RU2659618C1 - Преобразователь ионизирующих излучений с сетчатой объемной структурой и способ его изготовления - Google Patents
Преобразователь ионизирующих излучений с сетчатой объемной структурой и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659618C1 RU2659618C1 RU2017103167A RU2017103167A RU2659618C1 RU 2659618 C1 RU2659618 C1 RU 2659618C1 RU 2017103167 A RU2017103167 A RU 2017103167A RU 2017103167 A RU2017103167 A RU 2017103167A RU 2659618 C1 RU2659618 C1 RU 2659618C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- plate
- horizontal
- channels
- type
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 title claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 25
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 16
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- PXHVJJICTQNCMI-RNFDNDRNSA-N nickel-63 Chemical compound [63Ni] PXHVJJICTQNCMI-RNFDNDRNSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 25
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000000021 stimulant Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21H—OBTAINING ENERGY FROM RADIOACTIVE SOURCES; APPLICATIONS OF RADIATION FROM RADIOACTIVE SOURCES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; UTILISING COSMIC RADIATION
- G21H1/00—Arrangements for obtaining electrical energy from radioactive sources, e.g. from radioactive isotopes, nuclear or atomic batteries
- G21H1/06—Cells wherein radiation is applied to the junction of different semiconductor materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области преобразователей энергии ионизирующих излучений изотопных источников в электрическую энергию Э.Д.С. Такие источники отличаются от конденсаторов и аккумуляторов много большей энергией, приходящейся на единицу объема, но малой выделяемой мощностью в единицу времени. Он способен обеспечить прямую зарядку мощного аккумулятора или конденсатора при отсутствии солнечного излучения при минимальном его весе и размере, при этом срок службы изотопного преобразователя определяется периодом полураспада радиационного материала, который для 63Ni порядка 100 лет. Изобретение обеспечивает увеличение удельной выходной мощности преобразователя, упрощение и удешевление технологии его изготовления. Это достигаются за счет оригинальной конструкции преобразователя бета излучения и технологии его изготовления, в которой реализуется максимально большая излучающая поверхность изотопа при минимальной площади высококачественного планарного горизонтального p-n перехода. Это обстоятельство позволяет минимизировать темновой ток и соответственно увеличить напряжение холостого хода и удельную мощность преобразователя. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области преобразователей энергии ионизирующих излучений в электрическую энергию (Э.Д.С.) и может быть использовано в беспилотных летательных аппаратах, взрывоопасных помещениях - шахтах, ночных индикаторах, расположенных в труднодоступных местах, медицине (кардиостимуляторах) и т.д.
Интерес к таким источникам в значительной степени обусловлен плотностью энергии радиоизотопных элементов, которая сопоставима с плотностью энергии в литиевых аккумуляторах, а также возможностью встраивания радиоизотопных батарей в микроэлектромеханические системы, технология которых бурно развивается в настоящее время. Автономные источники питания на основе бета-вольтаических батарей необходимы во многих областях:
- в медицине - для имплантированных датчиков и стимуляторов, которые, например, устанавливаются непосредственно в сердце (кардиостимуляторы). Разрабатываемый источник питания с длительным сроком службы (не менее 25 лет автономной работы) позволит обойтись без повторных операций пациентов для замены источника питания в кардиостимуляторе;
- для датчиков, встраиваемых в строительные конструкции, в частности, для энергопитания метеостанций, устанавливаемых в труднодоступных регионах, которые автономно измеряют температуру, атмосферное давление и скорость ветра фиксирующими самопишущими приборами;
- в космической технике, а именно, в качестве вспомогательных источников электроэнергии в навигационных спутниках, поскольку в космосе требуются источники, которые способны вырабатывать электричество в течение длительного времени, в условиях резкого и очень сильного перепада температур;
- в оборонной промышленности, например в микророботехнике, в качестве источника питания аппаратов как наземного применения, так и летательных микроаппаратах для ведения разведки и выполнения других тактических задач.
