[發明專利]具有保護環結構的微型核電池及其制作方法

有效

• 申請號: 200910023134.4
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN101599308A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 喬大勇;苑偉政;臧博;姚賢旺;呂湘連
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G21H1/06
• 分類號: G21H1/06
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 夏維力

1.一種具有保護環結構的微型核電池，依次包括同位素(10)、上電極金屬層(9)、p+型半導體層(5)、本征層(4)、n+型半導體層(3)、金屬黏附層(2)、下電極金屬層(1)；本征層(4)下方依次為大小形狀一致的n⁺型半導體層(3)、金屬黏附層(2)和下金屬電極層(1)，n⁺型半導體層(3)的摻雜濃度在1×10¹⁶～1×10²¹cm^-3，其特征在于：還包括保護環接觸電極(8)、鈍化層(7)、保護環(6)；所述的本征層(4)的摻雜濃度5×10¹⁰～1×10¹⁵cm^-3，厚度為300μm～550μm；p+型半導體層(5)位于本征層(4)上部，形狀任意，摻雜濃度在1×10¹⁶～1×10²⁰cm^-3，厚度大于0.1μm；保護環(6)位于本征層(4)上部p+型半導體層(5)的外圍環形區域，保護環(6)內環和p+型半導體層(5)外環間距為30μm～200μm，保護環(6)材料與p+型半導體層(5)的材料一致；保護環接觸電極(8)位于保護環(6)上方，且形狀大小與保護環(6)相同；上電極金屬層(9)為排布于p+型半導體層(5)上方的環形，且其外邊框和p+型半導體層(5)的外邊框一致；鈍化層(7)覆蓋本征層(4)上方除上電極金屬(9)和保護環接觸電極(8)之外的所有區域；同位素(10)覆蓋鈍化層(7)上方上電極金屬層(9)形成的環形內部。

2.一種具有保護環結構的微型核電池，依次包括同位素(10)、上電極金屬層(9)、p+型SiC層(5)、n+型SiC層(3)、金屬黏附層(2)、下電極金屬層(1)；n+型SiC層(3)下方依次為形狀大小一致的金屬黏附層(2)和下電極金屬層(1)，其特征在于：還包括保護環接觸電極(8)、鈍化層(7)、保護環(6)；所述的p+型SiC層(5)位于n+型SiC層(3)上部，形狀任意，摻雜濃度在1×10¹⁶～1×10²⁰cm^-3，厚度大于0.1μm；保護環(6)位于p+型SiC層(5)外圍，形成一個將p+型SiC層(5)包含在內的環狀，保護環(6)材料與p+型SiC層(5)一致；保護環接觸電極(8)位于保護環(6)上方，形狀大小同保護環(6)；上電極金屬層(9)為位于p+型SiC層(5)上方的環狀，且其外框形狀和p+型SiC層(5)外框形狀大小一致，材料和保護環接觸電極(8)相同；鈍化層(7)覆蓋在n+型SiC層(3)上方除上電極金屬層(9)和保護環接觸電極(8)之外所有區域；同位素(10)覆蓋在鈍化層(7)上方。

3.一種如權利要求1所述的具有保護環結構的微型核電池，其特征在于：鈍化層(7)、p+半導體層(5)、本征層(4)以及金屬黏附層(2)、下電極金屬層(1)的形狀均為方形；上電極金屬層(9)、保護環接觸電極(8)、保護環(6)形狀為方形環狀。

4.一種如權利要求1所述的具有保護環結構的微型核電池，其特征在于：鈍化層(7)、p+半導體層(5)、本征層(4)以及金屬黏附層(2)、下電極金屬層(1)的形狀均為圓形；上電極金屬層(9)、保護環接觸電極(8)、保護環(6)形狀為圓環。

5.一種如權利要求1或2所述的具有保護環結構的微型核電池，其特征在于：上電極金屬層(9)和保護環接觸電極(8)的材料是Au、Ag或Al。

6.一種如權利要求1或2所述的具有保護環結構的微型核電池，其特征在于：金屬黏附層(2)的材料是Ti或Ni。

7.一種如權利要求1或2所述的具有保護環結構的微型核電池，其特征在于：下電極金屬層(1)介質為Au或Al。

8.一種如權利要求1或2所述的具有保護環結構的微型核電池，其特征在于：鈍化層(7)介質為氮化硅或者二氧化硅。

9.一種如權利要求1所述的具有保護環結構的微型核電池的制作方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)選用摻雜濃度為1×10¹⁰～1×10¹⁷cm^-3的半導體材料作為襯底，做常規清洗；

(2)生長二氧化硅層作為離子注入的阻擋層，厚度在20nm～200nm；

(3)正面圖形化，形成p+型半導體層(5)和保護環(6)；正面注入硼離子，在沒有光刻膠覆蓋的區域下方形成B+摻雜區；離子注入的能量為50到200keV，注入劑量為1×10¹⁴～1×10¹⁶cm^-2；后做高溫快速熱退火，使注入離子重新分布，降低晶格損傷；快速熱退火溫度為900℃到1200℃，退火時間在50s至240s；對于PIN結，背面還需注入磷離子，整個區域形成n+區；離子注入能量為60到90keV，注入劑量為5×10¹⁵～1×10¹⁷cm^-2；同樣做高溫快速熱退火，溫度為900℃到1200℃，退火時間持續60s到300s；

(4)去除二氧化硅層；進行常規清洗去金屬離子、氧化物、浮塵；

(5)LPCVD外延二氧化硅層，外延厚度為50nm～300nm；

(6)正面光刻，產生上電極金屬區和保護環圖形，用二氧化硅緩沖刻蝕液刻蝕所述兩接觸區，直至裸露出基片；

(7)正面濺射金屬，厚度為0.5μm～1.2μm；通過光刻和剝離工藝把除上電極金屬區域及保護環接觸電極區以外的多余金屬去掉；

(8)背面濺射金屬做黏附金屬層(2)，厚度為5nm～50nm；濺射金屬做為下電極金屬層(1)，厚度為1.0μm～2.0μm；進行快速熱退火，溫度為350℃到460℃，時間為5分鐘到20分鐘；

(9)選擇性電鍍同位素放射源。