Расчет эффективности элементов питания на основе микроканального кремния и бета-источника никель-63

Актуальность и цели. Для полупроводниковых приборов нового поколения необходимы миниатюрные источники электрического питания, работающие достаточно продолжительное время и обладающие малыми габаритами. Внедрение планарных структур с радиационно-стимулированными элементами питания возможно в области, где традиционные источники энергии не доступны. Например, датчики утечки газа в шахтах, глубоководные элементы контроля, подземные датчики и т.д. В связи с этим разработка эффективного и коммерчески привлекательного источника энергии на основе бета-источников представляется актуальной задачей. Бета-источник никель-63 обладает огромным периодом полураспада (100,1 года) и достаточно высокой активностью, поэтому применение изотопа никеля позволит создать принципиально новые планарные элементы и датчики. Одним из наиболее интересных способов увеличения эффективности является применение микроканального кремния, в поры которого помещен бета-источник. Расчету эффективности элементов питания на микроканальном кремнии и бета-источнике на основе никеля-63 посвящена настоящая работа. Материалы и методы. В работе принята следующая модель микроканального радиационно-стимулированного источника тока. Каналы в кремнии проходят вдоль всего образца, что проще создать технологически и не изменяет логики расчетов. При этом все каналы имеют одинаковые размеры глубиной h и шириной l , а также периодически отстоят друг от друга на расстоянии m . Понятно, что наиболее эффективные структуры будут содержать наиболее глубокие каналы, поэтому этот параметр можно исключить из подбора, приняв h равным 400 мкм – максимальной глубине, доступной современной технологии. В настоящее время соотношение ширина/глубина также определяется технологией травления, но в наших расчетах примем, что оно независимо, поскольку технология ионного и электрохимического травления развивается достаточно быстро. Метод для расчета тока генерации численный. Результаты. Задача расчета эффективности является многопараметрической, поэтому для анализа полученных результатов были построены зависимости тока генерации от параметров структуры. Были получены зависимости тока генерации от геометрических параметров микроканального кремния. Оказалось, что оптимальное значение ширины канала l лежит в районе 2,5 мкм, при этом с ростом расстояния между каналами m происходит выход на насыщение тока генерации. С точки зрения эффективности оптимальными параметрами модельной структуры являются ширина микроканала, равная 2,5–3 мкм и расстояние между каналами, равное 10–12 мкм. Выводы. Рассмотрена возможность создания радиационно-стимулированных элементов на основе микроканального кремния с помещенным бета-источником в микроканалы. В качестве бета-источника взят никель-63 с активностью 40 мКи/см${}$. Показана технологическая готовность современного производства к созданию подобных структур на основе вертикальных p - n- переходов. Проведенный расчет эффективности этих структур показал, что токи генерации могут быть достигнуты в 1600 нА/см${}$, что в 20 раз больше, чем тот же показатель у монокристаллических структур.