Известна конструкция (US 20140225472, опубл. 14.08.2014), в которой содержится слаболегированная полупроводниковая пластина n(р) типа проводимости, в которой расположена сильнолегированная n+(р+) область, на поверхности которой расположен электропроводящий электрод катода (анода), на верхней поверхности пластины расположена сильнолегированная р+(n+) область образующая с полупроводниковой пластиной р-n переход, на поверхности р+(n+) области расположен слой изолирующего диэлектрика и электропроводящий электрод анода (катода), являющийся радиоактивным изотопом.
Недостатками конструкции являются относительно малый объем облучаемого полупроводникового материала из-за малой облучаемой планарной поверхности и ограниченной глубины проникания ионизирующего бета-излучения (менее 25 мкм) и низкое время жизни неосновных носителей заряда, вызванное структурными дефектами при легировании рабочей области ванадием.
Известен полупроводниковый преобразователь бета-излучений в электроэнергию (RU 2452060, опубл. 27.06.2014), в котором пластина полупроводника, имеющей текстурированную поверхность в виде множества сквозных микроканалов, сквозные микроканалы имеют форму круга, овала, прямоугольника или другую произвольную форму, толщина стенок h между микроканалами соизмерима с шириной микроканалов. Поверхность стенок микроканалов а также лицевая и тыльная стороны пластины полупроводника имеют микрорельеф, практически вся поверхность пластины полупроводника, за исключением боковой поверхности, содержит легированный слой, образующий р-n-переход и диодную структуру, легированный слой покрыт токопроводящим радиоактивным слоем, выполняющим роль токосъемного контакта к диодной структуре и являющимся источником бета-излучения, легированный слой и нижний слой повторяют профиль текстурированной поверхности, контакт к базовой области пластины полупроводника расположен на боковой поверхности.
Недостатками полупроводникового преобразователя являются сложная технология изготовления и заполнения сквозных каналов твердотельным радиоизотопом. Низкое качество текстурированной поверхности сквозных каналов и соответственно высокий уровень утечек, не позволяет получить высокую удельную мощность преобразователя.
Прототипом первого объекта предложенного изобретения является 3D конструкция полупроводникового бетавольтаического преобразователя в электрическую энергию (US 20080199736, опубл. 21.08.2008), в которой на верхней поверхности слаболегированной полупроводниковой пластины n(р) типа проводимости расположены вертикальные каналы, на поверхности которых расположены сильнолегированные р+(n+) области образующие вертикальные р-n переходы с полупроводниковой пластиной, каналы заполнены электропроводящим материалом радиоактивного изотопа, образующий электрод анода (катода) диода преобразователя, а на нижней поверхности пластины расположен горизонтальный сильно легированный контактный n+(р+) типа слой, на поверхности, которого расположен металлический электрод катода (анода).
Недостатками данной конструкции являются низкое качество поверхности и соответственно высокий уровень обратных токов р-n перехода в микроканалах, что не позволяет получить высокую удельную мощность преобразователя.
Прототипом второго объекта предложенного изобретения является способ изготовления 3D конструкция полупроводникового диода-бетавольтаического преобразователя бета излучений изотопа никеля-63 в электрическую энергию (US 20080199736, опубл. 21.08.2008), который включает формирование на нижней поверхности слаболегированной пластины n(р) типа проводимости горизонтального сильнолегированного слоя n+(р+) типа проводимости, формирование вертикальных каналов путем травления верхней поверхности полупроводниковой пластины верхней, легирование поверхности каналов, осаждение на верхнюю поверхность пластины и в полость каналов слоя металла радиоактивного изотопа электрода анода (катода), осаждении на нижнюю поверхность пластины слоя металла электрода катода (анода).
Недостатками данного способа являются сложная и плохо воспроизводимая технология изготовления р-n переходов в каналах, что приводит к уменьшению коэффициента полезного действия преобразователя, а главное высокий уровень "темнового" тока (Iт) "объемного" р-n перехода, что приводит к резкому снижению уровня напряжения "холостого хода" (Uxx) и соответственно максимальной выходной мощности (Рмах), поскольку
где 
здесь фт - температурный потенциал;
Iкз - ток короткого замыкания генерируемый радиоактивным излучением.
В первом объекте предложенного изобретения технический результат заключается в увеличении удельной энергии - Еуд, приходящейся на единицу объема преобразователя из-за большой излучающей поверхности радиоактивного изотопа (Sиз) и соответственно площади объемного р-n перехода (Spn, об).
