[发明专利]一种平面电极半导体薄膜PN结贝塔辐射伏特电池有效

专利信息
申请号: 201910283992.6 申请日: 2019-04-10
公开(公告)号: CN110164581B 公开(公告)日: 2020-09-29
发明(设计)人: 张锦文;吴蒙 申请(专利权)人: 北京大学
主分类号: G21H1/02 分类号: G21H1/02
代理公司: 北京君尚知识产权代理有限公司 11200 代理人: 余长江
地址: 100871 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 平面 电极 半导体 薄膜 pn 结贝塔 辐射 伏特 电池
【权利要求书】:

1.一种平面电极半导体薄膜PN结贝塔辐射伏特电池,其特征在于:包括同位素源和半导体薄膜PN结换能器,半导体薄膜PN结换能器包括位于同位素源上面的半导体薄膜、位于半导体薄膜上面的绝缘钝化层、位于绝缘钝化层上面的平面电极,在半导体薄膜上面嵌有与该半导体薄膜构成PN结的掺杂区,在绝缘钝化层与半导体薄膜、掺杂区之间设有欧姆接触重掺杂区,平面电极与欧姆接触重掺杂区通过系列点状接触实现电学导通。

2.如权利要求1所述的一种平面电极半导体薄膜PN结贝塔辐射伏特电池,其特征在于:半导体薄膜为N型或者P型的硅、金刚石、砷化镓、碳化硅或氮化镓的薄层,厚度根据同位素源辐射粒子的最大入射深度确定。

3.如权利要求1所述的一种平面电极半导体薄膜PN结贝塔辐射伏特电池,其特征在于:半导体薄膜为N型或者P型时,作为PN结的N区或者P区;与半导体薄膜构成PN结的掺杂区相应地为P型或N型,作为PN节的P区或者N区;位于绝缘钝化层与半导体薄膜之间的欧姆接触重掺杂区相应地为P+型或N+型,位于绝缘钝化层与掺杂区之间的欧姆接触重掺杂区相应地为N+型或P+型。

4.如权利要求1所述的一种平面电极半导体薄膜PN结贝塔辐射伏特电池,其特征在于:掺杂区由离子注入或者扩散工艺获得,其掺杂浓度比半导体薄膜的掺杂浓度高;欧姆接触重掺杂区由离子注入或者掺杂工艺获得,其掺杂浓度满足与平面电极可以形成良好欧姆接触的条件。

5.如权利要求1所述的一种平面电极半导体薄膜PN结贝塔辐射伏特电池,其特征在于:绝缘钝化层的材料为二氧化硅、氮化硅或氧化铪,其生长方法为热氧化、LPCVD或PECVD。

6.如权利要求1所述的一种平面电极半导体薄膜PN结贝塔辐射伏特电池,其特征在于:平面电极的正电极和负电极均为并联在一起的指状电极,正电极和负电极的指状电极交错排列,电极材料包括Au或Al。

7.如权利要求1所述的一种平面电极半导体薄膜PN结贝塔辐射伏特电池,其特征在于:系列点状接触是指平面电极穿过在绝缘钝化层上开有的系列分布的欧姆接触孔,与欧姆接触重掺杂区进行点状接触;欧姆接触孔的面积小于欧姆接触重掺杂区的面积,且欧姆接触孔由欧姆接触重掺杂区完全覆盖;其中平面电极的正电极和负电极分别与欧姆接触P+型重掺杂区和欧姆接触N+型重掺杂区接触。

8.如权利要求1所述的一种平面电极半导体薄膜PN结贝塔辐射伏特电池,其特征在于:同位素源包括3H、63Ni或147Pm。

9.一种平面电极半导体薄膜PN结贝塔辐射伏特电池的制备方法,步骤包括:

选用P型或N型半导体薄膜,其厚度与同位素辐射粒子在该材料中的辐射深度匹配,进行清洗;

在半导体薄膜的正面生长离子掺杂阻挡层;

在掺杂阻挡层上制作注入或者扩散的图形掩膜,形成掺杂窗口;

在掺杂窗口内掺杂形成N型或P型掺杂区,其浓度高于半导体薄膜的掺杂浓度,行成的掺杂区与半导体薄膜形成PN结;在半导体薄膜表面重掺杂P+型或N+型,在掺杂区表面重掺杂N+型或P+型,形成欧姆接触重掺杂区,激活掺杂;

去除掺杂阻挡层,并生长绝缘钝化层;

图形化掩膜,形成平面电极与重掺杂区的欧姆接触孔图形;

干法或湿法去除绝缘钝化层形成欧姆接触孔,生长平面电极金属材料;

图形化掩膜,形成金属电极腐蚀掩膜图形;腐蚀或刻蚀,形成平面电极,合金形成欧姆接触;

在半导体薄膜背面选择吸附或者电镀加载放射同位素源。

10.如权利要求9所述的一种平面电极半导体薄膜PN结贝塔辐射伏特电池的制备方法,其特征在于:利用SOI基片制备半导体薄膜PN结平面电极辐射同位素电池,制备步骤还包括:

先对SOI基片进行清洗,再生长湿法腐蚀掩膜层,基片背面涂光刻胶保护,刻蚀正面的湿法腐蚀掩膜层,去除光刻胶保留背面的湿法腐蚀掩膜层;

在所述形成欧姆接触后,正面涂胶保护,背面光刻图形化,形成背面刻蚀窗口,刻蚀湿法腐蚀掩膜层,背面去胶后再正面去胶,形成背面湿法腐蚀硅掩膜层;

正面涂保护层,背面腐蚀硅,并湿法腐蚀埋氧层,再去除正面保护层,然后再在半导体薄膜背面加载放射同位素源。

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