Анотація до роботи:

Коваленко О.В.

Іонізаційні та енергетичні прилади на основі радіоізотопу тритію – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук.

01. 04. 16. – Фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій.

Інститут ядерних досліджень Національної академії наук України. Київ, 2007.

Дисертація присвячена дослідженню мініатюрних автономних джерел початкової іонізації для антенних комутаторів радіолокаційних станцій (РЛС) міліметрового і субміліметрового діапазонів хвиль і джерел електричного струму, принцип дії яких пов’язаний з використанням енергії -випромінювання тритію. В ході роботи досліджено можливості використання джерел початкової іонізації для НВЧ-розрядників РЛС міліметрового і субміліметрового діапазону хвиль на основі метало-тритієвих структур у поєднанні з каналовими помножувачами електронів та мікроканальними пластинами і джерела початкової іонізації утвореного двома зустрічними голкоподібними електродами з тритідом титану на конічних поверхнях. Отримано результати експериментальних досліджень фізичних та фізико-технічних характеристик джерел початкової іонізації, площинних перетворювачів енергії -випромінювання тритію типу діодів Шотткі на основі тритід титана чи скандію на: монокристалічному р-кремнії; гідрогенізованому аморфному кремнії; фосфіді галію і телуриді кадмію та p-n-гетеропереходів на основі широкозонних сполук А₂В₆ з убудованим в область просторового заряду варізонним прошарком. Запропоновано конструкцію та отримані результати експериментальних досліджень фізичних характеристик перетворювачів енергії -випромінювання тритію на основі багатошарових плівкових p-i-n структур з аморфного кремнію. Створено установку іонно-пучкової низькоенергетичної імплантації та отримано результати експериментальних досліджень з імплантації іонів протію та дейтерію дегідрогенізованого і постгідрогенізованого аморфного кремнію з наступною низькотемпературною дифузією у вакуумі.

На основі проведеного аналізу літературних даних, а також наших розрахунків і експериментальних досліджень, що представлені в дисертації можна зробити наступні висновки:

1. З використанням запропонованих нами каналових помножувачів -електронів тритію можливо досягти густини потоку заряджених частинок в області розрядного проміжку НВЧ-розрядника міліметрового діапазону порядку 10¹¹ см^-2.с^-1, що достатньо для його ефективної роботи.

2. Доведено, що для досягнення необхідної густини потоку заряджених частинок порядку 10¹¹ см^-2.с^-1 і більше досить розмістити тритід титана на конічних поверхнях зустрічних голкоподібних електродів, створивши невисоку (порядку 25 В) різницю потенціалів між ними. Перевагою цих джерел початкової іонізації є також можливість електричного керування густиною потоку електронів, а значить і рівнем спрацьовування захисту приймача під очікуваний граничний рівень силової перешкоди.

3. Показано, що найбільш перспективними радіоізотопними джерелами постійного струму міліватної потужності, де використана енергія -випромінювання радіоактивного розпаду тритію, є напівпровідникові перетворювачі енергії з полем p-n-переходу чи бар'єра Шотткі для поділу носіїв. Теоретично ККД перетворення найбільш ефективних з цих пристроїв може досягати (20-25)%.

4. Запропоновані та здійснені нами удосконалення способів електронно-променевого випару і термоіонного напилювання з метою одержання плівкових структур аморфного кремнію із заданими електрофізичними властивостями відкривають можливості створення ефективних перетворювачів енергії -електронів тритію нетрадиційними методами.

5. Оптимізація основних параметрів перетворювачів енергії, за нашими розрахунками, дозволить створити джерело постійного струму з терміном служби до 25 років і початковою виробленою питомою електричною потужністю порядку 1^.10^-3 Вт/см³. Обґрунтованість значень зазначених параметрів одержало експериментальне підтвердження.

6. Показано можливість створення ефективних перетворювачів енергії -випромінювання тритію на основі тонкоплівкових поверхнево-бар'єрних структур з убудованим в ОПЗ p-n-гетероперехода варізонним прошарком. Перетворювачі -випромінювання на основі гетероструктур типу p-Cu_1,8S/n-Zn_xCd_1-xS/n-CdS, що містили тонкий (~0,2 мкм) приповерхневий варізонний шар, можуть розвивати питому корисну потужність 6,9 нВт/см².

