Импульсный преобразователь ионизирующих излучений, интегрируемый со структурами кремниевых СБИС

Первые конструкции планарных 2D преобразователей ионизирующих радиационных излучений в электрическую энергию (бета-гальваническая батарейка) были предложены ещё в 1954 году после обнаружения, что при распаде изотопов никель-63 или трития, в полупроводниковых материалах могут образовываться электронно-дырочные пары, это явление получило название бета-вольтаического эффекта. Позднее, в 1957 году, бета-вольтаический эффект применили для выработки электрической энергии с помощью планарных p-n-переходов, полученных на кремниевых пластинах.

В последнее время появились технологии утонения кремниевых пластин до разменов 40-100 микрон, что соизмеримо с глубиной проникновения в кремний (20 мкм) бета-излучения радиоактивных изотопов, таких как никель-63 и тритий, что принципиально позволяет создавать планарные "тонкие" конструкции кремниевых p-i-n-диодов с близкими к оптимальным размерами квазинейтральных областей и областей пространственного заряда (10-29 мкм).

В качестве изотопного источника может быть выбран ⁶³Ni с периодом полураспада около 100 лет, и средней энергией испускаемых электронов 17 кэВ и максимальной энергией 64 кэВ, что меньше порога энергии дефектообразования в кремнии (160 кэВ). Также ⁶³Ni практически безопасен для здоровья человека.

Современной концепцией при разработке планарных бета-элементов питания является создание новой функционально-интегрированной конструкции p-i-n-диода и МОП-конденсатора планарного преобразователя, с генерируемой наибольшей электрической энергией (мощности), приходящейся на единицу его объема (веса) и более высокой энергоемкостью по сравнению с аналогами.

В работе представлен маршрут изготовления конструкции преобразователя ионизирующих излучения. Проведены экспериментальные исследования опытных образцов.