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>