CC BY
13
РАЗРАБОТКА НОВЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
DEVELOPMENT OF NEW ENERGY UNITS BASED ON RENEWABLE KINDS OF ENERGY
05.14.01 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ
COMPLEX POWER SYSTEMS
DOI: 10.33693/2313-223X-2021-8-3-59-68
Задачи определения эффективности для микроструктур SiC*/Si и контактообразования
В.И. Чепурнов1, а ©, С.А. Раджапов2, b ©, М.В. Долгополов1, 3' c ©, Г.В. Пузырная1, d ©, А.В. Гурская3, 4 e ©
1 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, г. Самара, Российская Федерация
2 Физико-технический институт Научно-производственного объединения «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан,
г. Ташкент, Республика Узбекистан
3 Самарский государственный технический университет, г. Самара, Российская Федерация
4 Межвузовский научно-исследовательский центр по теоретическому материаловедению, г. Самара, Российская Федерация
а E-mail: chvi44@yandex.ru b E-mail: rsafti@mail.ru с E-mail: mikhaildolgopolov68@gmail.com d E-mail: vaksa22@gmail.com е E-mail: a-gurska@yandex.ru
Аннотация. В работе обсуждается эффективность преобразования энергии радионуклидов в электрическую. В молекулярном составе полупроводниковых структур карбида кремния атомы углерода-14 функционально выполняют роль источника энергии радиохимического распада, а компонент разделения неравновесных носителей полупроводниковой структурой пили р-типа проводимости способен напрямую преобразовывать эту энергию в электрическую форму. Предлагаемый вариант исполнения бета-преобразователя на радионуклиде С-14 обладает мировой новизной, так как данный радионуклид используется в концентрации на уровне легирующей примеси, замещающей атомы стабильного углерода-12 в молекуле карбида кремния. Присутствие в небольших количествах, один атом радиоизотопа С-14 на тысячу или даже миллион атомов устойчивого радиоизотопа С-12, придает полупроводниковому материалу новые полезные в энергетическом отношении свойства, но одновременно возникает сопутствующая проблема сбора носителей заряда металлизацией контактных площадок, что вероятно связано с изменением работы выхода электрона преобразованного радиоизотопом карбида кремния. Данный фактор определяет эффективность сбора носителей заряда, т.к. точечные прижимные контакты свидетельствуют об эффективности преобразования энергии.
Ключевые слова: гетероструктуры карбида кремния, легирование, радиоуглерод, р-п-переход, бета-вольтаика, энергоэффективность, зарядовое точечное дефектообразование
Благодарности. Авторы выражают признательность организаторам международной конференции «Новые материалы и гелиотехнологии» 20-21 мая 2021 г., проведенной Институтом материаловедения Академии наук Республики Узбекистан, за возможность выступления и участия в дискуссиях, послуживших улучшению данного обзора. Отдельная благодарность группе академика Муминова Рамизуллы Абдуллаевича, в сотрудничестве с которой получены экспериментальные контакты к энергопреобразователям.
v=
ССЫЛКА НА СТАТЬЮ: Чепурнов В.И., Раджапов С.А., Долгополов М.В., Пузырная Г.В., Гурская А.В. Задачи определения эффективности для микроструктур SiC*/Si и контактообразования // Computational nanotechnology. 2021. Т. 8. № 3. С. 59-68. DOI: 10.33693/2313-223X-2021-8-3-59-68
DOI: 10.33693/2313-223X-2021-8-3-59-68
Efficiency determination problems for SiC*/Si microstructures and contact formation
V.I. Chepurnov1, a ©, S.A. Rajapov2, b ©, M.V. Dolgopolov1, 3' c ©, G.V. Puzyrnaya1, d ©, A.V. Gurskaya3, 4 e ©
1 Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev, Samara, Russian Federation
2 Institute of Physics and Technology of the Scientific and Production Association "Physics-Sun" of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
Tashkent, Republic of Uzbekistan
3 Samara State Technical University, Samara, Russian Federation
4 Interuniversity Research Center for Theoretical Materials Science, Samara, Russian Federation
a E-mail: chvi44@yandex.ru b E-mail: rsafti@mail.ru c E-mail: mikhaildolgopolov68@gmail.com d E-mail: vaksa22@gmail.com e E-mail: a-gurska@yandex.ru
Abstract. The paper discusses the efficiency of converting radionuclide energy into electrical energy inside a semiconductor structure in the context of the betavoltaic application. In the molecular composition of Silicon Carbide semiconductor structures, Carbon-14 atoms functionally serve as the source of radiochemical decay energy, and the conductivity component of the n- or p-type semiconductor structure is able to directly convert this energy into electrical form. The proposed version of the beta-converter based on the C-14 radionuclide has a worldwide novelty, since this radionuclide is used in the concentration at the level of an alloying impurity that replaces the stable Carbon-12 atoms in the Silicon Carbide molecule. The presence in small quantities, one atom of the radioisotope C-14 per thousand or even a million atoms of the stable radioisotope C-12, gives the semiconductor material new energy-useful properties. The manifestations of the betavoltaic effect when replacing Silicon Carbide C-12 with radionuclide C-14 in a molecule determine the efficiency and choice of the contact formation options for practical use of charge generation in Silicon Carbide heterostructures.
Key words: Betavoltaics, Silicon Carbide heterostructeres, micro-alloying, radionuclide C-14, heteroendotaxy, defects formation, p-n-junction, energy efficiency
Acknowledgments. The authors express their gratitude to the organizers of the international conference "New materials and solar technologies" on May 20-21, 2021, held by the Institute of Materials Science of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, for the opportunity to speak and participate in discussions that improved this review. Special thanks to the group of academician
Muminov Ramizulla Abdullaevich, in cooperation with which experimental contacts to power converters were obtained.
f ^
FOR CITATION: Chepurnov V.I., Rajapov S.A., Dolgopolov M.V., Puzyrnaya G.V., Gurskaya A.V. Efficiency determination problems for SiC*/Si microstructures and contact formation. Computational Nanotechnology. 2021. Vol. 8. No. 3. Pp. 59-68. (In Rus.) DOI: 10.33693/2313-223X-2021-8-3-59-68
v J
ВВЕДЕНИЕ
Идея преобразования радиоизотопной энергии бета-излучения в электрическую исследована в более ранних работах [1-4], при этом использовались радиоизотопы строн-ция-90, прометия-197 и трития. Для первых двух источников бета-излучения характерно появление дополнительных нежелательных радиационных отходов, что сразу сужает сферу применения бета-вольтаических источников тока на их основе, так как не обеспечивает экологической безопасности, представляет угрозу для здоровья человека. Что касается трития, то первые элементы питания с его использованием не давали необходимой электрической мощности, хотя тритий является сравнительно безопасным. Поиск более «чистых» источников бета-излучения привел исследователей к использованию новых видов изотопов.