Указанный технический результат в первом объекте изобретения достигается следующим образом.
Конструкция преобразователя ионизирующих излучений с сетчатой объемной структурой содержит слаболегированную полупроводниковую пластину n(р) типа проводимости, в ее объеме содержатся вертикальные каналы примыкающие с одной стороны к поверхности пластины на поверхности каналов расположены сильнолегированные р+(n+) области образующие вертикальные р-n переходы с полупроводниковой пластиной.
При этом каналы заполнены электропроводящим материалом радиоактивного изотопа образующего электрод анода (катода) диода преобразователя, а на нижней поверхности пластины расположен горизонтальный сильно легированный контактный n+(р+) типа слой, на поверхности которого расположен металлический электрод катода анода преобразователя.
На верхней поверхности пластины расположена сильнолегированная горизонтальная область р+(n+) типа проводимости, образующая горизонтальный р-n переход. Поверхность вертикальных каналов имеет слаболегированный n(р) тип проводимости, при этом вертикальные каналы с одной стороны выходят на нижнюю поверхность пластины, а с другой - донной частью находятся на расстоянии от верхней поверхности пластины превышающим суммарную глубину горизонтального р-n перехода и образуемой им области пространственного заряда.
Во втором объекте предложенного изобретения технический результат заключается в упрощении технологии изготовления.
Указанный технический результат во втором объекте изобретения достигается следующим образом.
Способ изготовления включает формирование на нижней поверхности слаболегированной пластины n(р) типа проводимости горизонтального сильно легированного слоя n+(р+) типа проводимости, формирование вертикальных каналов осуществляется путем травления поверхности полупроводниковой пластины, легирование поверхности каналов, осаждение на верхнюю поверхность пластины и в полость каналов слоя металла радиоактивного изотопа электрода анода (катода), осаждения на нижнюю поверхность пластины слоя металла электрода катода (анода).
Формируются вертикальные каналы путем травления нижней поверхности слаболегированной полупроводниковой пластины n(р) типа проводимости, затем проводится легирование поверхности каналов донорной (акцепторной), примесью, затем на верхней поверхности пластины формируется горизонтальный р-n переход легированием акцепторной (донорной) примесью.
Изобретение поясняется чертежом, где показаны примеры конструкции преобразователя, на фигуре 1 показан разрез структуры преобразователя, первый пример конструкции; на фигуре 2 - вид снизу структуры преобразователя, первый пример конструкции; на фигуре 3 - разрез структуры преобразователя, второй пример конструкции, на фигуре 4 - вид снизу структуры преобразователя, второй пример конструкции.
Конструкция состоит из слаболегированной полупроводниковой пластины 1 n(р) типа проводимости, на ее нижней поверхности расположен контактный n+(р+) слой 2, в объеме пластины расположены вертикальные каналы 3, примыкающие с одной стороны к нижней стороне пластины, на верхней поверхности пластины расположена р+(n+) область 4 горизонтального р-n перехода, образующая область 5 пространственного заряда с пластиной, на поверхности р+(n+) области расположен - металлический радиоактивный изотоп являющийся анодом 6 диода, на нижней поверхности пластины и в полости каналов расположен металлический радиоактивный изотоп являющийся катодом 7.
Принцип действия преобразователя основан на ионизации полупроводникового материала (например, кремния) бета излучением изотопов: никеля, трития, стронция, кобальта и т.д. Образующиеся при этом электронно-дырочные пары разделяются полем р-n перехода в области пространственного заряда (ОПЗ) и создают разность потенциалов на р+ и n-областях преобразователя (фотогальваническую Э.Д.С.). При этом часть электронно-дырочных пар может быть собрана полем р-n перехода также в квазинейтральной (КНО) области на расстоянии равном диффузионной длине.
Установлено, что для эффективной (оптимальной) работы преобразователя необходимо использование высококачественного кремния диффузионной длиной для неосновных носителей тока Ld превышающей толщину кремниевой пластины hпл т.е. Ld>hпл.
При этом расстояние между каналами должно превышать глубину проникновения бета излучения для электронов изотопа 63Ni со средней энергией Е=17,5 кэВ.
