Разработка автономного источника питания на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры
Разработка радиоизотопных, кремниевых источников питания. Изучение двух ступенчатых преобразователей. Описание различных полупроводниковых материалов для бетавольтаических преобразователей. Анализ энергии потерь электронов в полупроводниковой структуре.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.05.2015 |
| Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Разработаны алгоритмы решения уравнения Пуассона, уравнения непрерывности, распределения генерации электронно-дырочных пар при облучении электронами, расчетов токов и спектральной характеристики структуры.
Был проведен анализ потерь энергии электронами в полупроводниковой p-i-n структуре.
Проведено моделирования влияния жизни подвижных носителей заряда в радиационно-стимулированных источниках питания на зависимости их чувствительности от энергии электронов.
Показано, что при низком уровне легирования i-области поле обеспечивает максимальное собирание подвижных носителей генерированных электронами.
Проведено сравнение зависимостей чувствительности p-i-n структур от энергии быстрых электронов для структур с металлизацией Ni63, расположенной с лицевой стороны (со стороны p-области) и с обеих сторон.
Показано, что при снижении уровня легирования слаболегированной n-области чувствительность структур меньше зависит от времени жизни.
Дополнительная металлизация Ni63 приводит более равномерной зависимости радиационно-стимулированных токов от энергии электронов. В тоже время, вклад обратной металлизации значительно меньше вклада металлизации с лицевой стороны.
Была проведена оценка КПД радиационно-стимулированного источника питания для структур с металлизацией Ni63, расположенной с лицевой стороны (со стороны p-области) и с обеих сторон.
Разработана эскизная конструкторская документация элементарной ячейки автономного источника питания.
Произведен анализ различных альфа и бета источников и обоснован выбор никеля-63 в качестве источника радиоизотопа. Показано что, для оптимального преобразования ионизирующего излучения толщина никелевой металлизации не должна превышать 1 мкм.
Разработана эскизная конструкторская документация на измерительный стенд для проверки параметров экспериментальных образцов автономного источника питания.
Проанализированы существующие на сегодняшний день коммерчески доступные варианты бетавольтаических батарей. Показано, что на сегодняшний день в мире не существует бетавольтаических батарей подходящих для основного электропитания.
Составлены рекомендации по улучшению параметров радиационно-стимулированного источника питания.
Список использованных источников
1. H. G.J. Moseley, and J. Harling, “The Attainment of High Potentials by the Use of Radium, Proc. R. Soc. (London) A, 88, 471 1913.
2. H.J. Gerwin, Selected Thermoelectric Thermionic, and Electron-Voltaic Energy Conversion Device Characteristics, SC-ARPIC-1011, Sandia Laboratories (May 1969).
3. Kenneth E. Bower, Yuri A. Barbanel, Yuri G. Shreter, George W. Bohnert. POLYMERS, PHOSPHORS, AND VOLTAICS FOR RADIOISOTOPE MICROBATTERIES. 2002. 472 p.
4. Robert D. Abelson. Expanding Frontiers with Standard Radioisotope Power Systems. 2005
5. Cassini Program Environmental Impact Statement Supporting Study. Vol. 2 Cassini Document No. 699-070-2. 1994.
6. Карасев П.А. Ядерные энергетические установки в космосе//Атомная стратегия. -2007-№ 30.
7. Scott, A. Improving power density and efficiency of miniature radioisotopic thermoelectric generators / A. Scott [et all] // Journal of Power Sources 180, 2008, P. 657-663.
8. Егоров О. Изотопные источники энергии // Квант. -2001. - № 1. - С. 31-34.
9. Olsen, L.C. Review of betavoltaic energy conversion / L.C. Olsen // Proceedings of the XII Space Photovoltaic Research and Technology Conference, 1992. - P. 256.
10. A. Scharman, "A Photoelectric Radionuclide-Battery and Its Limits," Proc. Intl. Sympos. Industrial Applications of Isotopic Power Generators, AERE, Harwell, September 1966.
11. Reisfeld, R. and Jorgensen, C.K., Luminescent solar concentrators for energy conversion, in Structure and Bonding, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1982, 2-36.
