[发明专利]具有保护环结构的微型核电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体、核物理和微能源领域，尤其涉及一种PN结或PIN结式的微型核电池及其制备方法。

背景技术

微型核电池可以为解决微型管道机器人、植入式微系统、无线传感器节点网络、人工心脏起搏器和便携式移动电子产品的长期供电问题；该装置采用采用直接换能结构，直接将放射能转化为电能，优于需要隔热层的传统热电式放射性同位素电池(RTG，RadioisotopeThermoelectric Generator)，更适于微型化、轻量化和集成化，有望取代太阳能电池和热电式放射性同位素电池，在航天和航空领域解决微/纳卫星，深空无人探测器和离子推进器的长期供电问题。

参照图7，文献“the 12^th International Conference on Solid State Sensors，Actuators andMicrosystems(Boston8-12June2003)p36《NANOPOWER BETAVOLTAICMICROBATTERIES》”介绍了由美国Cornell大学Hang Guo，Amit Lal等人共同提出了基于硅材料的PN结式核电池；参照图8，文献“APPLIED PHYSICS LETTERS 88，064101(2006)《Demonstration of a radiation resistant，high efficiency SiC betavoltaic》”介绍了由美国新墨西哥州Qynergy Corporation的C.J.Eiting，V.Krishnamoorthy，and S.Rodgers，T.George和美国哥伦比亚密苏里大学的J.David Robertson and John Brockman等人共同提出了基于碳化硅材料的PIN结式核电池；两种结构的微型核电池工作原理类似，当放射源衰变时，放射出的部分β离子穿过PN结，通过电离作用促使在PN结附近的电子发生电离产生了空穴-电子对，载流子在内电场的作用下定向移动，这样就可以从PN结或PIN结两侧的欧姆接触电极引出建立电势。

但是，对于目前微型核电池结构，无论是PN结式还是PIN结式，都存在漏电流。漏电流通常由几部分组成：自身扩散电流，热生电流，材料表面的电流，两种材料之间的界面态电流等。少子扩散电流是由于加了偏压之后，耗尽层内部已平衡的少子运动被打破，当多数载流子被电场拉开之后，耗尽层内部少数的载流子就会取代原有的空位，这种运动就导致了扩散电流的形成；由于湿度、各种污染或者其他可凝结气体的存在以及器件周围内建电势场方向发生横向畸变，会产生表面漏电；在两种材料的界面之间，由于两种不同元素之间共价键的断裂、键位的悬空、杂质导致的面缺陷等造成的电子空穴对的产生与再复合，这就导致了界面态电流的产生；温度的变化，载流子产生、复合速率不再维持动态平衡，在内建电场的驱动下，载流子流动到两电极导致热生电流的产生。

漏电流的存在严重影响微型核电池对低能放射源的灵敏度及器件转换效率，因此需要从结构上加以控制。

发明内容

本发明的目的在于克服目前现有微型核电池存在漏电流而导致的灵敏度及能量转换效率低的不足，提供一种漏电流较小，转换效率更高的新型微型核电池结构，并提供一种易于加工制造的制备方法。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：