Первый коммерческий проект, связанный с созданием бета-вольтаического источника тока, организован фирмой Sity Labs [5]. В России также актуально создание бета-воль-таических источников питания. Среди различных разработок особо выделяется проект ядерной батарейки Томского государственного университета (ТГУ) [6], которая является близким аналогом батарейки фирмы Sity Labs. Однако, российские разработчики заменили карбидокремниевую структуру (SiC) арсенидом галлия (GaAs). Одной из причин отказа от полупроводникового карбида кремния может быть его стоимость, которая существенно выше стоимости других полупроводниковых материалов и структур на их основе. Имеются и другие российские разработки [7], причем во всех имеющихся аналогах, на сегодняшний день, используется тритий (H-3) и никель-63 (Ni-63).
Однако, среди рассматриваемых полупроводниковых структур наиболее приемлема SiC как самая радиационно-стойкая [8], причем дополнительную радиационную стойкость придает модификация структур, например формирование пористого карбида кремния. Пороговая энергия дефектообразования в кремниевых структурах 0,17 МэВ, поэтому SiC вполне подходит на роль энергопреобразователя бета-излучения радионуклидов, таких как, H-3, Ni-63 и C-14, так как максимальная энергия полураспада этих изотопов (0,019, 0,067, 0,156 МэВ соответственно) не вызывает наведенных радиационных дефектов. Тем не менее, С-14 в бета-вольта-ических исследованиях не использовался ранее, но технологический прогресс в полупроводниковой технологии алмаза
[9] открыл такую возможность. Вопрос в себестоимости, обеспечивающей конкурентные рыночные возможности. Ге-тероструктуры карбида кремния на кремниевых подложках имеют больший потенциал конкурентоспособности, кроме того, как и в алмазном варианте исполнения энергопреобразователя, радиоизотоп С-14 можно вводить в молекулярную структуру, частично замещая С-12. Это существенно повышает эффективность взаимодействия бета-излучения с веществом по сравнению с поверхностным взаимодействием с полупроводниковым материалом, как это используется в традиционных известных технических решениях.
Что касается теоретических исследований, то ведется активно моделирование бета-вольтаического эффекта. Среди рассматриваемых методов есть методы моментов, относящиеся к теории вероятностей и математической статистике
[10], методы математической физики [11], оценочные методики [12]. Их недостаток связан с тем, что модель не связана с реальной структурой полупроводника. Этот недостаток присущ, в целом, всем перечисленным методам. Тем не ме-
нее, в рамках этих методов имеется ряд работ по теоретическим расчетам моделей бета-преобразователей, в частности, на основе Ni-63, позволяющих сделать вывод о существовании максимально допустимой толщины активного слоя, содержащего радиоактивный изотоп [13-15], в противном случае из-за самопоглощения бета-излучение не сможет выйти из активного слоя и не создаст электрон-дырочные пары в области пространственного заряда (ОПЗ) р-п-перехода. Вычисление толщины активного слоя непростая задача и является уникальной для каждой технологии получения карбида кремния и способа введения изотопа в структуру SiC. Результатом моделирования бета-эффекта являются рассчитанные выходные вольтамперные характеристики бета-преобразователя. Важнейшей характеристикой такого источника питания является напряжение холостого хода. Такие вычисления проводились в кремниевых р-/-п-диодах [16]. Для таких приборов, как стимуляторы сердечного ритма, важнейшей характеристикой является удельная мощность [17; 18]. Выходные параметры соответствуют требованиям микроэлектроники (напряжение порядка милливольт, ток порядка нано- или микроампер). Такие параметры предназначены для маломощных датчиков, которые будут более распространены в будущем.
Отдельно необходимо отметить, что эффективность бета-преобразователя зависит и от активности изотопа, что в свою очередь варьируется в разных методиках получения радионуклидов. Например, Ni-63 на атомных станциях получают при облучении нейтронными потоками изотопа Ni-62, и получают в год не более нескольких сотен грамм с низким обогащением, т.е. содержание Ni-63 в конечном продукте заключено в пределах 18-25%, а оптимально необходимо -75-80% и более. Поэтому активность является переменным параметром при моделировании.
На сегодняшний день, становятся популярными и доступными методы квантово-механического моделирования [19; 20] структур. В том числе, структуры SiC также исследуются [21; 22] не только лишь с целью моделирования новых структурных особенностей с заданными свойствами, но и для изучения формирования самой структуры и моделирования процессов, происходящих в ней [23]. Например, имеются расчеты транспорта электронов в р-п-переходе пер-вопринципными методами [24].
Бета-вольтаические материалы только набирают популярность в рамках методов DFT [25; 26]. Одна из проблем DFT-расчетов связана с тем, что расчетам могут быть подвергнуты только упорядоченные идеальные структуры -кристаллы. Один из элегантных вариантов как-то отразить легирование структуры примесями - подход виртуального кристалла [27]. Но, несмотря на экономность ресурсов таких вычислений, пока что нельзя однозначно утверждать, что расчет физических параметров в таком подходе может согласоваться с экспериментальными данными. Особенно, если речь идет о необходимости моделирования восстановления зонной структуры.
Другой вариант: создание вакансий и подсчет энергии их образования [28; 29] в суперячейках. Автоматический перебор всех возможных вакансий возможен с помощью программных приложений SOD [30] и SuperCell [31]. Однако, получившийся набор может содержать в себе некоторый ряд структур, который повторяет физические свойства, а их расчет только отнимает время исследования, поэтому необходима также некоторая интеллектуальная система, которая бы сделала такую выборку структур.
DEVELOPMENT OF NEW ENERGY UNITS BASED ON RENEWABLE KINDS OF ENERGY
Последняя тенденция решения данной проблемы заключается в использовании машинного обучения. В частности, оно используется для получения новых знаний при анализе выборки уже готовых расчетов DFT [32-35].
В бета-вольтаических исследованиях упоминается использование специализированных программ для изучения взаимодействия излучения с веществом, таких как, GEANT4, MCNP6, SRIM [36]. Они позволяют получить картину распределения излучения внутри структуры, но не дают возможности расчета выходных характеристик бета-энергопреобразователя, тем более, не моделируют р-л-переход. Все эти программы реализуют алгоритмы Монте Карло.
Моделированию именно процессов эндотаксии было уделено мало внимания. Наиболее подходящие модели описаны в работах [37-39] и представлены в статье ниже кратко.
В целом, складывается понимание, что не рассматривается отдельно технология получения полупроводниковой структуры, достаточно скуден выбор подходящих радиоизотопов для исследования, и есть новые возможности в области моделирования структур, которые в бета-вольтаике также не применялись.
Целью настоящей статьи является сравнительный анализ факторов повышения эффективности прямого энергопреобразования радиоизотопной энергии в электрическую, включая механизм сбора неравновесных носителей.
