2009, с. 235.

68. Цербст, М. Контрольно-измерительная техника// М.:Энергоатомиздат, 1989, 320с.

69. Кикоин, И.К. Таблицы физических величин. Справочник. / И.К. Кикоин // Атомиздат. М. - 1976, - С. 1008.

70. Григорьев, И.С. Справочник физических величин / И.С. Григорьев, Е.З Мейлихов // Энергоатомиздат. М. - 1991, - С. 1232.

71. Исследование профиля энерговыделения в NaCl при облучении / Ганн В.В. и др. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 2005, -Вып. 88.-С. 32-35.

72. Михайлович, Я.Б. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов / Я.Б. Михайлович, A.A. Детлаф // Наука. М. - 1977. - С. 944.

73. Пчелинцева, Е.С. Моделирование процесса генерации энергии в радиационно-стимулированном источнике питания для МЭМС/ Е.С. Пчелинцева и др. // Тезисы конференции «Многомасштабное моделирование процессов и структур в нанотехнологиях» 2009. с. 284-285.

74. Пчелинцева, Е.С. Экспериментальное исследование бетавольтаического эффекта на примере pin структур / Е.С. Пчелинцева и др. // Труды IX Российской конференции по реакторному материаловедению, Димитровград, 2009, с. 185-187.

75. Костишко, Б.М. Радиационно-стимулированные источники энергии на основе бета-изотопов / Б.М. Костишко и др. // Сборник научных работ. Инновационные технологии. УлГУ 2010., с. 94-111.

76. Родичев, С.В. Бета- и антинейтринное излучение радоактивных ядер / С.В. Родичев и др. // Справочник. Энергоатомиздат, 1989, 797с.

77. Вахетов, Ф.З. Экспериментальное исследование закономерностей накопления 63NÍ в реакторе БОР-бО / Ф.З. Вахетов и др. // Отчет об основных исследовательских работах, выполненных в 2003 г. -Димитровград: ФГУП "ГНЦ РФ НИИАР", 2003, С. 180-181.

78. Андрейчук, H.H. Источники на основе никеля-63 / Андрейчук H.H. // Отчет об основных исследовательских работах, выполненных в 2007-08 г. Димитровград: ФГУП "ГНЦ РФ НИИАР", 2007-2008, - С. 128-130.

79. Пчелинцева, Е.С. Влияние поверхностой зарядки на мощность р-п-структуры под действием изотопа ni-63 / Е.С. Пчелинцева и др. // XX Международное совещание «Радиационная физика твердого тела», т.1, 2010., с. 274-275.

80. Пчелинцева, Е.С. Влияние зарядки на бетавольтаический эффект с использованием радионуклида никель-63 / Е.С. Пчелинцева и др. // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2011. №1(87). С. 9092.

81. Пчелинцева, Е.С. Влияние зарядки поверхности на ЭДС р-n- структур при бетавольтаическом эффекте / Е.С. Пчелинцева и др. // Труды X международной конференции Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы, Ульяновск.: УлГУ, 2010, с. 229.

82. Пчелинцева, Е.С. Радиационно-стимулированный источник энергии на основе изотопа никель-63 / Е.С. Пчелинцева и др. // Вопросы атомной науки и техники. 2011.вып. 1. с. 65-69.