12. Yakubova, G.N. Dissertation // Nuclear batteries with tritium and promethium-147 radioactive sources // Urbana, Illinois / 2010.
13. W. Ehrenberg, et al. The Electron Voltaic Effect.- Proc. Roy. Soc. 64, 424(1951).
14. P.Rappaport, The Electron-Voltaic Effect in p-n Junctions Induced by Beta Particle Bombardment, Phys. Rev. 93, 246 (1953).
15. L.C. Olsen, “Review of Betavoltaic Energy Conversion” Processing of the 12th Space Photovoltaic Research and Technology Conference, 256 (1993).
16. L.C. Olsen, P. Cabauy, B.J. Elkind. Betavoltaic power sources / Physics Today. - pp 35 - 38. - 2012.
17. Jinkui Chu Xianggao Piao. Research of radioisotope microbattery based on в-radio-voltaic effect // Micro/Nanolith. MEMS MOEMS. - 2009. - № 8.
18. Нагорнов Ю.С., Современные аспекты применения бетавольтаического эффекта. // Ульяновск. - 2012.
19. Ю.С. Нагорнов, Е.С. Пчелинцева, Б.М. Костишко. / Моделирование радиационно-стимулированного источника тока на p-i-n структурах. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион № 3 (11), 2009. с. 113-125
20. Wei Sun, Nazir P. Kherani, Karl D. Hirschman, Larry L. / A three-dimensional porous silicon p-n diode for betavoltaics and photovoltaics // Advanced materials. -2005 p. 1230-1233.
21. T. Wacharasindhu, J.W. Kwon, A.Y. Garnov, and J.D. Robertson / Encapsulated radioisotope for efficiency improvement of nuclear microbattery // PowerMEMS. - 2009 p. 193-196.
22. P.D. Desai, B. Ulmen, J.R. Lee, S. Moghaddam, R.I. Masel, G.H. Miley / Ni-63 Schottky Barrier Nuclear Battery // 2011.
23. N. Luo, B. Ulmen and G.H. Miley \\ Nanopore/Multilayer Isotope Batteries Using Radioisotopes from Nuclear Wastes \\ ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit \\ Nashville 2010
24. George H. Miley, Nie Lou \\ A Nanopore Multilayer Isotope Battery Using Radioisotopes from Nuclear Wastes \\ Annual International Energy Conversion Engineering Conference \\ San Diego 2011
25. A. Dolgyi, S. Redko, H. Bandarenka, A. Shapel and V. Bondarenko // Beta-battery based on Ni/macroporous silicon // The Electrochemical Society 2012
26. Wacharasindhu T., Kwon J.W., et al., Radioisotope Microbattery Based on Liquid Semiconductor // Journal of Applied Physics Letters. - 2009. - 95,014103
27 Meier D., Garnov A., Kwon J.W., et al. Production of S35 for a Liquid Semiconductor Betavoltaic // Journal of Radio analytical and Nuclear Chemistry. - 2009. - № 9. - С. 193-196.
28. Li H., Lal A., Blanchard J., et al., Self-reciprocating radioisotope - powered cantilever // J. Appl. Phys., - 2002. - № 92. P. 271 - 274
29. Xiao-Ying Li, et al., / Ni63 schottky barrier nuclear battery of 4H-SiC // Radioanal Nucl Chem. - 2011. - № 287. - С. 173 - 176.
30. Pen-Tung Sah. Demonstration of a High Open-Circuit Voltage GaN Betavoltaic Microbattery // Chin. Phys. Lett. - Vol.28, № 7. - 2011.
31. Методические рекомендации по применению классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых / Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых - М., 2007.
32. B. Campbell, W. Choudhury, A. Mainwood, M. Newton, G. Davies. Lattice damage caused by the irradiation of diamond. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 476 (2002) 680-685.
33. Е.С. Пчелинцева, С.Г. Новиков, А.В. Беринцев, Б.М. Костишко / Импульсный радиационно-стимулированный источник электрического питания. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 14, №4(4), 2012. - с. 1126-1128.
34. МОП СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов.- М.: Радио и связь, 1988.- 496с.
