КПД активированных наногетеропереходов на подложках кремния и карбида кремния
(Стр. 91-102)

Рассматривается концепция, модель, примеры активированных наноразмерных гетеропереходаов на специальных подложках карбида кремния и кремния для обеспечения максимальной мощности при комбинированных геометрическом и количественном масштабированиях чипов полупроводникового преобразователя энергии. Исследуется вопрос максимальных КПД преобразования энергии и эффективности разделения электрон-дырочных пар. Вариант оптимизации решения масштабирования реализуется гетеропереходами с вариациями последовательностей слоев с увеличением концентрации и направленности перемещения неравновесных носителей для дальнейшего повышающего преобразования напряжения с накачкой заряда. Проведено численное моделирование для проверки модели с тонкими слоями GaN, GaP на SiC, SiC/Si. Впервые предложены определения активации гетероперехода и активированного наногетероперехода как принципиальной структуры. Точность предложенных моделей сравнивается с точностью известных моделей, показано, что полученные результаты лучше, чем некоторые известные в литературе решения этих моделей.

ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ: Долгополов М.В., Елисов М.В., Раджапов С.А., Чепурнов В.И., Чипура А.С. КПД активированных наногетеропереходов на подложках кремния и карбида кремния // Computational Nanotechnology. 2023. Т. 10. № 4. С. 91-102. DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-4-91-102. EDN: BBEVNK

Spencer M.G., Alam T. High power direct energy conversion by nuclear batteries // Applied Physics Reviews. 2019. No. 6. P. 21.
Murphy J.W., Voss L.F., Frye C.D. et al. Design considerations for three-dimensional betavoltaics // AIP Advances. 2019. No. 9 (6). Pp. 1–10.
Чепурнов В.И., Долгополов М.В., Гурская А.В. и др. Гетероструктура por-SiC/Si для прикладных целей // Электроника – 2015: тезисы докладов. М., 2015. С. 13.
Чепурнов В.И., Раджапов С.А., Долгополов М.В. и др. Задачи определения эффективности для микроструктур SiC*/Si и контактообразования // Comp. Nanotechnol. 2021. № 3. С. 59–68.
Ojha G.P., Kang G.W., Kuk Y.-S. et al. Silicon carbide nanostructures as potential carbide material for electrochemical supercapacitors: Review // Nanomaterials. 2023. No. 13 (1). P. 23.
Oishi M. Rechargeable solid-state SMD battery for IoT applications. EEPower Technical article. 2019. CeraCharge™ World’s first rechargeable solid-state SMD battery. Humanizing the Digital Experience: TDK Developers Conference 2018.
Yakimov E.B. Prediction of betavoltaic battery parameters // Energies. 2023. Vol. 16. No. 3740. P. 24.
Naseem M.B., Hong Soo Kim, Lee Ju. et al. Betavoltaic nuclear battery: Review of recent progress and challenges as an alternative energy source // Journal of Physical Chemistry C. 2023. No. 127 (16). Pp. 7565–7579.
Юдинцев В. Радиационно стойкие интегральные схемы. Надежность в космосе и на земле // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2007. № 5 (79). С. 72–77.
Чепурнов В.И., Долгополов М.В., Гурская А.В., Латухина Н.В. Способ получения пористого слоя гетероструктуры карбида кремния на подложке кремния. Патент на изобретение RU 2653398 C2. 08.05.2018. Заявка № 2016129598 от 19.07.2016.
Gurskaya A.V., Chepurnov V.I. et al. Theoretical aspects of direct conversion of radio-chemical energy in electric by radiation-stimulated SiC*/Si heterostructure // Journal of Physics: Conference Series. 2022. Vol. 2155. P. 012014.
Колайкова О.И., Гурская А.В., Долгополов М.В. и др. Моделирование управляющих уравнений для технологии эндотаксии материала 3C SiC/Si, прогнозирующих его свойства // Материалы Междунар. науч. конф. «Новые материалы и гелиотехнологии». Паркент, 2021. С. 97–99.
