[發明專利]肖特基型核電池及其制備方法

無效

• 申請號: 200910030429.4
• 申請日: 2009-04-10
• 公開（公告）號: CN101527174A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: 陸敏
• 申請（專利權）人: 蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G21H1/00
• 分類號: G21H1/00;H01L21/205;H01L21/283
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司
• 代理人: 陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種半導體核電池器件，尤其涉及一次轉換核電池中的輻射伏 特效應核電池，屬于能源應用領域。

背景技術

通常來說，電池包括化學電池和物理電池兩大類。化學電池主要有干電 池、蓄電池、燃料電池、微生物電池等，這些都是人類生活中見慣的常用電池 類型，但此類電池的能量容積相對較小，無法滿足長期供電的需求。物理電池 主要包括太陽能電池和核電池兩種，其中核電池也叫同位素電池或原子電池， 是將原子核的放射能直接轉換為電能的電池。按照能量源不同，核電池又可分 為熱源核電池和輻射能核電池。熱源核電池利用的是同位素衰變熱，如熱電效 應核電池；輻射能核電池是利用的同位素衰變時產生的射線能量，這一能量遠 遠大于衰變熱，如伏特效應核電池。按能量轉換過程的次數可分為一次轉換核 電池(如熱電效應和伏特效應核電池)與二次轉換核電池(如輻射-光-伏特效 應核電池)，一般一次轉換核電池的效率要高于二次轉換核電池。本發明涉及 的核電池屬于一次轉換核電池中的輻射能核電池，即輻射伏特效應核電池，其 工作原理是：當衰變能量射線照到核電池上，因吸收輻射能量而產生輻射電離 效應，在材料中產生很多電子空穴對，電子空穴對在核電池肖特基結的內建電 場作用下分別向肖特基結和N型側漂移，在肖特基結側將收集到大量的空穴， 而在N型側將收集到大量的電子，將肖特基接觸電極和N電極連接并加上負 載，在回路中就會產生電流，肖特基接觸電極相當于電池的正極，N電極相當 于電池的負極。

核廢料問題是當今國際上核能進一步發展的最大障礙之一，能夠很好的利 用這些特殊的垃圾，變廢為寶，將是一件極有意義和價值的事情，將可以利用 的核廢料發電，從整體上看，將會產生巨大的經濟效益和廣泛的社會效益。

核電池具有體積小、重量輕、壽命長(由半衰期決定)、可靠性高、能量 密度高等優點，因而在航空航天、深海、極地等需長期供電且無人值守的場 合、心臟起搏器、微納機電系統、手機、筆記本電腦等電子產品、甚至電動汽 車等領域有著廣泛應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種肖特基型核電池及其制備方法，將同位素與 GaN肖特基結半導體器件通過簡單而成熟的制備工藝集成，進而將同位素衰變 能直接、高效地轉換成電能，加以工業和生活利用。

本發明的技術解決方案是：

一種肖特基型核電池，其特征在于：包括Al₂O₃襯底、n型摻雜 層、表面積小于n型摻雜層的絕緣層、肖特基接觸電極、n型接觸電 極和同位素層；其中n型摻雜層是摻雜濃度在1×10¹⁸/cm³～ 1×10¹⁹/cm³之間的摻硅GaN層，且設在Al₂O₃襯底的拋光面；絕緣層 設置在n型GaN摻雜層的表面上；肖特基接觸電極和n型接觸電極 分別設置在GaN絕緣層和n型GaN摻雜層的表面上；純β同位素層 設置在肖特基接觸電極上。

進一步地，上述的肖特基型核電池，其中所述Al₂O₃襯底為β相 藍寶石，(001)晶相，厚度為200～600μm；所述n型GaN摻雜層 的厚度為1～3μm，其中的Si摻雜是在MOCVD外延同時控制摻雜濃 度在1×10¹⁸/cm³到1×10¹⁹/cm³之間通入SiH₄來實現的；所述絕緣層 的厚度為15～100μm；所述n型接觸電極是通過沉積Ti/Al/Ti/Au得 到的，其中Ti厚度20～80nm，Al厚度20～100nm，Ti厚度20～ 200nm，Au厚度100～300nm；所述肖特基接觸電極是通過沉積 Ni/Au得到的，其中Ni厚度為5～20nm；Au厚度為10～25nm。

更進一步地，上述的肖特基型核電池，其中所述同位素層的上下 兩面分別粘結一個GaN肖特基半導體器件。

更進一步地，上述的肖特基型核電池，其中在所述Al₂O₃襯底和 n型GaN摻雜層之間還可進一步設有氮化鎵緩沖層。

上述肖特基型核電池，按以下步驟進行制備：