[實用新型]碳化硅橫向PIN型微型核電池

有效

• 申請號: 201220734703.3
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN202976869U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 張林;李清華;邱彥章;巨永鋒
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G21H1/06
• 分類號: G21H1/06
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本實用新型涉及半導體器件以及半導體工藝技術領域，尤其是涉及一種碳化硅橫向PIN型微型核電池。

背景技術

微型核電池是一種采用半導體二極管作為能量轉換結構，將核能直接轉換為電能的裝置。它利用放射性同位素(如⁶³Ni，¹⁴⁷Pm)發射的輻射粒子在半導體材料中的電離效應作為能源，收集輻輻射粒子在半導體中產生的電子空穴對產生輸出功率。

微型核電池的最大輸出功率為：P_out=FF·V_OCI_SC。其中FF是填充因子，V_OC是開路電壓，I_SC是短路電流。

在確定的輻照源和器件面積下，V_OC主要受限于器件的內建電勢，I_SC主要由器件的靈敏區厚度和表面結構決定，而FF主要由器件的串聯電阻和并聯電阻決定。根據以上的理論，如果想具備高的輸出功率，作為能量轉換結構的半導體二極管必須具備較高的內建電勢﹑較低的漏電流﹑適當厚度的有源區﹑較低的串聯電阻等要求；并要求器件的表面結構合理，盡量避免入射粒子在表面的能量損耗。

碳化硅作為第三代半導體，具有禁帶寬度大﹑抗輻射能力強等優點，用其制成的二極管的內建電勢大﹑漏電流低，可以得到比硅基微核電池更高的開路電壓和能量轉換效率，成為很有前景的核電池電池應用材料。尤其是SiC?PIN結具有高的內建電勢和低的漏電流，成為當前國內外微型核電池研究的熱點。但是目前的研究也存在很多的問題：

1.表面結構的問題

根據現有理論，粒子入射材料產生輻照生載流子，耗盡區內及其附近一個少子擴散長度內的輻照生載流子能被收集。基于此理論，現有的研究大都是將PN結的耗盡區作為靈敏區的一部分收集輻照生載流子。這樣一來，入射粒子必須穿越P型區域（俗稱死層），造成顯著的粒子能量損耗。

2.縱向結構的問題

現有的報道大都是基于縱向結構的，縱向結構避免了電極的面積競爭，尤其是將耗盡區作為靈敏區時具有重要意義。但是縱向結構會增大器件的串聯電阻，導致填充因子下降，降低了電池的最大輸出功率。同時，縱向結構不利于集成，也不利于提高封裝密度。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種碳化硅橫向PIN型微型核電池，其設計新穎合理，實現方便，有利于提高微型核電池的能量轉換效率和封裝密度，有利于集成，實用性強，推廣應用價值高。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：一種碳化硅橫向PIN型微型核電池，其特征在于：包括由N型SiC基片構成的襯底和設置在所述襯底上部的N型SiC外延層，所述N型SiC外延層上設置有N型SiC歐姆接觸摻雜區和P型SiC歐姆接觸摻雜區，所述N型SiC歐姆接觸摻雜區上部設置有形狀與所述N型SiC歐姆接觸摻雜區形狀相同的N型歐姆接觸電極，所述P型SiC歐姆接觸摻雜區上部設置有形狀與所述P型SiC歐姆接觸摻雜區形狀相同的P型歐姆接觸電極；所述N型SiC歐姆接觸摻雜區、P型SiC歐姆接觸摻雜區、N型歐姆接觸電極和P型歐姆接觸電極均為由一條水平指條和多條垂直指條構成的指狀結構，所述N型歐姆接觸電極的垂直指條與所述P型歐姆接觸電極的垂直指條相互交叉設置構成了叉指結構；所述N型SiC外延層上部除去N型歐姆接觸電極和P型歐姆接觸電極的區域設置有二氧化硅層。

上述的碳化硅橫向PIN型微型核電池，其特征在于：所述N型SiC歐姆接觸摻雜區和N型歐姆接觸電極均為由一條水平指條和三條垂直指條構成的指狀結構，所述P型SiC歐姆接觸摻雜區和P型歐姆接觸電極均為由一條水平指條和兩條垂直指條構成的指狀結構，所述P型歐姆接觸電極的兩條垂直指條分別位于所述N型歐姆接觸電極的三條垂直指條之間的兩個間隙中構成了叉指結構。

上述的碳化硅橫向PIN型微型核電池，其特征在于：所述N型SiC外延層的厚度為5μm～15μm。

上述的碳化硅橫向PIN型微型核電池，其特征在于：所述N型SiC歐姆接觸摻雜區的水平指條和垂直指條的寬度，所述P型SiC歐姆接觸摻雜區的水平指條和垂直指條的寬度，所述N型歐姆接觸電極的水平指條和垂直指條的寬度，以及所述P型歐姆接觸電極的水平指條和垂直指條的寬度均為0.5μm～2μm；所述P型歐姆接觸電極的垂直指條與所述N型歐姆接觸電極的垂直指條之間的間隔距離為10μm～15μm。