Анисимов Н.С., Долгополов М.В., Кузнецова А.А. и др. Исследование решений уравнений твердофазной диффузии с бета-источником // Математическое моделирование и краевые задачи: матер. XI Всерос. науч. конф. с междунар. участием. В 2 т. Самара: Самарский гос. техн. ун-т, 2019. С. 208–212.
Chepurnov V.I., Dolgopolov M.V., Gurskaya A.V. et al. Radiation-doped SiC*/Si heterostructure formation and defects evolution // Journal of Physics: Conference Series. 2022. Vol. 2155. P. 012012.
Чепурнов В.И., Пузырная Г.В., Гурская А.В. и др. Экспериментальное исследование полупроводниковых структур источника питания на углероде-14 // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2019. Т. 22. № 3. С. 55–67.
Kuznetsov O., Chepurnov V., Gurskaya A. et al. C-beta energy converter efficiency modeling // EPJ Web of Conferences. 2019. No. 222. P. 02012.
Kuznetsova A., Dolgopolov M., Gurskaya A. et al. Micro alloying of SiC by radioisotope // EPJ Web of Conferences. 2019. No. 222. P. 02013.
Gurskaya A.V., Chepurnov V.I., Puzyrnaya G.V. et al. Silicon Carbide 3C-SiC phase band structures calculation in DFT // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1686. Issue 1. P. 012040.
Imamov E.Z., Muminov R.A., Rakhimov R.Kh. Analysis of the efficiency of a solar cell with nano-dimensional hetero transitions // Comp. Nanotechnol. 2021. Vol. 8. No. 4. Pp. 42–50.
Долгополов М.В., Елисов М.В., Раджапов С.А., Чипура А.С. Модели масштабирования электрических свойств фото- и бета-преобразователей с наногетеропереходами // Computational Nanotechnology. 2023. Т. 10. № 1. С. 138–146.
Gurskaya A.V., Dolgopolov M.V., Elisov M.V. et al. Combined scaling of nanochip generators for betavoltaics // Physics of Particles and Nuclei Letters. 2023. Vol. 20. No. 5. Pp. 1088–1093.
Гурская А.В., Долгополов М.В., Раджапов С.А., Чепурнов В.И. Контакты для SiC-преобразователей в диапазоне нано-микроватт // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика. Астрономия. 2023. № 1. С. 2310103.
Матаре Г. Электроника дефектов в полупроводниках / пер. с англ. М.: Мир, 1974. 464 с.
Imamov E.Z., Muminov R.A., Rakhimov R.Kh. et al. Modeling of the electrical properties of a solar cell with many nano-hetero junctions // Comp. Nanotechnol. 2022. Vol. 9. No. 4. Pp. 70–77.
Muminov R.A., Imamov E.Z., Rakhimov R.Kh., Askarov M.A. Factors of efficient generation of electricity in a solar cell with nanohetero junctions // Computational Nanotechnology. 2023. Vol. 10. No. 1. Pp. 119–127.
Имамов Э.З., Муминов Р.А., Аскаров М.А. et al. Расчет числа переходов носителей тока, формирующих НГП – наногетеропереход // Междунар. науч. конф. «Тенденции развития физики конденсированных сред». Фергана, 2021. С. 57–59.
Marvin Tan Xing Haw. Power-scalable betavoltaic battery // UK Patent Journal Publication. 2012. No. GB2484028 (A).
Abanin I.E. Comparative analysis of power sources excited by various β isotopes. News of higher educational institutions // Electronics. 2016. Vol. 21. No. 5. Pp. 3–10.
Физика полупроводниковых преобразователей / под ред. А.Н. Саурова, С.В. Булярского. М.: РАН, 2018. 280 с.
Saurov A.N., Bulyarskiy S.V., Risovaniy V.D. et al. Nanostructured current sources based on carbon nanotubes excited by β radiation // Semiconductors. 2016. No. 50. Pp. 1744–1747.