ВАРИАНТ ИСПОЛНЕНИЯ
БЕТА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ИЗОТОПЕ С-14
Объектом исследования является вариант исполнения бета-преобразователя на изотопе С-14 [40; 41], данный изотоп используется в концентрации на уровне легирующей примеси, замещающей атомы стабильного С-12 в молекуле карбида кремния, что соответствует уровню радиационной безопасности. Изотоп С-14 радиоактивен, он испускает бета-электрон, но в химическом отношении он обладает такими же свойствами как обычный изотоп С-12, который входит в состав молекул полупроводникового карбида кремния ^С). Присутствие в небольших количествах, один атом радиоизотопа С-14 на тысячу или даже миллион атомов устойчивого радиоизотопа С-12, придает полупроводниковому материалу новые полезные в энергетическом отношении [42] свойства.
Карбид кремния используется как полупроводниковый материал для радиоизотопного источника энергии, содержащий в своем составе монокристаллическую фазу в виде пленки, имеющей л- и р-тип проводимости для разделения вторичных неравновесных электрон-дырочных пар. Молекулярная структура карбида кремния включает элементы: изотоп С-12 и дополнительно С-14 для преобразования его энергии излучения в электрическую энергию, при этом концентрация радиоизотопа С-14 в одном из слоев л- или р-типа проводимости составляет от 5 • 1017 до 1020 см-3. Слой карбида кремния л- или р-типа проводимости сформирован на поверхности подложки монокристаллического кремния. Радионуклид активен, он испускает бета-электрон, но С-14 в химическом отношении обладает такими же свойствами как обычный изотоп С-12.
Теоретические вопросы касаются описания процессов, которыми сопровождается преобразование энергии радионуклидов в электрическую внутри полупроводниковой структуры в контексте бета-вольтаики [43]. Легкий изотоп - радионуклид используется в концентрации на уровне
легирующей примеси. Уровень легирующей примеси таков, что она может не образовывать собственную фазу, а только бесконечно разбавленный раствор в SiC- или Si-фазе, преципитация возможна только в скрытой геттерирующей области на сетке дислокаций. На рис. 1 приведены результаты ИТМО исследованной структуры ООО «БетаВольтаика» распределения по глубине следовых концентраций радионуклида С-14 по масс-спектроскопии вторичных ионов.
1Е23
400 600 800 Глубина, нм [Dept, nm]
1200
Рис. 1. Профили распределения элементов по глубине образца SiC/n-Si КЭФ 5 (ООО «БетаВольтаика»), центр тыльной части образца. Концентрация кислорода и азота обусловлены автолегированием
из защитного окисла и соединения анилина с С-14 Fig. 1. Profiles of the distribution of elements by the depth of the sample SiC/n-Si KEF 5 (BetaVoltaics LLC), the center of the back of the sample. The concentration of Oxygen and Nitrogen is due to autolegation from the protective Oxide and the compound of Aniline with C-14
Энергопреобразователь функционально состоит из нескольких составляющих:
1) компактный источник ядерной энергии с высокой удельной плотностью;
2) полупроводниковая структура прямого преобразования бета-излучения в электрическую энергию;
3) накопитель энергии для импульсного расхода ее потребителем.
Каждая составляющая функционирующей системы имеет свою определенную эффективность, влияющую на коэффициент полезного действия системы в целом. Обоснование экспериментальной части работ выполнено на основе анализа совокупных физических факторов, влияющих на эффективность источника ядерной энергии. Учтена и проанализирована следующая совокупность факторов:
+ Э + Э , + Э + Э + Э + Э,
) эс а/п ппс пп дпв нд'
(1)
где Это - телесный угол облучения, обусловленный приемным окном полупроводникового устройства; Ээс - распределение по энергии спектра излучения радиоизотопа; Эа/п - активность на единицу площади сопряжения полупроводника и радиоизотопа; Эппс - переизлучение промежуточного слоя; Эдп - длина свободного пробега бета-частицы в полупроводнике; Эдпв - длина свободного пробега вторичных электрон-дырочных пар в полупроводнике; Э - энергия дефек-
нд
тообразования в полупроводнике
Рассмотрим анализ роли каждого слагаемого - фактора, определяющего эффективность преобразователя энергии.
Это - телесный угол облучения, обусловленный приемным окном полупроводникового устройства. Обзор известных технических решений свидетельствует, что, как правило,
материалы радиоизотопа сопрягаются с поверхностью полупроводниковых структур (аналогичных структурам солнечных батарей). Это облучение по полусфере с углом 2п стерадиан. В нашем случае атом радиоизотопа С-14, введенный в элементарную ячейку карбида кремния, как легирующая примесь, на месте атома С-12 в молекуле вещества SiC, облучает полупроводниковое соединение симметрично под сферическим углом 4п стерадиан, что в 2 раза эффективнее.
Ээс - распределение по энергии спектра излучения радиоизотопа. Полоса энергетического спектра бета-электронов с энергией от 2,2 эВ способна эффективно образовывать неравновесные вторичные электрон-дырочные пары в полупроводниковой структуре, последние вносят вклад в прямое преобразование энергии (аналогичное фото-ЭДС структур солнечных батарей). Экспериментально установлено, что средняя энергия, затрачиваемая бета-электроном на образование электрон-дырочной пары, составляет утроенное значение ширины запрещенной зоны полупроводника. Чем шире запрещенная зона полупроводника, тем эффективнее генерация носителей, в нашем случае по сравнению с кремнием ширина запрещенной зоны в 2 раза шире, следовательно, эффективность ожидается в 2 раза выше.
Эа/п - активность на единицу площади сопряжения полупроводника и радиоизотопа. Бета-излучение атома С-14 в элементарной ячейке полупроводника образует сферическую симметрию, при этом ток короткого замыкания, генерируемого структурой, пропорционален активности изотопа. Более коротковолновый спектр бета-электрона поглощается по радиусу сферы в ближней окрестности атома - продукта распада (азот на месте атома С-14). Активность радиоизотопа обратно пропорциональная периоду полураспада и с одной стороны для С-14 это слабый показатель, но с другой стороны она пропорциональна количеству атомов радиоизотопа в рабочем слое пленки карбида кремния и, дополнительно, данный негативный фактор нивелируется еще и показателем самопоглощения. В сравнении с используемыми радиоизотопами для целей бета-вольтаики у С-14 самопоглощение в среднем в 50 раз ниже, чем у Ni-63, поэтому толщина активного слоя пленки карбида кремния может быть существенно выше, чем у аналогов и повышает значение результирующей активности. Значение средней энергии испускаемых бета-электронов составляет 49 кэВ, что в 3 раза выше, чем у Ni-63. Максимальный квантовый выход вторичных электрон-дырочных пар от одного бета-электрона при активности 5,32 мкКи составляет около 2420, а у Ni-63 -1320, что существенно выше, только верхних уровней поглощения, равных ширине запрещенной зоны. Более высокоэнергетические электроны поглощаются в ближних уровнях, там следует ожидать каскады вторичных электронов. В совокупности отмеченный негативный фактор в целом не ухудшает эффективность по сравнению с аналогом.