Возможны различные примеры конструкций бета преобразователей, отличающихся по техническим параметрам, так преобразователь, показанный на фиг. 1, 2 имеет максимальную удельную мощность, но имеет относительно высокую стоимость из-за большого объема никеля в каналах. Преобразователь показанный на фиг. 3, 4 использует существенно меньшее количество 63Ni, и соответственно стоимость при меньшей соответственно удельной мощности.
Примеры практической реализации конструкции преобразователя показанных на фиг. 1 - 4 могут быть реализованы на пластинах кремния КЭФ 5 кОм × см, диаметром 100 мм, толщиной hпл=420 мкм, ориентацией (100), со временем жизни т=2 мс, диффузионной длиной Ld>1,0 см.
В качестве изотопного источника может быть выбран 63Ni имеющий большой период времени полураспада 50 лет испускающий электронное излучение со средней энергией 17 кэВ и максимальной энергией 64 кэВ, практически безопасный для здоровья человека. Такая энергия электронов меньше энергии дефектообразования в кремнии 160 кэВ. При этом глубина поглощения в кремнии электронов со средней энергией 17 кэВ составляет примерно 3,0 мкм, а для 90% поглощения 12 мкм. Данные размеры должны соответствовать глубинам залегания р-n переходов и величине ОПЗ, что достигается на типовых кремниевых структурах. Следует отметить, что в качестве радиоактивного изотопа может быть использованы иные материалы, например тритий и т.д. Также важно отметить, что в качестве источника излучения может быть использован не только источники бета излучения, но альфа источники, например, 238U, со средней энергией 6 МэВ и проникающий на порядка 20-25 мкм в кремний, что не позволяет им повредить р-n переход.
Способ изготовления преобразователя по изобретению состоит из следующей последовательности технологических операций.
Проводят термическое окисление (до 0,6 мкм) поверхности партии кремниевых пластин кэВ 5 кОм × см с ориентацией (100) диаметром 100 мм, проводят "0"-ю фотолитографию по обратной стороне пластин, реактивным ионным травлением формируют вертикальные каналы, проводят диффузию фосфора в поверхность щелей.
Проводят 1-ю фотолитографию n+ охранных областей по верхней стороне пластин, проводят диффузию фосфора и формируют n+ охранные области на верхней (лицевой) поверхности и контактный n+ слой на нижней поверхности.
Проводят 2-ю фотолитографию и формируют р+ контактную область ионным легированием бора дозой D=600 мкКл с энергией Е=30 кэВ, проводят термический отжиг имплантированной примеси при температуре Т=1050°С, t=40 минут, выращивают термический оксид на полупроводниковой пластине при температуре Т=950°С, t=40 минут толщиной 0,3 мкм.
Проводят 3-ю фотолитографию р-слоя р-n перехода, который формируют ионным легированием бора, проводят термический отжиг имплантированной примеси при температуре Т=950°С, t=40 минут.
Проводят 4-ю фотолитографию контактных окон к р+-слою.
Проводят осаждение изотопа никеля-63 на верхнюю лицевую сторону пластин и проводят 5-ю фотолитографию формирования электрода анода.
Проводят утонение нижней пластины химико-механической полировкой, затем осаждают электролизом радиоактивный 63Ni на нижнюю сторону пластин, режут пластины на отдельные кристаллы - чипы.
Следует отметить, что возможен более простой вариант технологического маршрута, т.е. с проведением фотолитографии вертикальных каналов в конце маршрута после осаждения никеля-63 на верхнюю сторону пластин. Однако в этом случае исключается операция утонения пластин.
Экспериментальные исследования кремниевых преобразователей с объемной конструкцией прототипа и планарной конструкцией при мощности излучения изотопа 63Ni с мощностью дозы Р=2,7 мКюри/см2 показали, что горизонтальный планарный р-n переход площадью (Sрп, пл), расположенный на полированной верхней поверхности пластины, имеет малый уровень темнового тока утечки.
Ток утечки р-n перехода равной площади сформированного в канале на три порядка больше.
Что соответствовало напряжению "холостого хода" для планарного Uхх,пл=0,1 В и объемного Uхх,обм=4 мВ р-n переходов
Здесь фт - температурный потенциал;
- Iкз - ток короткого замыкания, генерируемый бета излучением.
