[发明专利]一种包括铌掺杂的n型SiC外延层的PIN型同位素核电池

说明书

技术领域

本发明涉及核科学技术与微电子技术的交叉领域，尤其涉及一种PIN型同位素核电池。

技术背景

1953年，人们发现利用同位素衰变所产生的β粒子能在半导体内产生电子空穴对，此现象则被称为β电压效应。1957年，人们首先将β电压效应用在电源供应方面，成功实验制造出第一个同位素微电池。从1989年以来，GaN，GaP，AlGaAs，多晶硅等材料相继被利用作为β-Voltaic电池的材料。随着宽禁带半导体材料SiC的制备和工艺技术的进步，2006年开始，国内外上相继出现了基于SiC的同位素微电池的相关报道。

2006年，美国纽约Cornell大学的Chandrashekhar等人提出了一种碳化硅PIN结式同位素核电池，其自上而下依次包括放射性同位素源、p型欧姆接触层、p型高掺杂SiC层、p型低掺杂SiC层、本征层、n型高掺杂SiC衬底、欧姆接触电极。在这种结构中，衬底为n型高掺杂衬底，在上面生长外延层的工艺不成熟，易引入表面缺陷，器件漏电流增大，能量转换率较低，同时p型低掺杂SiC层是通过非故意掺杂外延生长形成的，掺杂浓度偏高，得到的耗尽区宽度偏小，产生的载流子不能被全部收集，器件开路电压变小，能量转换效率降低。

发明内容

本发明的目的在于避免上述已有技术的不足，提出一种包括铌掺杂的n型SiC外延层的PIN型同位素核电池及其制作方法，以减少本征层的载流子浓度，增大耗尽区宽度，提高产生的电子空穴对的收集率，进而提高器件的开路电压和能量转换效率。

为实现上述目的，本发明公开了一种包括铌掺杂n型外延层的PIN型同位素核电池，依次包括放射性同位素源层1、SiO₂钝化层2、SiO₂致密绝缘层3、p型欧姆接触电极4、p型SiC外延层5、n型SiC外延层6、n型SiC衬底7和n型欧姆接触电极8，其中，n型SiC外延层6是通过注入能量为2000KeV～2500KeV，剂量为5×10¹³～1×10¹⁵cm^-2的铌离子形成掺杂浓度为1×10¹³～5×10¹⁴cm^-3。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明制作的PIN核电池，由于n型外延层是采用掺氮外延生长，然后对外延层再进行铌离子注入对外延层能级上的自由载流子进行补偿，故n型外延层的载流子掺杂浓度极低，增大耗尽区宽度，提高了产生电子空穴对的收集率，进而提高器件的开路电压和能量转换效率；同时由于p型外延层为0.2um～0.5um的薄层，有效降低了外延层对入射粒子的阻挡作用，能有效的提高能量转换效率；此外由于本发明采用n型碳化硅衬底，故价格便宜且外延层的生长工艺成熟，操作简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的PIN型同位素核电池的剖面结构示意图；

具体实施方式

参照图1，本发明的核电池包括放射性同位素源层1，SiO₂钝化层2，SiO₂致密绝缘层3，p型欧姆接触电极4，p型SiC外延层5，n型SiC外延层6，n型SiC衬底7和n型欧姆接触电极8，其中n型SiC衬底7的掺杂浓度为1×10¹⁸～7×10¹⁸cm^-3，它的背面是由厚度分别为200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金组成的n型欧姆接触电极8，正面是厚度为3um～5um，掺杂浓度为1×10¹³～5×10¹⁴cm^-3的n型SiC外延层6，该n型SiC外延层6通过铌离子注入形成，n型SiC外延层6的左右上方是厚度为10nm～20nm的SiO₂致密绝缘层3，SiO₂致密绝缘层3上面是厚度为0.3um～0.5um的SiO₂钝化层2，n型SiC外延层6的正上方为掺杂浓度为1×10¹⁹～5×10¹⁹cm^-3，厚度为0.2um～0.5um的高掺杂p型SiC外延层5，高掺杂p型SiC外延层5上面左半边是由厚度分别为50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金组成的p型欧姆接触电极4，右半边是放射性同位素源层1。

本发明的PIN型同位素核电池的制作方法的优选实施例如下。

实施例1