[发明专利]碳化硅环状电极PIN型核电池

权利要求书

1.一种基于碳化硅的PIN型核电池，自上而下依次包括放射性同位素源层(1)、SiO₂钝化层(3)、SiO₂致密绝缘层(2)、p型欧姆接触电极(4)、掺杂浓度为1×10¹⁹～5×10¹⁹cm^-3的p型SiC外延层(5)、掺杂浓度为1×10¹⁵～5×10¹⁵cm^-3的n型SiC外延层(6)、掺杂浓度为1×10¹⁸～7×10¹⁸cm^-3的n型SiC衬底(7)和n型欧姆接触电极(8)，其特征在于p型欧姆接触电极(4)采用同心圆环结构，该环结构的中心是一个半径为R的圆环，周围是m个以该中心为圆心的同心圆环，m≥2，环间由n个宽度为T的矩形条相连，n≥4，环的外围留有四个引脚，引脚为正方形条，其边长为a，放射性同位素源层(1)覆盖在圆形接触电极的表面。

2.根据权利要求1所述的核电池，其特征在于矩形条的长度矩形条宽度T为矩形条的长度d的1/10倍，，保证整个电池区域内产生的载流子能够全部被收集，其中l为载流子扩散长度，D为载流子扩散系数，τ为载流子从产生到复合所用的时间。

3.根据权利要求1所述的核电池，其特征在于中心圆环的半径R≤l，圆环宽度M与连接圆环的矩形条的宽度T相同。

4.根据权利要求1所述的核电池，其特征在于圆环外围引脚的边长a为连接圆环的矩形条的长度d的1/2倍。

5.一种制作微型核电池的方法，包括如下步骤：

(1)在掺杂浓度为1×10¹⁸～7×10¹⁸cm^-3的SiC高掺杂n型SiC衬底的样片上外延面上生长掺杂浓度为1×10¹⁵～5×10¹⁵cm^-3，厚度为3um～5um的低掺杂n型外延层；

(2)在所述的低掺杂n型外延层上生长掺杂浓度为1×10¹⁹～5×10¹⁹cm^-3，厚度为0.2um～0.5um的高掺杂p型外延层；

(3)电感耦合等离子体刻蚀法在所述高掺杂p型外延层进行台面刻蚀0.2um～0.6um；

(4)对刻蚀后的样片进行标准清洗，干氧氧化2小时，退火，形成厚度为10～20nm的致密氧化层；

(5)在致密氧化层上用LPCVD的方法淀积厚度为0.3～0.5um的SiO₂钝化层；

(6)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；

(7)在开窗完的样片正面涂胶，使用圆环形状的光刻版，光刻出电极图形，然后通过磁控溅射淀积Ti/Al/Au合金，再进行剥离，形成p型电极图形；

(8)在样片背面通过磁控溅射淀积Ni/Cr/Au合金，形成n型接触电极；

(9)将整个样片在1050℃下氮气气氛中快速热退火3分钟，同时形成p型和n型欧姆接触电极；

(10)将同位素源层覆盖在圆环p型欧姆接触电极的表面，完成微型核电池的制作。

6.根据权利要求5所述的制作微型核电池的方法，其中步骤(7)所述的通过磁控溅射淀积Ti/Al/Au合金，其厚度分别为50nm/100nm/100nm。

7.根据权利要求5所述的制作微型核电池的方法，其中步骤(8)所述的通过磁控溅射淀积Ni/Cr/Au合金，其厚度分别为200nm/50nm/100nm。

8.根据权利要求5所述的制作微型核电池的方法，其中步骤(10)所述的将同位素源层覆盖在圆环p型欧姆接触电极的表面，是先将同位素源电镀在薄层金属上，再将薄层金属覆盖在圆环p型欧姆接触电极的表面。