Мощности преобразователя определяется следующим соотношением
Для планарного р-n перехода Рмах.пл равна 1,7 нВт и соответственно объемного Рмах.об равны 0,08 нВт.
Технические преимущества изобретения - заключаются в увеличении удельной мощности ЭДС преобразователя, а также упрощении и удешевлении технологии его изготовления.
Это достигаются за счет конструкции преобразователя бета излучения и технологии его изготовления, в которой принципиально возможна реализация эквивалентной излучающая поверхность изотопа - (Sиз) как в прототипе имеющего 3D объемную структуру, однако в качестве приемника ионизационного тока используется горизонтальный (а не вертикальный) р-n переход относительно малой площади (Sp-п, пл) расположенный на высоко качественной полированной верхней поверхности пластины, что позволяет минимизировать темновой ток и увеличить напряжение холостого хода и соответственно удельную мощность преобразователя.
Claims (2)
1. Преобразователь ионизирующих излучений с сетчатой объемной структурой, содержащий слаболегированную полупроводниковую пластину n(р) типа проводимости, в ее объеме содержатся вертикальные каналы, созданные с нижней стороны к поверхности пластины, на поверхности каналов расположены сильнолегированные n+(р+) области, при этом каналы заполнены электропроводящим материалом радиоактивного изотопа, образующего электрод анода (катода) диода преобразователя, а на верхней поверхности пластины расположен горизонтальный сильнолегированный контактный р+(n+) типа слой, на поверхности которого расположен металлический электрод катода (анода) преобразователя, отличающийся тем, что на верхней поверхности пластины расположена сильнолегированная горизонтальная область р+(n+) типа проводимости, образующая горизонтальный р-n переход, а поверхность вертикальных каналов имеет слаболегированный n(р) тип проводимости, при этом вертикальные каналы с одной стороны выходят на нижнюю поверхность пластины, а с другой - донной частью находятся на расстоянии от верхней поверхности пластины, превышающем суммарную глубину горизонтального р-n перехода и образуемой им области пространственного заряда.
2. Способ его изготовления, включающий формирование на нижней поверхности слаболегированной полупроводниковой пластины n(р) типа проводимости, горизонтального сильнолегированного контактного слоя р+(n+) типа проводимости, формирование вертикальных каналов осуществляется путем травления поверхности полупроводниковой пластины, легирование поверхности каналов, осаждение на нижнюю поверхность пластины и в полость каналов слоя металла радиоактивного изотопа электрода анода (катода), осаждение на верхнюю поверхность пластины слоя металла электрода катода (анода), отличающийся тем, что формируют вертикальные каналы путем травления нижней поверхности слаболегированной полупроводниковой пластины n(р) типа проводимости, затем проводят легирование поверхности каналов донорной (акцепторной) примесью, затем на верхней поверхности пластины формируют горизонтальный р-n переход легированием акцепторной (донорной) примесью.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017103167A RU2659618C1 (ru) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Преобразователь ионизирующих излучений с сетчатой объемной структурой и способ его изготовления |
| JP2019541228A JP2020507073A (ja) | 2017-01-31 | 2017-09-11 | 架橋構造を有する電離放射線コンバータおよびその製造方法 |
| PCT/RU2017/000663 WO2018143838A1 (en) | 2017-01-31 | 2017-09-11 | Ionizing radiation converter with cross-linked structure and its fabrication method |
| EA201900377A EA201900377A1 (ru) | 2017-01-31 | 2017-09-11 | Преобразователь ионизирующих излучений с сетчатой объемной структурой и способ его изготовления |
| CN201780089174.1A CN110494929A (zh) | 2017-01-31 | 2017-09-11 | 具有交联结构的电离辐射转换器及其制造方法 |
| KR1020197024967A KR102595089B1 (ko) | 2017-01-31 | 2017-09-11 | 가교 구조의 이온화 방사선 변환기 및 이의 제조 방법 |