Милнс А.Дж., Фойхт Д.Л. Гетеропереходы и переходы металл – полупроводник / пер. с англ. А.А. Гиппиуса; под ред. В.С. Вавилова. М.: Мир, 1975. 432 с.
Долгополов М.В., Елисов М.В., Рахманкулов И.Р. Моделирование полупроводниковых гетероструктур для преобразователей энергии и датчиков // Материалы международной научной конференции «Новые материалы и гелиотехнологии». Паркент, Узбекистан, 15–16 мая 2023 года. Паркент, 2023. С. 86–88.
Лебедев Д.М., Шишкина Д.А., Шишкин И.А. и др. Особенности роста пленок 3С-SiC/Si, изготовленные методом HTCVD // Информационные технологии и нанотехнологии (ИТНТ-2023): сб. трудов по матер. IX Междунар. конф. и молодежной школы. Самара, 17–23 апреля 2023 г. В 6 т. Т. 1. Самара: Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, 2023. С. 12402.
Долгополов М.В., Бобрик А.Л., Волович И.В. и др. Математическая физика: задачи и решения заочной всероссийской студенческой тренинг-олимпиады по математической и теоретической физике (21–24 мая 2010 г.). Т. 4 Специальный выпуск: Современные проблемы математической физики. Самара: Изд-во Самарского университета, 2010. 84 с.
Khripunov V.I., Kurbatov D.K., Subbotin M.L. Source terms and carbon-14 production rates in power fusion reactors // Questions of Atomic Science and Technology. Series: Thermonuclear Fusion. 2007. No. 2. Pp. 10–17.
Небесный А.Ф., Нам И.В., Раджапов С.А., Пиндюрин Ю.С. USB-анализатор для спектрометрии ядерных излучений // Приборы и техника эксперимента. 2021. № 2. С. 157–159.
Bouzid F., Pezzimenti F., Dehimi L. Modelling and performance analysis of a GaN-based n/p-junction betavoltaic cell // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2020. No. 969. Pp. 164103.
Kavak Yürük R., Tütüncüler H. Theoretical investigation of high-efficiency GaN–Si heterojunction betavoltaic battery // Canadian Journal of Physics. 2019. No. 97. Pp. 1031–1038.
Kang T., Kim J., Park S.K. et al. Evaluation of a betavoltaic energy converter supporting scalable modular structure // ETRI Journal. 2019.No. 41 (2). Pp. 254–261.
Долгополов М.В., Чипура А.С. Моделирование бетавольтаического элемента на наногетеропереходах GaN и GaP на подложках Si и 3С-SiC/Si // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. 2023. Т. 29. № 4. С. 133–142.
Dolgopolov M.V., Chepurnov V.I., Chipura A.S. et al. Scaling and activation of nanoheterojunctions on silicon and silicon carbide substrates // International Conference “Fundamental and Applied Problems of Modern Physics”. Tashkent, 2023. Pp. 88–92.
Xiaoyi Li, Jingbin Lu, Zhanguo Chen et al. 14C diamond as energy converting material in betavoltaic battery: A first principles study // AIP Advances. 2023. No. 13 (11). P. 115314.
Yingying Zhao, Chen Zhao, Haibin Li et al. New member of micro power sources for extreme environmental explorations: X-ray-voltaic batteries // Applied Energy. 2024. No. 353. P. 122103.
Yu Wang, Jingbin Lu, Renzhou Zheng et al. Theoretical study of a high-efficiency GaP–Si heterojunction betavoltaic cell compared with metal–Si Schottky barrier betavoltaic cell // AIP Advances. 2021. No. 11. P. 065110.
Елисов М.В. Самоорганизационная динамика концентра­ции носителей зарядов в полупроводниках при их инжек­ции // Известия вузов. ПНД. 2023. T. 31. № 5. С. 622–627.

масштабирование, активированный наногетеропереход, полупроводниковый преобразователь, аналитическое моделирование, гетероструктуры на карбиде кремния, микролегирование, энергоэффективность, ионизационные токи и напряжения, полупроводниковые микрогенераторы, образование точечных зарядовых дефектов.