[发明专利]碳化硅环状肖特基接触式核电池

权利要求书

1.一种基于碳化硅的环状肖特基接触式核电池，自上而下依次包括键合层(1)、放射性同位素源层(3)、肖特基接触层(2)、掺杂浓度为5×10¹⁴～5×10¹⁵cm^-3的n型低掺杂SiC外延层(5)、掺杂浓度为5×10¹⁷～5×10¹⁸cm^-3的n型高掺杂SiC衬底(6)和欧姆接触电极(7)，放射性同位素源层的周围是SiO₂钝化层(4)，其特征在于，肖特基接触层(2)为同心环状结构，该环状结构的中心是一个直径为D的圆，周围是m个以该中心为圆心的同心圆环，m≥2，该环状结构沿半径方向设有宽度为H的矩形条，矩形条的两端分别与中心圆和外圆环相接，放射性同位素源层(3)覆盖在环状肖特基金属层除矩形条外的区域及肖特基金属层之间的低掺杂SiC外延层(5)上，键合层(1)位于环状肖特基接触层的矩形条上。

2.根据权利要求1所述的核电池，其特征在于所述的同心圆环间距：保证耗尽区能覆盖整个电池区域，其中，W为肖特基结耗尽区宽度，ε为碳化硅介电常数，e为电子电量，V_bi为内建电势差，N_d为低掺杂外延层掺杂浓度。

3.根据权利要求1所述的核电池，其特征在于所述的矩形条的宽度D≥H＝10h，其中，h为肖特基接触圆环宽度。

4.一种制作微型核电池的方法，包括如下步骤：

(1)在掺杂浓度为5×10¹⁷～5×10¹⁸cm^-3的SiC高掺杂n型SiC衬底的外延面上生长掺杂浓度为5×10¹⁴～5×10¹⁵cm^-3低掺杂n型外延层；

(2)对所述的外延层进行干氧氧化，形成SiO₂钝化层；

(3)用反应离子刻蚀法在衬底的背面刻蚀SiC层，电子束蒸发Ni/Cr/Au金属层，在1100±50℃温度下，氮气气氛中退火形成欧姆接触；

(4)在SiO₂钝化层上涂胶，光刻制作阻挡层，用浓度为5％的HF酸腐蚀10秒开窗；

(5)在衬底正面涂胶，使用带环状结构图形的光刻板，光刻出环状图形，淀积半透明高势垒肖特基金属Ni或Pt或Au，通过超声波剥离形成由一个中心圆，一个矩形条和至少2个与所述圆同心的圆环组成的环状肖特基接触层；

(6)在衬底正面涂胶，在肖特基接触层矩形条上方光刻开窗，电子束蒸发Cr/Au，并通过超声波剥离形成键合层；

(7)在环状肖特基金属层除矩形条外的区域及肖特基金属层之间的低掺杂SiC外延层上，镀上放射性同位素源Ni-63层。

5.根据权利要求4所述的制作微型核电池的方法，其中步骤(3)所述的用反应离子刻蚀法在衬底的背面刻蚀SiC层，是将衬底背面的SiC刻蚀掉0.5μm。

6.根据权利要求4所述的制作微型核电池的方法，其中步骤(3)所述的电子束蒸发Ni/Cr/Au，其厚度分别为200nm/50nm/200nm。

7.根据权利要求4所述的制作微型核电池的方法，其中步骤(5)所述的半透明高势垒肖特基金属层的厚度小于等于20nm。

8.根据权利要求4所述的制作微型核电池的方法，其中步骤(7)所述的在外延层上镀上放射性同位素源Ni-63层，是通过电镀或化学镀或分子镀。