Эппс - переизлучение промежуточного слоя. Этот прием использования люминофоров для снижения концентрации наведенных радиационных дефектов в полупроводнике и расширения спектра поглощения за счет переизлучаемых люминофором фотонов с энергией сопоставимой с шириной запрещенной зоны полупроводника в нашем случае использовать не целесообразно. Радиационная пассивность кремния в 10 раз хуже, чем у карбида кремния - это, во-первых, а, во-вторых, в случае поверхностного источника радиоизотопа высокоэнергетические частицы поглощаются материалом сильнее, и генерация электрон-дырочных пар происходит уже на поверхности насыщенной центрами ре-
комбинации носителей, в этом случае они не вносят вклада в эффективное преобразование энергии. В нашем случае и высокоэнергетическая часть спектра бета-электронов принимает участие в преобразовании энергии, т.к. отсутствуют ненасыщенные связи атомов в сферической симметрии взаимодействия излучения с веществом: атом С-14 преобразовался в атом азота в объеме кристаллической решетки. Рекомбинация неравновесных носителей подавлена.
Эдп - длина свободного пробега бета-частицы в полупроводнике. В качестве значения длины свободного пробега можно принять пробег, определенный по формуле Канайя-Окаяма:
L = 0,0276A E167Z-0'89р-1, (2)
k-o ' в r ' v '
где Lko - длина свободного пробега электрона, мкм; Ав -средний атомный вес полупроводникового материала; E -энергия электрона, кэВ; Z - средний атомный номер полупроводникового материала; р - плотность, г/см3. Диапазон длины свободного пробега бета-электрона в SiC 1-10 мкм в зависимости от удельного сопротивления и связанной с ней подвижностью носителей. Исходя из этого параметра, оптимизируется толщина активного слоя карбида кремния и положение гетероперехода или р-п-перехода.
Эдпв - длина свободного пробега неравновесных вторичных электрон-дырочных пар в полупроводнике. Диффузионная длина свободного пробега вторичных носителей важный параметр
Ld = (DT)0,5, (3)
где D и т - соответственно коэффициент диффузии в градиенте концентраций и время жизни носителей до их рекомбинации. Носители, рожденные бета-электронами на расстоянии Ld от области объемного пространственного заряда (ОПЗ) и в области ОПЗ разделяются внутренним электростатическим полем и вносят вклад в преобразованную энергию (радиоизотопную ЭДС). Совокупная область составляет в зависимости от уровня легирования посторонней примесью определяющей тип проводимости до 10 мкм. Легирование радиоизотопом С-14 в нашем случае не оказывает существенного влияния на длину свободного пробега, время жизни носителей и эффективность разделения зарядов, т.к. он эквивалентен С-12 относительно валентных электронов и существенно не деформирует параметр решетки из-за низкой концентрации.
Энд - энергия дефектообразования в полупроводнике. Карбид кремния кубической модификации относится к широкозонным полупроводникам, для которых характерны слабые обратные токи утечки, поэтому он одинаково эффективно работает как в преобразовании фотонов, так и бета-электронов в широком интервале рабочих температур. Это материал экстремальной электроники, он может работать в системах с концентраторами солнечной энергии, тенденция к снижению фототока начинает проявлять себя при 115 °С, у кремния при 50 °С. Токи утечки наблюдаются в области гетероперехода из-за дефектов несоответствия параметров решетки, релаксация механических напряжений несоответствия выполняется на сетке дислокаций расположенной в фазе кремния. Сетка дислокаций выполняет роль скрытого геттера и движется перед фронтом роста SiC-фазы, сорбируя на своей поверхности атомы посторонней примеси кремния и атомы С-14, насыщая оборванные ковалентные междуатомные связи. Рассмотренный фактор не ухудшает эффективность энергопреобразования в широком интервале температур.
DEVELOPMENT OF NEW ENERGY UNITS BASED ON RENEWABLE KINDS OF ENERGY
Одной из составляющих конструкции является источник энергии - нестабильный изотоп. Обоснованием выбора радиоизотопа для нашего случая послужили три фактора: технологический, технико-экономический и экологический.
Технологический фактор выбора С-14 обусловлен способом формирования пленки карбида кремния на монокристаллической подложке кремния - это способ эндотаксии. Подложка кремния при температуре 1360 °С экспонируется в среде водорода и углеводорода, последний при этой температуре восстанавливается до углерода и углерод и кремний при этой температуре неизбежно образуют соединение SiC. Если углерод представлен нестабильным радиоизотопом, то и соединение будет способно излучать бета-электроны с энергией достаточной для образования вторичных электронов, взаимодействующих с электростатическим полем гетероперехода или гомоперехода в карбиде кремния в зависимости от варианта исполнения энергопреобразователя. В данной работе экспериментальный образец выполнен в самом простом варианте - изотипный гетеропереход. Изотоп С-14 (С-13) представлен лекарственным препаратом для онкобольных с предельно низкой активностью безопасной для окружающих.
Технико-экономический фактор представлен информацией на фотографии из тематической публикации [44], гистограмма на рис. 2.
| Запас энергии, (кВт-ч)/кг [Energy reserve, (kW • h)/kg] 110
|_| стоимость за тыс. долл. [Со thousand dolla «и активности, t per 1 Ki of activity, rs]
48 50 40
10 2
Тритий Никель-63 Углерод-14
[Tritium] [Nickel-63] [Carbon-14]
Рис. 2. Сравнение изотопов по запасу энергии и стоимости (2015) Fig. 2. Comparison of isotopes by energy reserve and cost in 2015
Радиоизотоп С-14 можно нарабатывать на исследовательских атомных реакторах, а целесообразнее перерабатывать отработавшие угольные стержни АЭС - это экологический фактор повторного использования отходов АЭС.
Другой составляющей конструкции является полупроводниковая структура. Анализ следует начать с физического принципа работы полупроводниковой структуры по прямому преобразованию энергии. Диодная структура полупроводника может быть представлена несколькими вариантами исполнения: на основе р-л-перехода, на основе барьера Шоттки и на основе гетероперехода. В любом случае структура имеет встроенное внутреннее электростатическое поле, обусловленное разной работой выхода сопрягаемых материалов. Это означает, что у полупроводника в области объемного пространственного заряда и примыкающего к ней пространства, соответствующего длине свободного пробега носителя, без всякого внешнего смещения электрон-дыроч-
ные пары, возникшие под воздействием бета-излучения с энергией, соответствующей диапазону от одного до трех значений ширины запрещенной зоны, будут разделяться: дырки и электроны будут выбрасываться сообразно знаку заряда на границах ОПЗ. Структура оказывается включенной в прямом смещении и энергетический барьер уменьшается вплоть до спрямления. Такое движение положительных и отрицательных носителей заряда вызовет во внешней цепи ток, направление которого будет от плюса к минусу - это ток, соответствующий преобразованной энергии ядерных превращений атомов. Величина тока растет пропорционально логарифму активности введенного С-14 в SiC-фазу. Максимальная величина вырабатываемой энергии определяется высотой энергетического барьера. Обоснование выбора структуры для экспериментального образца определялось самым простым вариантом ее исполнения - это гетероструктура л^С/л^, которая далека от оптимального варианта с предполагаемым использованием процессов фотолитографии и планарного исполнения гетероструктуры р-л^С^^ л-р^С/р^, рог-л-р^С^к Электрические выводы к структуре выполнены в виде зондовых прижимных контактов, которые обеспечивают сбор носителей с площади не более 0,25 мм2. Чипы структур экспериментальных образцов имеют геометрические размеры 1 х 1 х 0,5 мм. Работы по металлизации контактных площадок большей площади для эффективного сбора носителей намечается проводить в перспективе.
