افزایش قابلیت‌های شبیه‌سازی میکروباتری‌های بتاولتائیک با استفاده از کد ترکیبی mcnpx-silvaco

میزان دقت هر شبیه‌سازی عامل بسیار مهمی است که افزایش آن موجب به واقعیت نزدیک‌تر شدن نتایج آن شبیه‌سازی می‌گردد. هدف این مطالعه، بهبود دقت محاسبه پارامترهای باتری بتاولتائیک می‌باشد. بدین منظور ابتدا با استفاده از کد mcnpx توزیع انباشت انرژی ناشی از طیف ذرات‌بتای چشمه نیکل 63 داخل نیمه‌هادی سیلیکون شبیه‌سازی گردیده، سپس با بهره‌بردن از یکی از قابلیت‌های کد سیلواکو(پارامتر f.radiate دستور beam) تابع مترجم در محیط c++ تعریف می‌شود. در انتها نیز جهت محاسبه مشخصه‌های الکتریکی باتری مبتنی‌ بر نتایج وابسته به مکان mcnpx، از کد سیلواکو استفاده شده ‌است. ابتدا برای اعتبارسنجی، محاسبات برای یک نمونه باتری ساخته شده با سطح مقطع 2mm 16 و چشمه با اکتیویته  mci1 انجام شد و نتایج آن با نتایج تجربی و دو روش تحلیلی مقایسه شده‌ اند. سپس این محاسبات برای باتری با اکتیویته  mci100، سطح مقطع 2cm 1 و مقایسه نتایج آن با نتایج یک روش تحلیلی انجام گرفته است. نتایج نشان دادند که شبیه‌سازی مشخصه‌های میکروباتری توسط کد تلفیقی mcnpx-silvaco با استفاده از توزیع سه بعدی الکترون حفره در نیمه هادی و استفاده از طیف کامل ذرات بتا، افزایش قابل ملاحظه‌ای را در صحت محاسبات ایجاد می‌کند و قابلیت مناسبی را برای بهینه‌سازی طراحی باتری در اختیار می‌گذارد.

Enhance simulation capability of betavoltaic micro battery using MCNPXSILVACO hybrid code

The accuracy of each simulating betavoltaic battery parameter is very important, especially in microbatteries. The aim of this study is to improve the calculation of betabattery parameters’ accuracy. For this purpose, at first, using the Monte Carlo NParticle code (MCNPX), the energy accumulation distribution of the 63Ni beta particle spectrum inside a silicon semiconductor has been simulated. Then, the ATLAS CInterpreter function in C ++ was defined, using one of the SILVACO code abilities (the parameter F.RADIATE BEAM statement). Finally, the device electric parameters have been obtained using ATLASSILVACO based on the locationdependent of MCNPX results. For validation, the calculations were performed for a battery sample made of 16 mm2 crosssection and 1 mCi activity of radioisotope 63Ni as a source, and finally, the results were compared with one experimental result and two analytical methods. The calculations repeated for the other sample with 100 mCi activity and 1 cm2 of geometry, and compared its results with an analytical method results. The results showed that the simulation of microbattery characteristics by the MCNPXSILVACO hybrid code using threedimensional electronhole pairs’ distribution in semiconductor and the full spectrum of beta particles creates a significant increase in the accuracy of the computation, and provides a good capability to optimize the design of the battery.