Enhanced Betavoltaic Signals in Asymmetric Metal–Semiconductor–Metal SiC Schottky Devices: An Experimental and Simulation Investigation with 63 Ni, 90 Sr/ 90 Y, and 177 Lu β Exposure

作者
Christopher A. G. Kalnins,Nicholas Francis,Yanting Yin,Laura Garcia‐Quintana,Bradley Peter Kirk,Nigel Antony Spooner,Drew Evans,Marta Llusca Jane
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (24): 10892-10900 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsaelm.5c01594
摘要

Betavoltaic devices, which convert the kinetic energy of β particles into direct electrical power, are a promising technology for energy generation. In particular, betavoltaic devices based on 4H n-type SiC Schottky diodes are becoming one of the preferred options due to their high available quality and maturity of fabrication. This study compares a traditional Schottky diode, which consists of a Ni Schottky contact and a multilayered, heat-treated Ti/Ni/Ag ohmic contact (annealed at >700 °C), to a simplified Schottky diode based on the asymmetric metal–semiconductor–metal (AMSM) concept. In the latter, the conventional ohmic contact is replaced with a low work function metal, Hf. Electron beam induced current (EBIC) measurements and exposure to 63 Ni, 90 Sr/ 90 Y, and 177 Lu demonstrate that the betavoltaic performance is preserved while significantly simplifying the fabrication process. Additionally, Geant4 simulation is used to compare the energy deposition dose of the different radioactive sources to experimental device performance in relation to the depletion region width. The simulation results are in good agreement with the experimental data, in which 177 Lu exposure, with the largest deposition dose overlapping the depletion region, yields the highest power density of 624 nW/cm 2 .

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