[發明專利]一種降低砷化鎵同位素電池暗電流的方法

無效

• 申請號: 201010534725.0
• 申請日: 2010-11-03
• 公開（公告）號: CN102024879A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 姜瀾;陳海洋;李大讓;蔡勝國;尹建華
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0224;H01L31/0352
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技術領域

本發明為一種降低砷化鎵同位素電池暗電流的方法，屬于微機電系統中的能源領域。

背景技術

近年來，人們對微小型機電系統的研究異常活躍。微能源是微系統發展中的一個瓶頸問題，研究高效、長壽命的微能源是微系統發展中一直追求的目標。世界各國都相繼開展了微能源的研究工作，制作出許多微能源。如微型燃料電池、微型內燃機系統、微型太陽能電池、微型同位素電池等。Beta伏特效應同位素微電池則顯示出其特有的優勢，如體積小(微米量級)、壽命長(可達十幾甚至幾十年)、穩定性好，能量密度高等優點，成為微能源系統研究的一個新方向。

為了保證同位素電池的超長壽命，beta伏特效應電池的放射性同位素源的選擇有一定的限制，其輻射的beta粒子的最大能量應小于可以在該電池半導體材料中產生晶格缺陷的最小能量(幾百kev)。此外基于安全性的考慮(放射源輻射的beta射線要易于封裝、對人無害)放射源的輻射粒子能量也不應該太高。又因為該同位素微電池體積較小為毫米、甚至微米量級，所以beta伏特效應同位素電池的輸出功率一般不高，在納瓦至微瓦量級。這種微小輸出的性質使得電池對暗電流提出了很高的要求。即電池的暗電流必須要足夠低，使得電池在較小電流的輸出小也能獲得較高的輸出電壓。于是這就對電池的表面鈍化方式提出了嚴格的要求。

研究工作者往往以降低鈍化層與半導體材料的表面態，從而降低電池邊緣復合而降低電池的暗電流為思路，這種方法在一定程度上能夠降低電池的暗電流，但是該種方法工藝復雜，成本較高，并且性能不穩定。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統降低電池的暗電流的方法存在加工工藝復雜、成本高、且性能不穩定等問題，而提出一種降低砷化鎵同位素電池暗電流的方法，該方法是通過一種輔助電極結構和相應的表面鈍化方式來實現的。

本發明的一種降低砷化鎵同位素微電池的暗電流的方法，其具體步驟如下：

1)按要求在砷化鎵同位素微電池上刻蝕隔離槽，采用PECVD(等離子體增強化學氣相沉積法)技術對隔離槽蒸渡SiO₂鈍化層，隔離槽內的鈍化層要能覆蓋電池耗盡區；

2)對第1)步所得到的砷化鎵同位素微電池表面加工導電電極，采用PECVD技術在電池表層蒸渡SiO₂鈍化層，厚度為50～100nm；

3)在第2)步所得到的砷化鎵同位素微電池隔離槽中心位置進行刻蝕輔助電極槽，然后加工輔助電極，材料為Au、Ti、Pt等功函數大于4eV的金屬。

本發明方法適用的砷化鎵同位素微電池優選為P⁺PN型GaAs同位素微電池。

有益效果

本發明的方法操作簡單，成本低，工藝穩定，該方法利用界面態與半導體間形成的耗盡層作為隔離帶，隔離由于界面態存在導致的高復合率的邊緣結，從而降低電池的暗電流。同時，利用一種輔助電極結構形成肖特基勢壘，進一步降低砷化鎵同位素微電池的暗電流，進而增大該同位素電池的開路電壓，使同位素電池輸出的效果較佳。本發明的方法也適用于具有類似鈍化思路的其它同位素電池。

附圖說明

圖1為本發明提出的表面鈍化方式和相應的同位素電池結構示意圖：

其中，1-GaAs電池P⁺層；2-GaAs電池P層；3-GaAs電池N層；4-N型GaAs襯底；5-電池電極；6-輔助電極；7-SiO₂鈍化層。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明

實施例

本發明的一種降低砷化鎵同位素微電池的暗電流的方法，是通過一種輔助電極結構和相應的表面鈍化方式來實現的，其處理后的電池結構如圖1所示，以P⁺PN型GaAs同位素微電池為例，表面采用SiO₂鈍化，其具體工藝步驟如下：

1)、將清潔的GaAs襯底裝入分子束外延進樣室，經200℃烘烤4小時后，送入緩沖室待生長；

2)、生長前，將GaAs襯底加熱到600℃，去除表面氧化層(通過高能電子衍射圖案可以判斷氧化層的去除)；

3)、在N型GaAs襯底上采用MBE(分子束外延生長)技術依次生長GaAs電池N層3，GaAs電池P層2，GaAs電池P⁺層1；生長溫度為580℃，生長速率為1um/h，V/III族束流比為15～20/1；