Теоретический модельный вариант нановключений в контактные структуры малого размера для полупроводниковых фотодиодов рассмотрен прогнозно, например, в работе [45].
Результаты тестирования экспериментальных образцов чипов гетероструктур вертикального исполнения выполнено с использованием приборов В7-21А, характериографа, экранированной измерительной ячейки с прижимными зон-довыми выводами. Типичные значения тока короткого замыкания 1-70 нА, напряжение холостого хода 0,1-6 мВ для области сбора носителей площадью 0,25 мм2.
Сравнение с известными значениями для чиповых структур (не для систем структур) на основе кремния, карбида кремния и изотопа №-63, приведенных в литературных источниках [10], затруднительно, так как активность по сравнению с аналогами у нас в тысячи раз меньше, площади чипов в сотни раз меньше. Но если ввести удельные пересчитанные значения показателей, то можно заключить следующее. Используемая нами активность по сравнению с аналогом в 100 раз меньше (1 Ки активности стоит более 1 млн руб.). Сравнение не вполне корректное, т.к. в качестве аналога взята батарея, представленная в виде сборки чипов карбидокремниевых диодов Шоттки соединенных последовательно. В нашем случае значение тока холостого хода одного чипа по сравнению с аналогом-сборкой как минимум в 40 раз больше, напряжение холостого хода в 450 раз меньше, мощность в 16 раз меньше. Если учесть, что в нашем случае активность в 100 раз (и более) меньше, то в итоге получим эффективность выросла по отношению к аналогу в 6 раз и более.
Ряд прикладных вопросов привел к серии материало-ведческих задач бета-вольтаики и изотопического материаловедения. Бета-электрон, взаимодействуя с веществом, образует вторичные электроны и дырки, которые разделяются внутренним полем ОПЗ р-л-перехода в SiC. Возможен механизм разделения зарядов в гетеропереходе SiC/Si, исходя из построения зонных энергетических диаграмм.
ЗАДАЧА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЗМА ДИФФУЗИИ С-14
По механизму замещения углерода в подрешетке углерода карбида кремния, по механизму замещения кремния в подрешетке кремния ввиду того, что изотоп должен иметь ионный радиус больше, чем С-12, иная электроотрицательность С-14 или способность принять валентный электрон Si атома при образовании молекулы SiC. Диффузия протекает в градиенте концентрации атомов углерода и кремния с двух сторон границы карбидокремниевой фазы (идет встречная диффузия атомов кремния и углерода, то есть пленка растет с двух сторон). Разность электроотрицательностей или доля ионности 12% в молекуле SiC по сравнению со стабильным C-12. Интерстициальный атом С-14 в SiC приводит к нарушению стехиометрии SiC. Определение коэффициента диффузии С-14 при формировании гетероструктуры SiC на подложке кремния.
КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ
Изменение параметра элементарной ячейки SiC положительно отражается на степени совершенства буферного слоя с сеткой дислокаций, выполняющей свойства внутреннего геттера собственных дефектов и посторонней примеси, включая С-14. При этом с видом и параметрами элементарной ячейки связана фундаментальная характеристика ЗС-SiC - ширина запрещенной зоны, которая не может изменяться в связи с легированием, в нашем случае изменяется работа выхода электрона при легировании С-14.
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
Внутренний геттер, концентрируя С-14, формирует собственный диффузионный ток электронов в подложке кремния, а это уже другая природа механизма преобразования радиохимического распада в электричество. Низкая работа выхода электрона в SiC, содержащего радиоизотоп, не позволяет подобрать металл или сплав для безбарьерной металлизации контактов к структуре энергопреобразователя. Есть решение, но оно в разработке путем формирования сильно легированной р-области на л-области с радиоизотопом. Также учитываются морфология и свойства поверхност-
Литература
1. Rappaport P. The electron-voltaic effect in p-n-junctions induced by beta-particle bombardment // Physical Review. 1954. Vol. 93 (1). Pp. 246-247.
2. Olsen L.C., Seeman S.E., Griffen B.I. Betavoltaic nuclear electric power sources // Trans. Electron Devices. 1969. Vol. 12. 481 p.
3. Гусев В.В. и др. Особенности преобразования энергии радиоактивного распада в электрическую с использованием кремниевых полупроводников с p-n-переходом // Радиационная техника. 1975. Вып. 11. С. 61-67.
4. Лазаренко Ю.В., Пустовалов А.А., Наповалов В.П. Малогабаритные ядерные источники электрической энергии. М.: Энергоато-миздат, 1992.
5. SityLabs [сайт]. URL: http://www.citylabs.net
6. Патент Российской Федерации RU N 2461915 MnK.H01L31/04 «Ядерная батарейка».
7. Патент РФ № 2452060 MnK.H01L31/04 G01H 1/00 «Полупроводниковый преобразователь бета-излучения в электроэнергию».
8. Лучинин В., Таиров Ю. Отечественный полупроводниковый карбид кремния: шаг к паритету // Современная электроника. 2009. № 7. С. 12-15.
9. Краснов А.А., Трощиев С.Ю. Разработка бета-вольтаическо-го элемента на основе синтетического алмаза и оценка его
ной пленки. От совокупности свойств зависят практические сценарии токов утечки и изменения высоты потенциальных барьеров.
АСПЕКТЫ СВОЙСТВ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА И ПОДВИЖНОСТИ С-14
Предел растворимости углерода может обуславливать и формировать собственную фазу в геттерирующем слое Si-фазы, что потенциально влияет на эффективность работы энергопреобразователя. При этом система или ограниченные подсистемы успевают приобрести новые свойства.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Авторами созданы алгоритмы и математическая модель бета-преобразователя в GEANT4, рассчитана скорость генерации электрон-дырочных пар в области р-п-перехода, определена оптимальная глубина залегания р-п-перехода в бета-преобразователе. Поставлена и решена задача Неймана с начальным и граничным условием для процесса диффузии углерода в кремнии; c помощью аналитической системы Wolfram Mathematica найдены параметры, при которых решение наиболее точно описывает экспериментальные данные; проведено сравнение полученного значения коэффициента диффузии с известными значениями. Получено значение эффективного коэффициента диффузии углерода в кремнии.
