[发明专利]夹心串联式PIN结构α辐照电池及其制备方法

权利要求书

1.一种夹心串联式PIN结构α辐照电池，包括：PIN单元和α放射源层(11)，其特征在于：

所述PIN单元，采用上下两个PIN结串联构成；其上PIN结自下而上依次为，N型外延层欧姆接触电极(5)、N型高掺杂外延层(4)、P型低掺杂外延层(3)、p型SiC衬底(2)、P型欧姆接触电极(1)；其下PIN结自下而上依次为，N型欧姆接触电极(10)、n型SiC衬底(9)、N型低掺杂外延层(8)、P型高掺杂外延层(7)、P型外延层欧姆接触电极(6)；

所述α放射源层(11)，夹在上PIN结的N型外延层欧姆接触电极(5)与下PIN结P型外延层欧姆接触电极(6)之间，以实现对高能α粒子的充分利用。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于α放射源层(11)采用相对原子质量为241的镅元素或相对原子质量为238的钚元素，即Am²⁴¹或Pu²³⁸。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于α放射源层(11)的厚度h满足h≤m，其中m为α放射源所释放的高能α粒子在α放射源材料中的平均入射深度，对于α放射源为Am²⁴¹的，其取值为：m＝7.5μm，对于α放射源为Pu²³⁸的，其取值为：m＝10μm。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于P型低掺杂外延层(3)和N型低掺杂外延层(8)的厚度L满足L≥g，其中，g为α放射源所释放的高能α粒子在4H-SiC中的平均入射深度，对于α放射源为Am²⁴¹的，其取值为：i＝10μm，对于α放射源为Pu²³⁸的，其取值为：i＝18.2μm。

5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于p型SiC衬底(2)、n型SiC衬底(9)均采用掺杂浓度为8x10¹⁷cm^-3的4H-SiC衬底，P型低掺杂外延层(3)、N型高掺杂外延层(4)、P型高掺杂外延层(7)、N型低掺杂外延层(8)均为外延的4H-SiC材料，以提高电池的寿命和开路电压。

6.一种夹心串联式PIN结构α辐照电池的制备方法，包括以下步骤：

第一步，制作上PIN结：

1.1)对p型SiC衬底进行清洗，以去除表面污染物；

1.2)利用化学气相淀积CVD法在清洗后的p型SiC衬底表面外延生长一层掺杂浓度为1x10¹⁵～3x10¹⁵cm^-3，厚度为15～28μm的P型低掺杂外延层；

1.3)利用化学气相淀积CVD法在P型低掺杂外延层表面外延生长一层掺杂浓度为1x10¹⁹～3x10¹⁹cm^-3，厚度为0.1～0.2μm的N型高掺杂外延层；

1.4)利用电子束蒸发法在N型高掺杂外延层表面和p型SiC衬底未外延的背面分别淀积厚度为300nm的Ni金属层，作为N型外延层欧姆接触电极和P型欧姆接触电极；

第二步，制作下PIN结：

2.1)对n型SiC衬底进行清洗，以去除表面污染物；

2.2)利用化学气相淀积CVD法在清洗后的n型SiC衬底表面外延生长一层掺杂浓度为1x10¹⁵～3x10¹⁵cm^-3，厚度为15～28μm的N型低掺杂外延层；

2.3)利用化学气相淀积CVD法在N型低掺杂外延层表面外延生长一层掺杂浓度为1x10¹⁹～3x10¹⁹cm^-3，厚度为0.1～0.2μm的P型高掺杂外延层；

2.4)利用电子束蒸发法在P型高掺杂外延层表面淀积厚度为300nm的Al金属层，作为P型外延层欧姆接触电极；在n型SiC衬底未外延的背面淀积厚度为300nm的Ni金属层，作为N型欧姆接触电极；

2.5)制备α放射源层：利用分子镀在上述n型SiC衬底淀积的Al金属层上镀一层厚度为4～8μm的α放射源层；

第三步，利用键合法将上PIN结与下PIN结键合在一起，使α放射源层夹在上PIN结的N型外延层欧姆接触电极与下PIN结的P型外延层欧姆接触电极中间，形成夹心串联式PIN结构α辐照电池。