[发明专利]硅基高性能β辐伏电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种辐伏电池，尤其涉及一种硅基高性能β辐伏电池及其制作方法。

背景技术

由于辐伏同位素电池技术还处于发展阶段，现有的辐伏同位素电池性能还较差，尤其是存在输出功率较低的问题。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种硅基高性能β辐伏电池，其创新在于：所述硅基高性能β辐伏电池由N型硅外延层、P型保护环、P型有源区、N型硅衬底、二氧化硅层、氮化硅层、电极、电极层和硼硅玻璃层组成；

所述N型硅外延层形成在N型硅衬底的上端面上，所述P型保护环和P型有源区均形成在N型硅外延层上端的表层中，P型保护环环绕在P型有源区的周向外围，P型保护环内壁与P型有源区的外壁接触；所述硼硅玻璃层设置在N型硅外延层的上端面上，硼硅玻璃层和P型有源区的周向轮廓相同；二氧化硅层设置在N型硅外延层的上端面上，二氧化硅层将N型硅外延层上端面上硼硅玻璃层以外的区域覆盖；氮化硅层覆盖在二氧化硅层和硼硅玻璃层的表面；P型保护环正上方的结构体中设置有电极孔，电极设置在电极孔中，电极层设置在N型硅衬底的下端面上。

本发明与现有技术最大的不同在于：现有技术中，仅用二氧化硅膜或氮化硅膜来将P型有源区的上方覆盖，这种结构的β辐伏电池其输出功率较低，为了改善产品性能，发明人进行了大量实验，实验过程中，发明人发现，将单一的二氧化硅膜或氮化硅膜改为硼硅玻璃和氮化硅复合层后，β辐伏电池的输出功率和抗辐射能力得到了明显提高，改进前和改进后的电池性能对比见下表：

由上表可见，采用本发明方案后，单个电池的输出开路电压和短路电流都比改进前提高了20％；由四个电池串联后再两组并联的电池阵列输出功率提高了接近40％；加辐射源辐照后，电池输出短路电流衰减由改进前的42％减小到了8％，极大的提高了电池的抗辐射能力。

基于前述方案，本发明还提出了一种硅基高性能β辐伏电池的制作方法，所述硅基高性能β辐伏电池的结构如前所述；所述制作方法的具体步骤如下：

1)制作N型硅衬底；

2)采用外延生长工艺，在N型硅衬底的上端面上生长N型硅外延层；

3)采用高温氧化工艺，在器件表面生长二氧化硅层；

4)在二氧化硅层上的相应位置光刻出保护环掺杂区，然后将保护环掺杂区范围内的二氧化硅层去掉；

5)采用高温硼扩散工艺，对保护环掺杂区进行深结硼掺杂，获得P型保护环；

6)在二氧化硅层上的相应位置光刻出有源掺杂区，然后将有源掺杂区范围内的二氧化硅层去掉；

7)采用高温硼扩散工艺，对有源掺杂区进行浅结硼掺杂，获得P型有源区和硼硅玻璃层；

8)采用高温LPCVD工艺，在器件表面淀积氮化硅层；

9)在器件上的相应位置制作电极；

10)将N型硅衬底的下端面减薄，在N型硅衬底的下端面上制作电极层。

优选地，所述N型硅外延层的电阻率为0.1～10Ω·cm、厚度为20～50μm；所述电极采用Cr/Au双层金属膜；所述电极层采用Cr/Au双层金属膜；所述P型保护环的掺杂浓度为5×10¹⁹/cm³～1×10²⁰/cm³、结深为1.0～1.5μm；所述P型有源区的掺杂浓度为1～5×10¹⁹/cm³、结深为0.5～1.0μm；所述硼硅玻璃层的厚度为10～30nm；所述氮化硅层的厚度为20～30nm。

本发明的有益技术效果是：提供了一种硅基高性能β辐伏电池及其制作方法，相比于现有技术，该辐伏电池具有较高的输出功率和抗辐射能力。

附图说明

图1、本发明的断面结构示意图；

图中各个标记所对应的名称分别为：N型硅外延层1、P型保护环2、P型有源区3、N型硅衬底4、二氧化硅层5、氮化硅层6、电极7、电极层8、硼硅玻璃层9。

具体实施方式

一种硅基高性能β辐伏电池，其创新在于：所述硅基高性能β辐伏电池由N型硅外延层1、P型保护环2、P型有源区3、N型硅衬底4、二氧化硅层5、氮化硅层6、电极7、电极层8和硼硅玻璃层9组成；