[发明专利]沟槽隔离式外延GaN的PIN型α辐照电池及制备方法

权利要求书

1.一种沟槽隔离式外延GaN的PIN型α辐照电池，包括：PIN结、沟槽(9)、α放射源层(8)、金属键合部(5)，PIN结自上而下依次包括：P型外延层欧姆接触电极(6)、P型外延层(2)、N型外延层(3)、N型SiC衬底(4)和N型欧姆接触电极(7)，其特征在于：

所述P型外延层(2)，采用直接带隙的GaN材料，以提高电池的输出电压；

所述α放射源层(8)，位于P型外延层欧姆接触电极(6)的上方；

所述沟槽(9)，位于PIN结上部分的左右两侧，每个沟槽的侧壁和底部淀积有Si₃N₄钝化层(1)；

金属键合部(5)，位于α放射源层(8)的左右两侧，每个键合部的下面与P型外延层欧姆接触电极(6)完全接触。

2.根据权利要求1所述的α辐照电池，其特征在于α放射源层(8)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α辐照电池，其特征在于P型外延层(2)的厚度为0.2～0.3μm，掺杂浓度为2×10¹⁹～6×10¹⁹cm^-3；N型外延层(3)的厚度为5～10μm，掺杂浓度为2×10¹⁵～4×10¹⁵cm^-3；N型SiC衬底(4)的掺杂浓度为8×10¹⁷cm^-3。

4.根据权利要求1所述的α辐照电池，其特征在于N型外延层(3)和N型SiC衬底(4)均为4H-SiC材料，以提高电池的使用寿命和开路电压，同时解决了GaN材料散热性能较差的问题。

5.根据权利要求1所述的α辐照电池，其特征在于P型外延层欧姆接触电极(6)采用厚度为30nm的Al金属层，以降低金属接触层对入射高能α粒子的阻挡作用，提高原料利用率。

6.根据权利要求1所述的α辐照电池，其特征在于金属键合部(5)选用Ti/Au合金，其厚度为100nm/200nm。

7.根据权利要求1所述的的α辐照电池，其特征在于所述N型欧姆接触电极(7)采用Ni/Ti/Au合金,其厚度分别为200nm/50nm/250nm。

8.一种沟槽隔离式外延GaN的PIN型α辐照电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用化学气相淀积CVD法在N型SiC衬底表面外延生长一层掺杂浓度为2x10¹⁵～4x10¹⁵cm^-3，厚度为5～10μm的SiC的N型外延层；

(2)利用化学气相淀积CVD方法在N型外延层表面外延生长一层掺杂浓度为2x10¹⁹～6x10¹⁹cm^-3，厚度为0.2～0.3μm的GaN的P型外延层；

(3)利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术在P型外延层上刻蚀出5μm深，30～50μm宽的隔离沟槽，以实现器件间的相互隔离；

(4)采用低压热壁化学气相淀积法，在上述沟槽的侧壁以及底部淀积30～50nm厚的Si₃N₄钝化层；

(5)在完成上述工艺的N型SiC衬底正面涂胶，光刻出P型欧姆接触电极的窗口，然后在其上淀积30nm厚的Al金属层并剥离去胶，得到P型欧姆接触电极；

(6)利用电子束蒸发法在N型SiC衬底未外延的背面淀积Ni/Ti/Au金属层，作为N型欧姆接触电极；

(7)在P型外延层欧姆接触电极上涂胶并在其上方左右两边光刻出窗口，然后依次淀积Ti金属层和Au金属层，去胶剥离形成金属键合部；

(8)对完成上述工艺的N型SiC衬底高温快速退火；

(9)在P型欧姆接触电极上通过电子束蒸发法或磁控溅射法选择性的淀积α放射源层，完成电池的制作。