| DE112017006974.2T DE112017006974T5 (de) | 2017-01-31 | 2017-09-11 | Konverter für ionisierende Strahlung mit einer Netzstruktur sowie Verfahren zu seiner Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017103167A RU2659618C1 (ru) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Преобразователь ионизирующих излучений с сетчатой объемной структурой и способ его изготовления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659618C1 true RU2659618C1 (ru) | 2018-07-03 |
Family
ID=62815832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017103167A RU2659618C1 (ru) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Преобразователь ионизирующих излучений с сетчатой объемной структурой и способ его изготовления |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2020507073A (ru) |
| KR (1) | KR102595089B1 (ru) |
| CN (1) | CN110494929A (ru) |
| DE (1) | DE112017006974T5 (ru) |
| EA (1) | EA201900377A1 (ru) |
| RU (1) | RU2659618C1 (ru) |
| WO (1) | WO2018143838A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114203330A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-03-18 | 中国核动力研究设计院 | 一种超薄镍-63辐射源及其制备方法、应用 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113223743B (zh) * | 2021-05-08 | 2023-10-20 | 西北核技术研究所 | 一种基于微孔阵列准直器的α放射源核电池 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080199736A1 (en) * | 2007-02-16 | 2008-08-21 | Gadeken Larry L | Apparatus for generating electrical current from radioactive material and method of making same |
| US7939986B2 (en) * | 2005-08-25 | 2011-05-10 | Cornell Research Foundation, Inc. | Betavoltaic cell |
| RU2605783C1 (ru) * | 2015-08-10 | 2016-12-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тольяттинский государственный университет | Планарный высоковольтный фото- и бетавольтаический преобразователь и способ его изготовления |
| RU2608311C2 (ru) * | 2015-05-14 | 2017-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Преобразователь оптических и радиационных излучений и способ его изготовления |
| RU2608313C2 (ru) * | 2015-05-14 | 2017-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Высоковольтный преобразователь ионизирующих излучений и способ его изготовления |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01125988A (ja) * | 1987-11-11 | 1989-05-18 | Hitachi Ltd | 太陽電池素子の製造方法 |
| US5642014A (en) * | 1995-09-27 | 1997-06-24 | Lucent Technologies Inc. | Self-powered device |
| US20040154656A1 (en) * | 2003-02-10 | 2004-08-12 | Science & Technology Corporation @ Unm | Nuclear radiation fueled power cells |
| US7138701B2 (en) * | 2003-10-02 | 2006-11-21 | International Business Machines Corporation | Electrostatic discharge protection networks for triple well semiconductor devices |
| CN100414719C (zh) * | 2005-10-24 | 2008-08-27 | 西北工业大学 | 微电池及其制作方法 |
| US20100071751A1 (en) * | 2008-09-22 | 2010-03-25 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Photo-induced metal-insulator-transition material complex for solar cell, solar cell and solar cell module comprising the same |
| RU2452060C2 (ru) * | 2010-05-27 | 2012-05-27 | Виталий Викторович Заддэ | Полупроводниковый преобразователь бета-излучения в электроэнергию |
| KR20120071241A (ko) * | 2010-12-22 | 2012-07-02 | 한국전자통신연구원 | 베타소스로부터 전류를 생성하는 적층형 베타전지 및 그 제작방법 |
| CN102354540B (zh) * | 2011-10-19 | 2013-08-14 | 西安电子科技大学 | I层钒掺杂的pin型核电池及其制作方法 |
| US10699820B2 (en) * | 2013-03-15 | 2020-06-30 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Three dimensional radioisotope battery and methods of making the same |
| RU2539109C1 (ru) * | 2013-09-26 | 2015-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Многопереходный кремниевый монокристаллический преобразователь оптических и радиационных излучений |
| CN104051050A (zh) * | 2014-06-29 | 2014-09-17 | 西安电子科技大学 | 并联式PIN型α辐照电池及其制备方法 |
| CN105448376B (zh) * | 2015-11-16 | 2017-11-03 | 长安大学 | 采用α放射源的碳化硅肖特基结型同位素电池及其制造方法 |
| RU168184U1 (ru) * | 2016-04-22 | 2017-01-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Планарный преобразователь ионизирующих излучений с накопительным конденсатором |
-
2017
- 2017-01-31 RU RU2017103167A patent/RU2659618C1/ru active
