Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0117

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0117
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева"
Название доклада
Разработка технологии, конструкции и изготовление радиационно-стимулированного источника повышенного постоянного и импульсного напряжения на основе высокообогащенного изотопа никеля-63
Докладчик
Сидоров Виктор Геннадьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка технологии, конструкций и изготовление опытных образцов малогабаритных
микромощных источников на основе изотопа никель-63 с длительным сроком
эксплуатации для использования в качестве источников питания
микроэлектронных компонентов.
Актуальность и новизна исследования
Объективные тенденции к миниатюризации автономных устройств требуют разработки новых высоконадежных источников электрической энергии с высокими удельными энергетическими характеристиками. Особенная необходимость есть в оборонном, космическом и медицинском применении для питания микроваттных микроэлектронных и микроэлектромеханических систем с длительным сроком
эксплуатации и малыми габаритами, для чего подходят источников на основе радиоизотопов с бета-распадом.
Новизна проекта состоит в разработке технологии промышленного изготовления новых высокоэффективных БЭП с повышенной надежностью, ресурсом не менее 20-25 лет, для нового поколения аппаратуры (систем на кристалле и систем в корпусе). При решении комплекса задач по созданию структуры БЭП на основе высокообогащенного радиоактивного вещества возможны патентноспособные
технические решения. Отсутствие подобных БЭП тормозит развитие перспективных микроэлектронных и микроэлектромеханических систем. Поэтому создание новых источников питания на основе долгоживущих радионуклидов бета-источников является перспективной задачей, решение которой позволит создать новые коммерческие продукты высокотехнологичной отрасли экономики.
Описание исследования

Разработана конструкция и топология кремниевого полупроводникового бетаэлектрического преобразователя, планарной и микроканальной конструкции. С целью достижения высокого времени жизни носителей и низкого уровня обратного тока применяется ряд технологических приемов, позволяющих сохранить чистоту кремния после химических и термических обработок.

При формировании p-n переходов неконтролируемые атомы переходных металлов (Fe, Cu и др.), обладающие высоким коэффициентом диффузии при повышенных температурах (более 900С), легко распространяются по всему объему пластины. Решением этой проблемы являются использование особо чистых материалов и применение в процессе изготовления по возможности низких температурных обработок (менее 900-1000С). Другим ключевым моментом является осаждение геттерирующего покрытия на основе слоя поликремния сильнолегированного фосфором толщиной около 1 мкм на обратную сторону кремниевой пластины. Идея заключается в связывании в виде комплексов атомов фосфора в геттерном слое с атомами переходных металлов (железо, медь, никель) проникающих из подложки в процессе диффузии и освобождении обедненной области от нежелательных примесей, уменьшающих время жизни.

Для сохранения необходимой величины времени жизни в ходе технологического процесса была разработана оригинальная технология создания геттерного слоя, заключающаяся в раздельном легировании фосфором обратной стороны подложки и нанесении поликристаллического кремния.

 

Результаты исследования

На текущий момент разработаны и экспериментально исследованы основные элементы технологического процесса создания опытных образцов малогабаритных микромощных источников на основе изотопа никель-63, в частности технологии создания:

1. технология создания кремниевого бетавольтаического первичного преобразователя

2. высокообогащенного изотопа никеля-63 (облучение, радиохимическая очистка, газоцентрифужное обогащение),

3. импульсного вторичного источника.

Изготовлены улучшенные экспериментальные образцы бетавольтаического преобразователя на основе кремниевой p-i-n структуры с характеристиками, удовлетворяющими условиям ТЗ.

Проведен анализ статических характеристик изготовленных бетавольтаических элементов.

Экспериментально отработаны операции по нанесению слоя изотопа на активное окно структуры, проведены исследования качества полученного покрытия.

Проработаны операции по сборке преобразователей в группы и корпусировке радиационно-стимулированного источника.

Изготовлены макеты корпуса, проведены предварительные эксперименты по оценке их характеристик по радиационной защите.

По результатам экспериментов со стабилизаторами напряжения скорректирован их компонентный состав. 

Практическая значимость исследования
Интерес к РСИ проявляют следующие организации:
1. ОАО "Информационные спутниковые системы", г. Железногорск Красноярского края. Применение РСИ
- резервирование питания важнейших узлов электронной аппаратуры КА (память), основное питание
микропотребляющих приборов (вынесенные датчики в трудно доступных местах, выдвижных, подвижных
модулях; системы на кристалле; беспроводные сенсорные сети).
2. ФГУП "ГХК" г. Железногорск Красноярского края. Интерес заключается в производстве
высокообогащенного изотопа никеля-63 и организации производства РСИ. По информации
индустриального партнера, имеется технологическая возможность производства высокообогащенного
никеля-63 до 1кг/год. Также интересует применение в качестве основного питания датчиков,
расположенных в опасных и труднодоступных подвижных модулях систем контроля.
В перспективе ожидается интерес предприятий, производящих медицинскую технику и продукцию
оборонного назначения.