[发明专利]具有保护环结构的微型核电池及其制作方法

权利要求书

1.一种具有保护环结构的微型核电池，依次包括同位素(10)、上电极金属层(9)、p+型半导体层(5)、本征层(4)、n+型半导体层(3)、金属黏附层(2)、下电极金属层(1)；本征层(4)下方依次为大小形状一致的n⁺型半导体层(3)、金属黏附层(2)和下金属电极层(1)，n⁺型半导体层(3)的掺杂浓度在1×10¹⁶～1×10²¹cm^-3，其特征在于：还包括保护环接触电极(8)、钝化层(7)、保护环(6)；所述的本征层(4)的掺杂浓度5×10¹⁰～1×10¹⁵cm^-3，厚度为300μm～550μm；p+型半导体层(5)位于本征层(4)上部，形状任意，掺杂浓度在1×10¹⁶～1×10²⁰cm^-3，厚度大于0.1μm；保护环(6)位于本征层(4)上部p+型半导体层(5)的外围环形区域，保护环(6)内环和p+型半导体层(5)外环间距为30μm～200μm，保护环(6)材料与p+型半导体层(5)的材料一致；保护环接触电极(8)位于保护环(6)上方，且形状大小与保护环(6)相同；上电极金属层(9)为排布于p+型半导体层(5)上方的环形，且其外边框和p+型半导体层(5)的外边框一致；钝化层(7)覆盖本征层(4)上方除上电极金属(9)和保护环接触电极(8)之外的所有区域；同位素(10)覆盖钝化层(7)上方上电极金属层(9)形成的环形内部。

2.一种具有保护环结构的微型核电池，依次包括同位素(10)、上电极金属层(9)、p+型SiC层(5)、n+型SiC层(3)、金属黏附层(2)、下电极金属层(1)；n+型SiC层(3)下方依次为形状大小一致的金属黏附层(2)和下电极金属层(1)，其特征在于：还包括保护环接触电极(8)、钝化层(7)、保护环(6)；所述的p+型SiC层(5)位于n+型SiC层(3)上部，形状任意，掺杂浓度在1×10¹⁶～1×10²⁰cm^-3，厚度大于0.1μm；保护环(6)位于p+型SiC层(5)外围，形成一个将p+型SiC层(5)包含在内的环状，保护环(6)材料与p+型SiC层(5)一致；保护环接触电极(8)位于保护环(6)上方，形状大小同保护环(6)；上电极金属层(9)为位于p+型SiC层(5)上方的环状，且其外框形状和p+型SiC层(5)外框形状大小一致，材料和保护环接触电极(8)相同；钝化层(7)覆盖在n+型SiC层(3)上方除上电极金属层(9)和保护环接触电极(8)之外所有区域；同位素(10)覆盖在钝化层(7)上方。

3.一种如权利要求1所述的具有保护环结构的微型核电池，其特征在于：钝化层(7)、p+半导体层(5)、本征层(4)以及金属黏附层(2)、下电极金属层(1)的形状均为方形；上电极金属层(9)、保护环接触电极(8)、保护环(6)形状为方形环状。

4.一种如权利要求1所述的具有保护环结构的微型核电池，其特征在于：钝化层(7)、p+半导体层(5)、本征层(4)以及金属黏附层(2)、下电极金属层(1)的形状均为圆形；上电极金属层(9)、保护环接触电极(8)、保护环(6)形状为圆环。

5.一种如权利要求1或2所述的具有保护环结构的微型核电池，其特征在于：上电极金属层(9)和保护环接触电极(8)的材料是Au、Ag或Al。

6.一种如权利要求1或2所述的具有保护环结构的微型核电池，其特征在于：金属黏附层(2)的材料是Ti或Ni。

7.一种如权利要求1或2所述的具有保护环结构的微型核电池，其特征在于：下电极金属层(1)介质为Au或Al。

8.一种如权利要求1或2所述的具有保护环结构的微型核电池，其特征在于：钝化层(7)介质为氮化硅或者二氧化硅。

9.一种如权利要求1所述的具有保护环结构的微型核电池的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)选用掺杂浓度为1×10¹⁰～1×10¹⁷cm^-3的半导体材料作为衬底，做常规清洗；

(2)生长二氧化硅层作为离子注入的阻挡层，厚度在20nm～200nm；

(3)正面图形化，形成p+型半导体层(5)和保护环(6)；正面注入硼离子，在没有光刻胶覆盖的区域下方形成B+掺杂区；离子注入的能量为50到200keV，注入剂量为1×10¹⁴～1×10¹⁶cm^-2；后做高温快速热退火，使注入离子重新分布，降低晶格损伤；快速热退火温度为900℃到1200℃，退火时间在50s至240s；对于PIN结，背面还需注入磷离子，整个区域形成n+区；离子注入能量为60到90keV，注入剂量为5×10¹⁵～1×10¹⁷cm^-2；同样做高温快速热退火，温度为900℃到1200℃，退火时间持续60s到300s；

(4)去除二氧化硅层；进行常规清洗去金属离子、氧化物、浮尘；

(5)LPCVD外延二氧化硅层，外延厚度为50nm～300nm；

(6)正面光刻，产生上电极金属区和保护环图形，用二氧化硅缓冲刻蚀液刻蚀所述两接触区，直至裸露出基片；

(7)正面溅射金属，厚度为0.5μm～1.2μm；通过光刻和剥离工艺把除上电极金属区域及保护环接触电极区以外的多余金属去掉；

(8)背面溅射金属做黏附金属层(2)，厚度为5nm～50nm；溅射金属做为下电极金属层(1)，厚度为1.0μm～2.0μm；进行快速热退火，温度为350℃到460℃，时间为5分钟到20分钟；

(9)选择性电镀同位素放射源。