35. Р. Маллер, Т. Кейминс. Элементы интегральных схем. - М.: Мир, 1989.- 630 с.
36. A. De Mari, “An accurate numerical steady-state one-dimensional solution of the p-n junction”, Solid-St. Electronics, vol. 11, p. 33-58, 1968.
37. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. - М.: Наука, 1989.- 608с.
38. Самарский А.А. Введение в численные методы. - М.: Наука, 1982. - 272с.
39. Исследование профиля энерговыделения в NaCl при облучении / Ганн В.В. [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. - 2005, - Вып. 88. - С. 32-35.
40. Нагорнов, Ю.С. Моделирование процесса генерации электронно-дырочных пар в солнечном элементе при электронном облучении/ Ю.С. Нагорнов [и др.] // 1-ая Всероссийская конференция по многомасштабному моделированию процессов и структур в нанотехнологиях (ММПСН 2008) 2008 г., с.254-256/
41. Нагорнов, Ю.С. Моделирование процесса генерации энергии в радиационно-стимулированном источнике питания для МЭМС/ Ю.С. Нагорнов [и др.] // Тезисы конференции «Многомасштабное моделирование процессов и структур в нанотехнологиях» 2009. с. 284-285.
42. PohChin Phua, Vincent K. S. Ong Determining the Location of Localized Defect in the Perpendicular Junction Configuration With the Use of Electron Beam Induced Current//IEEE of Transaction on Electron Devices. - V.49. - No. 11, P.2036-2046.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Преобразование энергии бета распада в электрическую энергию с использованием твердотельных полупроводников. Определение областей применения радиоизотопных источников питания. Обоснование и выбор оптимального по радиоактивности и геометрии радиоизотопа.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 20.05.2015Вольтамперная характеристика фотоэлемента. Анализ изменения эффективности различных типов полупроводниковых преобразователей солнечной энергии. Изучение параметров органических и гибридных фотоэлементов. Концепция объемного и планарного гетеро-перехода.
презентация [2,0 M], добавлен 25.11.2014Понятие, назначение и классификация вторичных источников питания. Структурная и принципиальная схемы вторичного источника питания, работающего от сети постоянного тока и выдающего переменное напряжение на выходе. Расчет параметров источника питания.
курсовая работа [7,0 M], добавлен 28.01.2014Оптимальные условия возбуждения эксиламп барьерного разряда. Рабочие среды и спектры их излучения. Принцип работы резонансного источника питания гармонического напряжения. Описание экспериментальной установки. Измерение мощности излучения эксилампы.
дипломная работа [3,7 M], добавлен 08.10.2015Определение тока утечки, мощности потери, удельных диэлектрических потерь при включении образца на переменное напряжение. Классификация и основные свойства полупроводниковых материалов. Физический смысл и область использования магнитных материалов.
контрольная работа [93,7 K], добавлен 28.10.2014Физические основы и практические результаты использования проникающих излучений в технологии ядерного легирования полупроводниковых материалов. Их применение в производстве полупроводниковых приборов, мощных кремниевых диодов, тиристоров и транзисторов.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 08.06.2015Особенности использования магнитомягких материалов для постоянных и низкочастотных полей. Определение свойств ферритов и магнитодиелектриков. Применение магнитострикционных материалов для изготовления сердечников электромеханических преобразователей.
реферат [25,2 K], добавлен 30.08.2010Характеристика устройств преобразования различных видов энергии в электрическую и для длительного хранения энергии. Использование мускульной силы человека для обеспечения автономного функционирования систем электрического питания при помощи велотренажера.
научная работа [270,6 K], добавлен 23.02.2013История развития электромеханических преобразователей. Электромеханические преобразователи постоянного тока. Серводвигатели и мотор-ролики. Синхронные и асинхронные двигатели. Сопоставление достоинств и недостатков электромеханических преобразователей.
реферат [786,6 K], добавлен 07.03.2012Источники вторичного электропитания как неотъемлемая часть любого электронного устройства. Рассмотрение полупроводниковых преобразователей, связывающих системы переменного и постоянного тока. Анализ принципов построения схем импульсных источников.
дипломная работа [973,7 K], добавлен 17.02.2013
