Определены оптимальные значения толщины бета-источника 63Ni для бетавольтаического преобразователя энергии с помощью программного пакета Geant4, предназначенного для математического моделирования прохождения частиц через вещество методом Монте-Карло, c учетом эффекта самопоглощения. Так, при толщине 2 мкм поверхностная активность достигает 90 % от насыщения и составляет 4,6 ‧108 Бк‧см–2. Рассчитаны энергетические спектры электронов на поверхности источника в зависимости от его толщины, на их основании оптимизированы параметры барьерной p–i–n структуры на основе нитрида галлия GaN, в которой происходит поглощение бета-частиц, генерация электронно-дырочных пар и их разделение встроенным электрическим полем. Как показали расчеты, максимальная электрическая мощность, генерируемая бетавольтаическим преобразователем, составляет 0,12 мкВт‧см–2, что соответствует КПД бетавольтаического преобразования 6,7 %. Полученные результаты в дальнейшем будут использованы для создания прототипа бетавольтаического преобразователя энергии на основе нитрида галлия GaN.

1. Review – Betavoltaic cell: the past, present, and future / C. Zhou, J. Zhang, X. Wang [et al.] // ECS Journal of Solid State Science and Technology. – 2021. – Vol. 10. – Art 027005. https://doi.org/10.1149/2162-8777/abe423

2. Betavoltaic nuclear battery: a review of recent progress and challenges as an alternative energy source / M. B. Naseem, H. S. Kim, J. Lee [et al.] // Journal of Physical Chemistry C. – 2023. – Vol. 127, N 16. – P. 7565–7579. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c00684

3. Agyekum, E. B. Beta-voltaic nuclear batteries – review of recent developments, challenges and future research directions / E. B. Agyekum // Journal of Energy Storage. – 2025. – Vol. 122. – Art. 116701. https://doi.org/10.1016/j.est.2025.116701

4. Ji, W. Measurement of low energy beta radiation from Ni-63 by using peeled-off Gafchromic EBT3 film / W. Ji, J.-B. Kim, J.-J. Kim // Nuclear Engineering and Technology. – 2022. – Vol. 54, N 10. – P. 3811–3815. https://doi.org/10.1016/j.net.2022.05.009

5. Properties and data of the isotope 63Ni // ChemLin. – URL: https://www.chemlin.org/isotope/nickel-63 (date of access: 28 July 2026).

6. ESTAR: Stopping Powers and Ranges for Electrons // NIST. – URL: https://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/ESTAR.html (date of access: 28 July 2026).

7. Kanaya, K. Penetration and energy-loss theory of electrons in solid targets / K. Kanaya, S. Okayama // Journal of Physics D: Applied Physics. – 1972. – Vol. 5. – Art. 43. https://doi.org/10.1088/0022-3727/5/1/308

8. Geant4 – a simulation toolkit / S. Agostinelli, J. Allison, K. Amako [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2003. – Vol. 506, N 3. – P. 250–303. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8

9. Semiconductor Module // COMSOL. – URL: https://www.comsol.com/semiconductor-module (date of access: 22 July 2026).

10. Defect-related optical transitions in GaN / W. Rieger, R. Dimitrov, D. Brunner [et al.] // Physical Review B. – 1996. – Vol. 54. – Art. 17596. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.17596

11. Optical band gap dependence on composition and thickness of InxGa1−xN (0 < x < 0.25) grown on GaN / C. A. Parker, J. C. Roberts, S. M. Bedair [et al.] // Applied Physics Letters. – 1999. – Vol. 75, N 17. – P. 2566–2568. https://doi.org/10.1063/1.125079

12. First-principles calculations of indirect Auger recombination in nitride semiconductors / E. Kioupakis, D. Steiauf, P. Rinke [et al.] // Physical Review B. – 2015. – Vol. 92. – Art. 035207. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.035207

13. Modeling and simulation of bulk gallium nitride power semiconductor devices / G. Sabui, P. J. Parbrook, M. Arredondo-Arechavala, Z. J. Shen // AIP Advances. – 2016. – Vol. 6, N 5. – Art. 055006. https://doi.org/10.1063/1.4948794

14. Carrier dynamics in bulk GaN / P. Ščajev, K. Jarašiūnas, S. Okur [et al.] // Journal of Applied Physics. – 2012. – Vol. 111, N 2. – Art. 023702. https://doi.org/10.1063/1.3673851

15. Caughey, D. M. Carrier mobilities in silicon empirically related to doping and field / D. M. Caughey, R. E. Thomas // Proceedings of the IEEE. – 1967. – Vol. 55, N 12. – P. 2192–2193. https://doi.org/10.1109/PROC.1967.6123

16. Vitanov, S. Simulation of high electron mobility transistors: Ph. D. thesis / S. Vitanov. – Wien, 2010.

17. Sellin, P. J. New materials for radiation hard semiconductor detectors / P. J. Sellin, J. Vaitkus // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2006. – Vol. 557, N 2. – P. 479–489. https://doi.org/10.1016/j.nima.2005.10.128

18. A high open-circuit voltage gallium nitride betavoltaic microbattery / Z. Cheng, X. Chen, H. San [et al.] // Journal of Micromechanics and Microengineering. – 2012. – Vol. 22, N 7. – Art. 074011. https://doi.org/10.1088/0960-1317/22/7/074011

19. High open-circuit voltage betavoltaic cell based on GaN pin homojunction / Z. J. Cheng, H. S. San, Z. H. Feng [et al.] // Electronics Letters. – 2011. – Vol. 47, N 12. https://doi.org/10.1049/el.2011.1143