СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 Типичное значение E d Энергия смещения E d , эВ Энергия смещения E th , эВ Максимальная энергия ТЭМ-луча 80 60 40 20 200 0 400 600 800 Н Li Be B C N O F Mg Si Na Al S Ti Fe Cu Ge– Nb– Pb Моделирование новой бета-вольтаики на монокристаллах LPE i-GaAs В статье показана исключительно перспективная возможность создания бета-источников питания на основе изотопов 147 Pm и монокристаллов LPE i-GaAs, с эффективной мощностью преобразования не менее чем в 45 раз выше в сравнении с бета-источниками на основе изотопа 63 Ni и кремния. Виктор Войтович (г. Тарту, Эстония), Александр Гордеев (г. Ульяновск), Анатолий Думаневич (Москва) Уровень и перспективность электро- ники определяются свойствами базо- вого материала – кремния, германия на кремнии, арсенида и нитрида гал- лия, карбида кремния и, в перспекти- ве, алмаза и нитрида бора, в том числе и в таком новом направлении, как бета- вольтаика. Нет смысла лишний раз под- робно интерпретировать и подчёрки- вать значение рынка объёмом $20 млрд в областях кардио-, нейростимулято- ров, слуховых аппаратов, устройств для преодоления слепоты, дефибриллято- ров, биосенсорики, аппараты для онко- логии, оружия будущего (сенсорных и психотронных микро-БЛА – беспи- лотных летательных аппаратов – MAV), сферы действия МЧС («чёрные ящики», поиск в недоступном пространстве, безопасность АЭС, строительных кон- струкций и другое). Важно найти каче- ственно новые прорывные технологи- ческие платформы в этом направлении. Один из вариантов таких новых реше- ний и предлагается в настоящей статье. О ТНОСИТЕЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ БЕТА - ИСТОЧНИКОВ Из физики твёрдого тела известно, что взаимодействие пучка высоко- энергетичных электронов с кристал- лической структурой ковалентных (Si, Ge, diamond и других) и ионных (GaAs, InP, InSb и других) монокристал- лов сопровождается многими явлени- ями, среди которых прежде всего сле- дует отметить рассеяние (Elastically and Inelastically Scattered Electrons) и диф- ракцию электронов, генерацию рент- геновского излучения (X-rays), фото- нов низкой энергии, оже-электронов (Auger-Electrons) и других в широ- ком диапазоне значений h ν – энергии с длиной волны от длины де Бройля λ ≈ 1,22/Е 1/2 , где [ λ ] = нм, а [Е] = эВ (Е – энергия электрона) до энергии запре- щённой зоны полупроводника (то есть включая оптическое свечение). Ско- рость электронов в излучающем пуч- ке зависит от энергии, предположим, в РЭМ-излучении с энергией 100 кэВ она составляет ≈ 1,6 × 10 8 м/с или ≈ ½ С (скорость света). Чем выше энергия релятивистского электрона, тем больше энергии в виде ионизации электронов и волновых квантов выделится в монокристалле. Но здесь есть свои ограничения, кото- рые связаны с механизмом радиаци- онных повреждений приёмного моно- кристалла, обусловленных выбивани- ем атомов из «седла» кристаллической решётки и, соответственно, созданием вакансий и междоузлий (пары Френ- келя). Интенсивность этого процесса напрямую зависит от энергии электро- нов, облучающих монокристалл. Порог смещения данной энергии E t также определяется энергией связи атомов и энергии смещения E d и атомным весом элемента (элементов) кристал- лической решётки. Эксперименталь- ные данные энергии смещения E d для ряда атомов и функция от пороговой энергии пучковых электронов показа- ны на рисунке 1 [1]. Из анализа пороговой энергии выби- вания и с учётом того, что чем выше энергия лучевого электрона и чем выше флюенс электронного излуче- ния, в таких соединениях, как алмаз, полупроводниковых кристаллах с сое- динениями лёгких атомов, таких как BN и MOCVD SiC, GaN и другие, с пози- ции эффективной бета-вольтаики «искать нечего», в пограничной зоне ( < 150–170 кэВ) эффективность/неэф- фективность – кремний (Si), несмотря на все известные Trench-конструкции. Очень выигрышно выглядит германий (Ge), но на нём проблематично создать монокристаллы с собственной шири- ной физического p–n-перехода в еди- ницы и, тем более, в десятки микроме- тров. В подтверждение вышесказанного в блестящей монографии по бета-воль- Рис. 1. Энергия смещения E d (дефектообразования) для различных атомов Статья опубликована в авторской редакции. Мнение редакции не всегда совпадает с авторской линией. Но редакция всегда открыта к диалогу и предоставляет специалистам возможность донести свою идею до читательской аудитории журнала. Специализированный журнал – это информационная площадка, на которой порой встречаются самые невероятные инженерные решения и проявления творческой мысли. © СТА-ПРЕСС