Тема: Разработка маломощного радиационно

14.575.21.0010
<Номер постера>
Федеральная целевая программа
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2014—2020 годы»
Индустрия наносистем
Тема: Разработка маломощного радиационно-стимулированного источника питания на основе
кремниевой p-i-n структуры
Соглашение 14.575.21.0010
на период 2014 - 2015 гг.
Руководитель проекта: доцент, Леготин Сергей Александрович
Получатель субсидии: НИТУ «МИСиС»
Цели и задачи проекта
Цель проекта − Разработка маломощного радиационно-стимулированного источника питания на основе кремниевой p-i-n структуры.
Задачи проекта:
- провести математическое моделирование различных вариантов конструкций элементарных ячеек радиоизотопного источника электрической энергии с целью выбора
оптимальной конструкции;
-разработать технологию изготовления тестовых образцов радиоизотопного источника электрической энергии на основе оптимальной конструкции;
- разработать топологию чертежей тестовых образцов радиоизотопного источника электрической энергии;
- изготовить тестовые образцы радиоизотопного источника электрической энергии в количестве не менее 10 шт. и провести их экспериментальное исследование.
Ожидаемые результаты проекта
1. В результате выполнения проекта должен быть изготовлен маломощный радиационно-стимулированный источник питания на основе радиоизотопа никеля-63 и
кремниевой p-i-n структуры.
2. Разработанный экспериментальный образец маломощного радиационно-стимулированного источника питания на основе кремниевой p-i-n структуры должен
удовлетворять следующим техническим параметрам:
- объем не более 1 см3;
- напряжение холостого хода (Uхх) не менее 0.3 В;
- ток короткого замыкания (Iкз) не менее 40 нА.
Перспективы практического использования
Область применения маломощного радиационно-стимулированного источника питания на основе изотопа никеля
63Ni
и планарной кремниевой p-i-n
структуры чрезвычайно широка - от карманных часов до самых разнообразных электронных устройств бытового и специального назначения.
Маломощный радиационно-стимулированный источник питания на основе изотопа никеля
63Ni
и планарной кремниевой p-i-n структуры может
являться источником питания для различных датчиков и наносистем, находящихся вдали от стационарного источника питания: морская и космическая
техника и т.д. Может служить источником питания для малопотребляющих электрических интегральных микросхем (ОЗУ ПЗУ). Может использоваться в
качестве источника питания для электрокардиостимуляторов и искусственных органов.
Результаты исследовательской работы, полученные в 2015 г.
В течение 2015 года были разработаны технологический маршрут и эскизная конструкторская документация для изготовления
маломощного радиационно-стимулированного источника питания на основе кремниевых p-i-n структур. На технологической базе
индустриального партнера были созданы экспериментальные образцы.
Из элементарных ячеек (базовых элементов преобразователей) и никелевой фольги с нанесенным на нее слоем
(активность радиоактивного слоя
63Ni
63Ni
составляет 2,7 мКи) был собран маломощный радиационно-стимулированный источник
питания (рисунок 1) со следующими параметрами:
- напряжение холостого хода (Uхх) - 0.32 В;
- ток короткого замыкания (Iкз) - 41 нА.
-объем не более 0,2
Рисунок 1 – Фотография
экспериментального образца
см3.
Основные параметры источника питания и вольт-амперные характеристики (рисунок 2) были исследованы на измерительном
стенде (разработанном в рамках проекта) по разработанным программе и методикам исследований.
Проведенная
оценка
полученных
результатов
показала,
что
параметры
элементарных
ячеек
(базовых
элементов
преобразователей) маломощного источника питания превосходят параметры аналогов на основе кремния и находятся на
мировом уровне, кроме этого разработанные элементарные ячейки (базовые элементы преобразователя) превышают аналоги
на всех материалах по генерационным токам нА/мКи. Тем не менее, можно констатировать, что элементарные ячейки на основе
кремния ненамного уступают элементам на основе SiC и не уступают элементам, изготовленным из других широкозонных
материалов, в то же время они намного дешевле, а технология изготовления хорошо отработана.
Предложен проект технического задания на опытно-конструкторскую работу по разработке маломощного радиационностимулированного источника питания на основе кремниевой p-i-n структуры и радиоизотопа
63Ni.
Рисунок 2 – Вольт-амперная
характеристика
Проведенный патентно-маркетинговый анализ показал, что элементы с непосредственной зарядкой бета-излучением являются
перспективным рынком, который обладает наибольшими показателями роста и наименьшей конкуренцией.
Партнеры проекта
Индустриальным партнером проекта является Акционерное общество «ОПТРОН», предприятие специализируется на выпуске широкого класса
оптоэлектронных приборов, ультрастабильных, прецизионных стабилитронов, p-i-n СВЧ диодов, диодов общего назначения и других электронных
компонентов. Проведено софинансирование на сумму 2,5 млн. рублей.
14.575.21.0010
<1>