При теоретическом прогнозировании и в расчетных задачах важно сделать оценку зависимости эффективности генерации носителей от активности или введенной концентрации радиоизотопа в кристаллическую решетку, оценить принципиальную возможность металлизации структур с целью сбора неравновесных носителей заряда.
Дальнейшая работа проводится в реализации третьей компоненты системы - накопитель энергии для импульсной активации энергопреобразователя или его варианта, предполагаемого использования сборки чипов с накопителями, которые подключаются по круговой замкнутой системе по мере накопления энергии. Предварительные экспериментальные тестирования чипов в сборе с ионистором показали обнадеживающие результаты.
References
1. Raррaрort P. The electron-voltaic effect in р-п-junctions induced by beta-particle bombardment. Physical Review. 1954. Vol. 93 (1). Pp. 246-247.
2. Olsen L.C., Seeman S.E., Griffen B.I. Betavoltaic nuclear electric power sources. Trans. Electron Devices. 1969. Vol. 12. 481 p.
3. Gusev V.V. et al. Features of the conversion of radioactive decay energy into electrical energy using silicon semiconductors with a р-п junction. Radiacionnaya tekhnika. 1975. No. 11. Pp. 61-67. (In Rus.)
4. Lazarenko YU.V., Pustovalov A.A., Naрovalov V.P. Small-sized nuclear power sources. Moscow: Energoatomizdat, 1992.
5. SityLabs [web page]. URL: http://www.citylabs.net
6. Patent of the Russian Federation RU No. 2461915 IPC.H01L 31/04 "Nuclear battery".
7. RF Patent No. 2452060 IPC.H01L 31/04 G01H 1/00 "Semiconductor converter of beta radiation into electricity".
8. Luchinin V., Tairov Yu. Domestic semiconductor silicon carbide: A step towards parity. Sovremennaya elektronika. 2009. No. 7. Pp. 12-15. (In Rus.)
9. KrasnovA.A., TroshchievS.Y. Synthetic diamond betavoltaic element design and electrical evaluation. Electronic engineering. Series 2: Semiconductor devices. 2016. No. 2 (241). Pp. 21-31. (In Rus.)
DEVELOPMENT OF NEW ENERGY UNITS BASED ON RENEWABLE KINDS OF ENERGY
электрических параметров // Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. 2016. Т. 2 (241). C. 21-31.
10. Абанин И.Е. Выбор активных слоев источника питания с р-п-пе-реходом, возбуждаемым р-излучением // Нано- и микросистемная техника. 2015. № 10 (183). С. 3-10.
11. Горбацевич А.А. и др. Исследование (моделирование) Ni-63 бе-та-вольтаических батарей на основе кремниевых солнечных элементов // Журнал технической физики. 2016. Т. 86 (7). С. 94-99.
12. Булярский С.В. и др. Оптимизация параметров источников питания, возбуждаемых р-излучением // Физика и техника полупроводников. 2017. Т. 51 (1). С. 68-74.
13. Нагорнов Ю.С. Расчет эффективности элементов питания на основе микроканального кремния и бета-источника никель-63 // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2013. № 3 (27). C. 136-145.
14. Nagornov Y.S., Murashev V.N. Simulation of the p-voltaic effect in silicon pin structures irradiated with electrons from a Nickel-63 p source // Semiconductors. 2016. Vol. 50 (1). Pp. 16-21.
15. Нагорнов Ю.С. Моделирование элементов бета-вольтаики на изотопе никель-63. Ульяновск, 2015.
16. Булярский С.В. и др. Напряжение холостого хода бета-батарей на основе кремниевых p-i-n-диодов // Нано- и микросистемная техника. 2016. Т. 18. № 6. С. 391-400.
17. Katz D., Akiyama T. Pacemaker longevity: The world's longest-lasting VVI Pacemaker // Annals of Noninvasive Electrocardiology. 2017. Vol. 12 (3). Pp. 223-226.
18. Акульшин Ю.Д. и др. Бета-вольтаический МЭМС-преобразо-ватель энергии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2014. № 5 (205). С. 35-42.
19. Dreizler R., Gross E. Density functional theory. New York: Plenum Press, 1995.
20. Koch W., Holthausen M.C. A chemist's guide to density functional theory. Weinheim: Wiley-VCH, 2002.
21. Jiang Z. et al. Ab initio calculation of SiC polytypes // Solid State Communications. 2002. Vol. 123 (6-7). Pp. 263-266.
22. Cicero G., Catellani A. Towards SiC surface functionalization: An ab initio study // J. Chem Phys. 2005. Vol. 122. P. 214716.
23. Jiang M. et al. Ab initio molecular dynamics simulation of the effects of stacking faults on the radiation response of 3C-SiC // Sci Rep.
2016. Vol. 6. P. 20669.
24. Zhou H. et al. Ab initio electronic transport study of two-dimensional silicon carbide-based p-n junctions // Journal of Semiconductors.
2017. Vol. 38 (3). P. 033002.
25. Ardakani Y.S., Moradi M. Electronic and optical properties of Te-doped GaN monolayer before and after adsorption of dimethylmer-cury - DFT+U/TDDFT & DFT-D2 methods // Journal of Molecular Graphics and Modelling. 2021. Vol. 104. P. 107837.
26. Liu N., Wang W, Guo L. Superconductivity in nitrogen-doped 3C-SiC from first-principles calculations // Modern Physics Letters B. 2017. No. 31 (12). P. 1750116.
27. Poloni R. et al. Efficient first-principles method for structural studies of materials with substitutional disorder // Phys.: Condens. Matter. 2010. No. 22. P. 415401.
28. Yilun Gong, Grabowski B., Glensk A. et al. Temperature dependence of the Gibbs energy of vacancy formation of fcc Ni // Phys. Rev. B. No. 97. P. 214106.
29. Emery A., Wolverton C. High-throughput DFT calculations of formation energy, stability and oxygen vacancy formation energy of ABO3 perovskites // Sci Data. 2017. No. 4. P. 170153.
30. Grau-Crespo R. et al. Symmetry-adapted configurational modelling of fractional site occupancy in solids // Journal of Physics: Condensed Matter. 2007. No. 19 (25). P. 256201
31. Okhotnikov K., Charpentier T., Cadars S. Supercell program: A combinatorial structure-generation approach for the local-level modeling of atomic substitutions and partial occupancies in crystals // J. Cheminformatics. 2016. No. 8. P. 17.
32. Lee J., Seko A., Shitara K., Nakayama K., Tanaka I. Prediction model of band gap for inorganic compounds by combination of density functional theory calculations and machine learning techniques // Phys. Rev. B. No. 93. P. 115104.