7. Тонкоплівковий варіант перетворювачів енергії -випромінювання тритію, що запропонований у цій роботі, дозволяє збільшити у кілька десятків разів корисну потужність, віднесену до одиниці об’єму і ваги батареї. При цьому конструкція батареї може бути багатошаровою з послідовним чергуванням напівпровідникових перетворювачів і шарів тритієвих джерел.

8. Представлений у роботі розрахунок перетворення енергії -випромінювання тритію в електричну в багатошарових насичених тритієм напівпровідникових структурах, визначає критерії оптимального перетворення. Цим вимогам відповідають 3 послідовно нанесені p-i-n-структури з і-шарами максимально можливої товщини (рівній довжині дрейфу дірок ~0,5 мкм) та p+- і n+-шарами мінімально можливої товщини (100 ).

9. Створена установка низькоенергетичної імплантації дозволяє гідрогенізувати постгідрогенізований аморфний кремній. Результати експериментів підтверджують можливість неруйнуючого насичення плівок аморфного кремнію тритієм, що допускає реалізацію технології, у якій насичення тритієм буде останнім технологічним прийомом перед розміщенням їх у корпусі батареї.

Публікації автора:

1. Войтенко В.А., Голокоз П.П., Ключников О.О., Коваленко О.В., Коломієць М.Ф. Тритієві джерела початкової іонізації з підвищеною густиною потоку заряджених частинок / – Киев, 1998. – 36 с. (Препр. / НАН України. Ін-т ядерних досл.; КІЯД-98-2).

2. Голокоз П. П., Коваленко А. В., Коломиец Н. Ф. Тритиевые источники начальной ионизации СВЧ-разрядников антенных коммутаторов // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: Материалы 8-й Междунар. Крымской конф. - Севастополь, 1998. - Т. 2. - С. 506 - 507.

3. Вишневский И. Н., Коломиец Н. Ф., Коваленко А. В. Опыт создания и применения металло-тритиевых структур // Наука та інновації. – 2005. -Т. 1. - № 3. - С. 88 - 91.

4. Коваленко О. В., Коломієць М. Ф. Установка низькоенергетичної імплантації ізотопів водню лабораторного та промислового призначення // Збірник наукових праць Інституту ядерних досліджень. – Київ., 2004. - № 3(11). – С. 165 - 168.

5. Голокоз П. П., Коваленко А. В., Колежук К. В., Коломиец Н.Ф., Комащенко А.В., Комащенко В.Н., Мазин М.А., Павелец С.Ю., Фурсенко В.Д. Преобразование -излучения тонкопленочными гетероструктурами // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. – 1995. – Вып. 30. – С. 58 - 63.

6. Горбик П. П., Коваленко О. В., Комащенко О. В., Павелець С.Ю., Фурсенко В.Д. Автономні довгострокові джерела живлення приладів мікроелектроніки (зокрема для медицини) // Приборостроение-98: Матеріали Междунар. научно-технической конф. - Симферополь: 1998. - С. 305 - 307.

7. Голокоз П. П., Коваленко А. В., Колежук К. В., Комащенко А.В., Комащенко В.Н., Павелец С.Ю., Фурсенко В.Д. Высокоэффективные полупроводниковые преобразователи энергии «мягкого» -излучения в электрическую и радиоизотопные источники питания на их основе // Российские технологии для индустрии: Материалы семинара. 29-31Мая 2000 г. - С-Петербург: 2000. - С. 190 - 191.

8. Голокоз П. П., Коваленко А. В., Коломиец Н. Ф. Оптимизация параметров радиоизотопных источников питания // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: Материалы 8-й Междунар. Крымской микроволновой конф. 14-17 сентября 1998 г. - Севастополь: 1998. - Т. 1.- С. 176 - 177.

9. Голокоз П. П., Коваленко А. В., Коломиец Н. Ф., Скурский В. В. Гидрогенизация аморфного кремния методом низкоэнергетичной имплантации изотопов водорода // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. – 1998. – Вып. 33. - С. 154 - 156.