[实用新型]一种单晶金刚石n-i-p结核动力电池

说明书

本实用新型的目的是提供一种单晶金刚石n‑i‑p结核动力电池，解决了现有金刚石肖特基结核动力电池开路电压低、输出电流小的问题，从而提升金刚石核动力电池的性能和应用前景。该一种单晶金刚石n‑i‑p结核动力电池，包括层叠接触设置的本征单晶金刚石衬底、n型金刚石层、i型金刚石层、p型金刚石层和p型欧姆电极；在n型金刚石层与i型金刚石层所接触的表面上，一部分接触设置i型金刚石层，其余部分接触设置n型欧姆电极；p型欧姆电极通过引线连接有，i型金刚石层通过引线连接有；还包括放射源，放射源设置于p型欧姆电极的上方，或者环绕设置于i型金刚石层的外侧。

【技术领域】

本实用新型属于半导体能源器件技术领域，具体涉及一种单晶金刚石n-i-p 结核动力电池。

【背景技术】

核动力电池有多种分类，其中较为常见的是利用半导体技术的辐射伏特效应能量转换电池。早期的辐射伏特效应能量转换电池以硅和AlGaAs为主，但是由于辐射能量高，电池材料损伤大，使电池性能在很短时间内急剧衰退。近年来，人们开始应用高抗辐射损伤能力的半导体材料来制备核动力电池，如碳化硅和氮化镓等。与碳化硅和氮化镓相比，金刚石材料具有更高的抗辐射损伤能力，因此是最适合制备核动力电池的材料。同时，金刚石材料的禁带宽度也比较大，其理论转换效率也会很大。由于n型掺杂技术的限制，金刚石核动力电池主要以p型肖特基二极管结构为主。但是，肖特基结的势垒高度较低，使得电池的开路电压较小，并且由于金刚石的高阻特性，使得反偏电流小，影响了其输出特性。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种单晶金刚石n-i-p结核动力电池，以解决现有金刚石肖特基结核动力电池开路电压低、输出电流小的问题，从而提升金刚石核动力电池的性能和应用前景。

本实用新型采用以下技术方案：一种单晶金刚石n-i-p结核动力电池，包括层叠接触设置的本征单晶金刚石衬底、n型金刚石层、i型金刚石层、p型金刚石层和p型欧姆电极；在n型金刚石层与i型金刚石层所接触的表面上，一部分接触设置i型金刚石层，其余部分接触设置n型欧姆电极；p型欧姆电极通过引线连接有电池正极，i型金刚石层通过引线连接有电池负极；还包括放射源，放射源设置于p型欧姆电极的上方，或者环绕设置于i型金刚石层的外侧。

进一步的，放射源不与n型欧姆电极和p型欧姆电极同时接触。

进一步的，当放射源设置在p型欧姆电极上侧时，i型金刚石层的厚度处于 5-30μm之间；当放射源环绕设置在i型金刚石层外侧时，i型金刚石的直径为 20-100μm之间。

进一步的，n型欧姆电极为高熔点金属。

n型金刚石层，其生长气氛中磷/碳体积比大于0.01％，其生长厚度为50-200 nm。

进一步的，i型金刚石层，在O₂/H₂体积比为0-1％的条件下生长，生长温度在900-1100℃之间。

进一步的，p型金刚石层，为硼掺杂层，掺杂浓度ND≥1019cm^-3，厚度为 50-200nm。

进一步的，p型欧姆电极，为能与金刚石表面形成碳化物的金属制成，对其的退火处理温度在500-700℃，退火时间在10min以上。

本实用新型的有益效果是：采用n-i-p结构，有效的提高了金刚石核动力电池的输出电压。同时，在n型金刚石层上掩膜生长i型金刚石层，可以在高温和等离子体轰击的作用下使金属与n型金刚石形成良好的欧姆接触，解决了现有技术中金属与n型金刚石欧姆接触难的问题，从而能够提高金刚石n-i-p结核动力电池的输出电流。

【附图说明】

图1是本实用新型中放射源设置在p型欧姆电极上侧的金刚石n-i-p结核动力电池结构示意图；