33. Ferreno D. et al. Prediction of mechanical properties of rail pads under in-service conditions through machine learning algorithms // Advances in Engineering Software. 2021. Vol. 151. P. 102927.
34. Huang J.S., Liew J.X., Liew K.M. Data-driven machine learning approach for exploring and assessing mechanical properties of carbon nanotube-reinforced cement composites // Composite Structures. 2021. Vol. 267. P. 113917/
10. Abanin I.E. Selection of active layers for a power supply device with p-n-junction excited by p-radiation. Nano- and microsystems technology. 2015. No. 10 (183). Pp. 3-10. (In Rus.)
11. Gorbatsevich A.A. et al. Analysis (simulation) of Ni-63 beta-voltaic cells based on silicon solar cells. Technical Physics. 2016. No. 61 (7). Pp. 1053-1059. (In Rus.)
12. Bulyarskiy S.V et al. Optimization of the parameters of power sources excited by p-radiation. Semiconductors. 2017. No. 51 (1). Pp. 66-72. (In Rus.)
13. Nagornov YS. The calculation of the efficiency of batteries-based on microchannel silicon and Nickel-63 as a beta-source. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Povolzhskij region. Fiziko-matematicheskie nauki. 2013. No. 3 (27). Pp. 136-145. (In Rus.)
14. Nagornov Y.S., Murashev V.N. Simulation of the p-voltaic effect in silicon pin structures irradiated with electrons from a Nickel-63 p source. Semiconductors. 2016. Vol. 50 (1). Pp. 16-21.
15. Nagornov Y.S Modeling of betavoltaics elements on the Ni-ckel-63 isotope. Ulyamovsk. 2015.
16. Bulyarskiy S.V. et al. Open circuit voltage of the beta-cells based on silicon p-i-n diodes. Nano- and microsystems technology. 2016. No. 18 (6). Pp. 391-400. (In Rus.)
17. Katz D., Akiyama T. Pacemaker longevity: The world's longest-lasting VVI Pacemaker. Annals of Noninvasive Electrocardiology. 2017. Vol. 12 (3). Pp. 223-226.
18. Akulshin Yu.D., Lurie M.S., Piatyshev E.N. et al. Beta-voltaic mems converter. St. Petersburg Polytechnical University Journal. Computer Science. Telecommunication and Control Sys. 2014. No. 5 (205). Pp. 35-42. (In Rus.)
19. Dreizler R., Gross E. Density functional theory. New York: Plenum Press, 1995.
20. Koch W., Holthausen M.C. A chemist's guide to density functional theory. Weinheim: Wiley-VCH, 2002.
21. Jiang Z. et al. Ab initio calculation of SiC polytypes. Solid State Communications. 2002. Vol. 123 (6-7). Pp. 263-266.
22. Cicero G., Catellani A. Towards SiC surface functionalization: An ab initio study. J. Chem Phys. 2005. Vol. 122. P. 214716.
23. Jiang M. et al. Ab initio molecular dynamics simulation of the effects of stacking faults on the radiation response of 3C-SiC. Sci Rep. 2016. Vol. 6. P. 20669.
24. Zhou H. et al. Ab initio electronic transport study of two-dimensional silicon carbide-based p-n junctions. Journal of Semiconductors. 2017. Vol. 38 (3). P. 033002.
25. Ardakani Y.S., Moradi M. Electronic and optical properties of Te-doped GaN monolayer before and after adsorption of dimethyl-mercury - DFT+U/TDDFT & DFT-D2 methods. Journal of Molecular Graphics and Modelling. 2021. Vol. 104. P. 107837.
26. Liu N., Wang W, Guo L. Superconductivity in nitrogen-doped 3C-SiC from first-principles calculations. Modern Physics Letters B. 2017. No. 31 (12). P. 1750116.
27. Poloni R. et al. Efficient first-principles method for structural studies of materials with substitutional disorder. Phys.: Condens. Matter. 2010. No. 22. P. 415401.
28. Yilun Gong, Grabowski B., Glensk A. et al. Temperature dependence of the Gibbs energy of vacancy formation of fcc Ni. Phys. Rev. B. No. 97. P. 214106.
29. Emery A., Wolverton C. High-throughput DFT calculations of formation energy, stability and oxygen vacancy formation energy of ABO3 perovskites. Sci Data. 2017. No. 4. P. 170153.
30. Grau-Crespo R. et al. Symmetry-adapted configurational modelling of fractional site occupancy in solids. Journal of Physics: Condensed Matter. 2007. No. 19 (25). P. 256201
31. Okhotnikov K., Charpentier T., Cadars S. Supercell program: A combinatorial structure-generation approach for the local-level modeling of atomic substitutions and partial occupancies in crystals. J. Cheminformatics. 2016. No. 8. P. 17.
32. Lee J., Seko A., Shitara K., Nakayama K., Tanaka I. Prediction model of band gap for inorganic compounds by combination of density functional theory calculations and machine learning techniques. Phys. Rev. B. No. 93. P. 115104.
33. Ferreno D. et al. Prediction of mechanical properties of rail pads under in-service conditions through machine learning algorithms. Advances in Engineering Software. 2021. Vol. 151. P. 102927.
34. Huang J.S., Liew J.X., Liew K.M. Data-driven machine learning approach for exploring and assessing mechanical properties of carbon nanotube-reinforced cement composites. Composite Structures. 2021. Vol. 267. P. 113917.
35. Jie Xiong et al. Machine learning of phases and mechanical properties in complex concentrated alloys // Journal of Materials Science & Technology. 2021. Vol. 87. Pp. 133-142.
36. Prelas M. et al. Nuclear batteries and radioisotopes. Springer International Publishing, 2016. 335 p.
37. Покоева В.А., Сивакова К.П. Особенности диффузионного легирования структуры 81С/81 для полупроводниковых СВЧ - датчиков фосфором и бором под действием внутреннего электрического поля // Физика волновых процессов и радиотехнических систем. 2007. Т. 10. № 2. С. 110-114.
38. Тейтельбаум А.З., Ходунова А.В. Одномерное моделирование процессов ионного легирования и диффузионного перераспределения примесей в кремнии // Электронная промышленность. 1984. № 9. С. 41-45.
39. Галанин Н.П., Малкович Р.Ш. Математическое моделирование диффузии двух заряженных примесей в полупроводнике с учетом внутреннего электрического поля // ФТП. 1995. Т. 20. № 5. С. 1451-1456.
40. Гурская А.В., Чепурнов В.И., Латухина Н.В., Долгополов М.В. Способ получения пористого слоя гетероструктуры карбида кремния на подложке кремния. Патент РФ № 2653398. Опубл. 24.01.2018. Бюл. № 3.
41. Долгополов М.В, Сурнин О.Л., Чепурнов В.И. Устройство генерирования электрического тока посредством преобразования энергии радиохимического бета-распада С-14. Патент РФ № 2714690. Опубл. 19.02.2020. Бюл. № 5.
