[发明专利]碳化硅肖特基结型核电池

说明书

技术领域

本发明属于核技术与微电子交叉技术领域，尤其涉及一种碳化硅肖特基结型核电池，其可将同位素放射的核能直接转换为电能。

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。

中国专利文献CN101325093A中公开了一种基于SiC的肖特基结式核电池，其自上而下依次包括键合层、肖特基金属层、SiO₂钝化层、n型低掺杂SiC外延层、n型高掺杂SiC衬底、欧姆接触电极。该肖特基结核电池肖特基接触层覆盖整个电池区域，入射粒子到达器件表面后，都会受到肖特基接触层的阻挡，只有部分粒子能进入器件内部，而进入耗尽区的粒子才会对电池的输出功率有贡献，因此，这种结构的核电池入射粒子能量损失大，能量转换效率较低。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足，提出一种碳化硅肖特基结型核电池，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，本发明提供的碳化硅肖特基结型核电池，自下而上依次包括n型欧姆接触电极8、n型SiC衬底7、n型SiC外延层6、SiO₂钝化层5、肖特基金属接触层4、肖特基接触电极3、键合层2和放射性同位素源层1，其中，n型SiC衬底7的掺杂浓度为1×10¹⁸～7×10¹⁸cm^-3，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。

优选地，所述n型SiC外延层(6)的厚度为3um～5um。

优选地，所述放射性同位素源层为Ni-63层。

优选地，所述欧姆接触电极为Ni/Cr/Au金属层。

优选地，所述肖特基接触电极为Ni或Pt或Au。

优选地，所述键合层为Cr/Au层。

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明制作的碳化硅肖特基结型核电池，由于n型外延层是采用掺氮外延生长，然后对n型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；

附图说明

图1是本发明的碳化硅肖特基结型核电池的剖面结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的核电池包括n型欧姆接触电极8、n型SiC衬底7、n型SiC外延层6、SiO₂钝化层5、肖特基金属接触层4、肖特基接触电极3、键合层2和放射性同位素源层1，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左右上方是SiO₂钝化层5，n型SiC外延层6正上方为肖特基接触金属层4和肖特基接触电极3，肖特基接触电极3的左右上方为键合层2，肖特基接触金属层4的正上方为同位素源层1。

为实现上述目的，本发明提供的碳化硅肖特基结型核电池的制作方法，包括如下步骤：

(1)在掺杂浓度为1×10¹⁸～7×10¹⁸cm^-3的高掺杂n型SiC衬底上，外延生长厚度为3um～5um，掺氮浓度为1×10¹⁵～5×10¹⁵cm^-3的初始n型SiC外延层；