[实用新型]碳化硅横向PIN型微型核电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件以及半导体工艺技术领域，尤其是涉及一种碳化硅横向PIN型微型核电池。

背景技术

微型核电池是一种采用半导体二极管作为能量转换结构，将核能直接转换为电能的装置。它利用放射性同位素(如⁶³Ni，¹⁴⁷Pm)发射的辐射粒子在半导体材料中的电离效应作为能源，收集辐辐射粒子在半导体中产生的电子空穴对产生输出功率。

微型核电池的最大输出功率为：P_out=FF·V_OCI_SC。其中FF是填充因子，V_OC是开路电压，I_SC是短路电流。

在确定的辐照源和器件面积下，V_OC主要受限于器件的内建电势，I_SC主要由器件的灵敏区厚度和表面结构决定，而FF主要由器件的串联电阻和并联电阻决定。根据以上的理论，如果想具备高的输出功率，作为能量转换结构的半导体二极管必须具备较高的内建电势﹑较低的漏电流﹑适当厚度的有源区﹑较低的串联电阻等要求；并要求器件的表面结构合理，尽量避免入射粒子在表面的能量损耗。

碳化硅作为第三代半导体，具有禁带宽度大﹑抗辐射能力强等优点，用其制成的二极管的内建电势大﹑漏电流低，可以得到比硅基微核电池更高的开路电压和能量转换效率，成为很有前景的核电池电池应用材料。尤其是SiC PIN结具有高的内建电势和低的漏电流，成为当前国内外微型核电池研究的热点。但是目前的研究也存在很多的问题：

1.表面结构的问题

根据现有理论，粒子入射材料产生辐照生载流子，耗尽区内及其附近一个少子扩散长度内的辐照生载流子能被收集。基于此理论，现有的研究大都是将PN结的耗尽区作为灵敏区的一部分收集辐照生载流子。这样一来，入射粒子必须穿越P型区域（俗称死层），造成显著的粒子能量损耗。

2.纵向结构的问题

现有的报道大都是基于纵向结构的，纵向结构避免了电极的面积竞争，尤其是将耗尽区作为灵敏区时具有重要意义。但是纵向结构会增大器件的串联电阻，导致填充因子下降，降低了电池的最大输出功率。同时，纵向结构不利于集成，也不利于提高封装密度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种碳化硅横向PIN型微型核电池，其设计新颖合理，实现方便，有利于提高微型核电池的能量转换效率和封装密度，有利于集成，实用性强，推广应用价值高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种碳化硅横向PIN型微型核电池，其特征在于：包括由N型SiC基片构成的衬底和设置在所述衬底上部的N型SiC外延层，所述N型SiC外延层上设置有N型SiC欧姆接触掺杂区和P型SiC欧姆接触掺杂区，所述N型SiC欧姆接触掺杂区上部设置有形状与所述N型SiC欧姆接触掺杂区形状相同的N型欧姆接触电极，所述P型SiC欧姆接触掺杂区上部设置有形状与所述P型SiC欧姆接触掺杂区形状相同的P型欧姆接触电极；所述N型SiC欧姆接触掺杂区、P型SiC欧姆接触掺杂区、N型欧姆接触电极和P型欧姆接触电极均为由一条水平指条和多条垂直指条构成的指状结构，所述N型欧姆接触电极的垂直指条与所述P型欧姆接触电极的垂直指条相互交叉设置构成了叉指结构；所述N型SiC外延层上部除去N型欧姆接触电极和P型欧姆接触电极的区域设置有二氧化硅层。

上述的碳化硅横向PIN型微型核电池，其特征在于：所述N型SiC欧姆接触掺杂区和N型欧姆接触电极均为由一条水平指条和三条垂直指条构成的指状结构，所述P型SiC欧姆接触掺杂区和P型欧姆接触电极均为由一条水平指条和两条垂直指条构成的指状结构，所述P型欧姆接触电极的两条垂直指条分别位于所述N型欧姆接触电极的三条垂直指条之间的两个间隙中构成了叉指结构。

上述的碳化硅横向PIN型微型核电池，其特征在于：所述N型SiC外延层的厚度为5μm～15μm。

上述的碳化硅横向PIN型微型核电池，其特征在于：所述N型SiC欧姆接触掺杂区的水平指条和垂直指条的宽度，所述P型SiC欧姆接触掺杂区的水平指条和垂直指条的宽度，所述N型欧姆接触电极的水平指条和垂直指条的宽度，以及所述P型欧姆接触电极的水平指条和垂直指条的宽度均为0.5μm～2μm；所述P型欧姆接触电极的垂直指条与所述N型欧姆接触电极的垂直指条之间的间隔距离为10μm～15μm。