42. Сурнин О.Л., Чепурнов В.И. Карбид кремния: материал для радиоизотопного источника энергии. Патент на изобретение № 2733616 C2, Опубл. 05.10.2020. Заявка № 2020110496 от 11.03.2020.
43. Гурская А.В., Долгополов М.В., Чепурнов В.И. 14C бета-преобразователь // Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2017. Т. 48. № 6. С. 901-909.
44. Сауров А.Н., Булярский С.В., Рисованый В.Д. и др. Нанострук-турированные источники тока, возбуждаемые р-излучением, на основе углеродных нанотрубок // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2015. Т. 20. № 5.
45. Имамов Э.З., Джалалов Т.А., Муминов Р.А., Рахимов Р.Х. Отличительные особенности контактных структур с наноразмерными включениями полупроводниковых фотодиодов // Comp. nano-technol. 2016. № 3. С. 196-202.
35. Jie Xiong et al. Machine learning of phases and mechanical properties in complex concentrated alloys. Journal of Materials Science & Technology. 2021. Vol. 87. Pp. 133-142.
36. Prelas M. et al. Nuclear batteries and radioisotopes. Springer International Publishing, 2016. 335 p.
37. Pokoeva V.A., Sivakova K.P. Features diffusion doping SiC/Si structures for semiconductor microwave sensors phosphorus and boron under the influence of the internal electric field. Physics of wave processes and radio systems. 2007. Vol. 10. No. 2. Pp. 110-114. (In Rus.)
38. Teitelbaum A.Z., Khodunov A.V. One-dimensional modeling of the processes of ion doping and diffusion redistribution of impurities in silicon. Elektronnaya promyshlennost. 1984. Vol. 9 (137). Pp. 41-45. (In Rus.)
39. Galanin N.P., Malkovich R.Sh. Mathematical modeling of diffusion of two charged impurities in the semiconductor with the internal electric field. FTP. 1995. Vol. 20. No. 5. Pp. 1451-1456. (In Rus.)
40. Gurskaya A.V., Chepurnov V.I., Latukhina N.V., Dolgopolov M.V. Method for obtaining a porous layer of Silicon Carbide hetero-structure on a Silicon Substrate. Patent of the Russian Federation No. 2653398. Publ. 24.01.2018. Byul. No. 3.
41. Dolgopolov M.V., Surnin O.L., Chepurnov V.I. Device for generating electric current by converting the energy of radiochemical beta decay of C-14. Patent of the Russian Federation No. 2714690. Publ. 19.02.2020. Byul. No. 5.
42. Surnin O.L., Chepurnov V.I. Silicon Carbide: The material for the radioisotope energy source. Patent for the invention 2733616 C2, 05.10.2020. Application No. 2020110496 dated 11.03.2020.
43. Gurskaya A.V., Dolgopolov M.V., Chepurnov V.I. C-14 beta converter. Phys. Part. Nuclei. 2017. No. 48. Pp. 941-944. (In Rus.) URL: https:// doi.org/10.1134/S106377961706020X
44. SaurovA.N., Bulyarskiy S.V., Risovaniy V.D. et al. Nanostructured current sources excited by p-radiation based on carbon nanotubes. Proceedings of Universities. Electronics. 2015. Vol. 20. No. 5. Pp. 474480. (In Rus.)
45. Imamov E.Z., Djalalov T.A., Muminov R.A., Rakhimov R.Kh. The difference between the contact structure with nanosize inclusions from the semiconductor photodiodes. Comp. nanotechnol. 2016. No. 3. Pp. 196-202.
Статья проверена программой Антиплагиат
Рецензент: Рахимов Р.Х., доктор технических наук, профессор; зав. лабораторией № 1 Института материаловедения Научно-производственного объединения «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан
Статья поступила в редакцию 15.08.2021, принята к публикации 24.09.2021 The article was received on 15.08.2021, accepted for publication 24.09.2021
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Чепурнов Виктор Иванович, кандидат технических наук; доцент кафедры физики твердого тела и неравновесных систем Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева. Самара, Российская Федерация. ORCID: https://orcid. org/0000-0003-0461-1880; E-mail: chvi44@yandex.ru Раджапов Сали Аширович, доктор физико-математических наук; главный научный сотрудник лаборатории полупроводниковых высокочувствительных датчиков Физико-технического института Научно-производственного объединения «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. Ташкент, Республика Узбекистан. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4615-027X; E-mail: rsafti@mail.ru
Долгополов Михаил Вячеславович, кандидат физико-математических наук, доцент; заведующий совместной с РАН научно-исследовательской лабораторией математической физики НИЛ-319 Самарского
ABOUT THE AUTHORS
Viktor I. Chepurnov, Cand. Sci. (Eng.); associate professor at the Department of Solid State Physics and Non-Equilibrium Systems of the Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev. Samara, Russian Federation. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0461-1880; E-mail: chvi44@yandex.ru Sali A. Rajapov, Dr. Sci. (Phys.-Math.); Chief Researcher at the Laboratory of Semiconductor High-sensitivity Sensors of the Institute of Physics and Technology of the Scientific and Production Association "Physics-Sun" of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan. Tashkent, Republic of Uzbekistan. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4615-027X; E-mail: rsafti@ mail.ru
Mikhail V. Dolgopolov, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Associate Professor; Head at the Joint Research Laboratory of Mathematical Physics NIL-319 of the Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev;
DEVELOPMENT OF NEW ENERGY UNITS BASED ON RENEWABLE KINDS OF ENERGY
национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева; доцент кафедры высшей математики Самарского государственного технического университета. Самара, Российская Федерация. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8725-7831; E-mail: mikhaildolgopolov68@gmail.com
Пузырная Галина Владимировна, инженер 1 категории кафедры физики твердого тела и неравновесных систем Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева. Самара, Российская Федерация. ORCID: https://orcid. org/0000-0002-9742-260X; E-mail: vaksa22@gmail.com Гурская Альбина Валентиновна, кандидат физико-математических наук; доцент кафедры высшей математики Самарского государственного технического университета; старший научный сотрудник Межвузовского научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению. Самара, Российская Федерация. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2543-4932; E-mail: a-gurska@yandex.ru
associate professor at the Department of Higher Mathematics of the Samara State Technical University. Samara, Russian Federation. ORCID: https://orcid. org/0000-0002-8725-7831; E-mail: mikhaildolgopolov68 @gmail.com
Galina V. Puzyrnaya, engineer of the 1st category at the Department of Solid State Physics and Non-Equilibrium Systems of the Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev. Samara, Russian Federation. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9742-260X; E-mail: vaksa22@gmail.com Albina V. Gurskaya, Cand. Sci. (Phys.-Math.); associate professor at the Department of Higher Mathematics of the Samara State Technical University; senior researcher at the Interuniversity Research Center for Theoretical Materials Science. Samara, Russian Federation. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2543-4932; E-mail: a-gurska @yandex.ru