- 2017-09-11 KR KR1020197024967A patent/KR102595089B1/ko active IP Right Grant
- 2017-09-11 WO PCT/RU2017/000663 patent/WO2018143838A1/en active Application Filing
- 2017-09-11 EA EA201900377A patent/EA201900377A1/ru unknown
- 2017-09-11 CN CN201780089174.1A patent/CN110494929A/zh active Pending
- 2017-09-11 JP JP2019541228A patent/JP2020507073A/ja active Pending
- 2017-09-11 DE DE112017006974.2T patent/DE112017006974T5/de not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7939986B2 (en) * | 2005-08-25 | 2011-05-10 | Cornell Research Foundation, Inc. | Betavoltaic cell |
| US20080199736A1 (en) * | 2007-02-16 | 2008-08-21 | Gadeken Larry L | Apparatus for generating electrical current from radioactive material and method of making same |
| RU2608311C2 (ru) * | 2015-05-14 | 2017-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Преобразователь оптических и радиационных излучений и способ его изготовления |
| RU2608313C2 (ru) * | 2015-05-14 | 2017-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Высоковольтный преобразователь ионизирующих излучений и способ его изготовления |
| RU2605783C1 (ru) * | 2015-08-10 | 2016-12-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тольяттинский государственный университет | Планарный высоковольтный фото- и бетавольтаический преобразователь и способ его изготовления |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114203330A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-03-18 | 中国核动力研究设计院 | 一种超薄镍-63辐射源及其制备方法、应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102595089B1 (ko) | 2023-10-26 |
| EA201900377A1 (ru) | 2019-12-30 |
| CN110494929A (zh) | 2019-11-22 |
| WO2018143838A1 (en) | 2018-08-09 |
| JP2020507073A (ja) | 2020-03-05 |
| KR20190109495A (ko) | 2019-09-25 |
| DE112017006974T5 (de) | 2019-10-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bormashov et al. | High power density nuclear battery prototype based on diamond Schottky diodes | |
| US6774531B1 (en) | Apparatus and method for generating electrical current from the nuclear decay process of a radioactive material | |
| US8866152B2 (en) | Betavoltaic apparatus and method | |
| US5642014A (en) | Self-powered device | |
| US6949865B2 (en) | Apparatus and method for generating electrical current from the nuclear decay process of a radioactive material | |
| US4024420A (en) | Deep diode atomic battery | |
| US20110079791A1 (en) | Betavoltaic cell | |
| US6753469B1 (en) | Very high efficiency, miniaturized, long-lived alpha particle power source using diamond devices for extreme space environments | |
| KR20120071241A (ko) | 베타소스로부터 전류를 생성하는 적층형 베타전지 및 그 제작방법 | |
| US9099212B2 (en) | Low volumetric density betavoltaic power device | |
| US8937360B1 (en) | Beta voltaic semiconductor diode fabricated from a radioisotope | |
| CN101101797A (zh) | 一种同位素电池制作方法及结构 | |
| RU2659618C1 (ru) | Преобразователь ионизирующих излучений с сетчатой объемной структурой и способ его изготовления | |
| US4010534A (en) | Process for making a deep diode atomic battery | |
| Duggirala et al. | 3D silicon betavoltaics microfabricated using a self-aligned process for 5 milliwatt/cc average, 5 year lifetime microbatteries | |
| KR100935351B1 (ko) | 방사선전지의 전하량 증가방법과 이를 이용한 고효율 구조베타전지 | |
| RU168184U1 (ru) | Планарный преобразователь ионизирующих излучений с накопительным конденсатором | |
| JP6720413B2 (ja) | ベータボルタ電池 | |
| RU2608313C2 (ru) | Высоковольтный преобразователь ионизирующих излучений и способ его изготовления | |
| EA042001B1 (ru) | Преобразователь ионизирующих излучений с сетчатой объемной структурой и способ его изготовления | |
| CN104051046A (zh) | 夹心串联式PIN结构β辐照电池及其制备方法 | |
| RU2605783C1 (ru) | Планарный высоковольтный фото- и бетавольтаический преобразователь и способ его изготовления | |
| RU2608311C2 (ru) | Преобразователь оптических и радиационных излучений и способ его изготовления | |
| Murashev et al. | Improvement of Si-betavoltaic batteries technology | |
| RU2608058C1 (ru) | Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии |