[發明專利]一種包括鈮摻雜的n型SiC外延層的PIN型同位素核電池

無效

• 申請號: 201310513587.1
• 申請日: 2013-10-26
• 公開（公告）號: CN103646677A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 梅欣
• 申請（專利權）人: 溧陽市浙大產學研服務中心有限公司
• 主分類號: G21H1/06
• 分類號: G21H1/06
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明涉及核科學技術與微電子技術的交叉領域，尤其涉及一種PIN型同位素核電池。

技術背景

1953年，人們發現利用同位素衰變所產生的β粒子能在半導體內產生電子空穴對，此現象則被稱為β電壓效應。1957年，人們首先將β電壓效應用在電源供應方面，成功實驗制造出第一個同位素微電池。從1989年以來，GaN，GaP，AlGaAs，多晶硅等材料相繼被利用作為β-Voltaic電池的材料。隨著寬禁帶半導體材料SiC的制備和工藝技術的進步，2006年開始，國內外上相繼出現了基于SiC的同位素微電池的相關報道。

2006年，美國紐約Cornell大學的Chandrashekhar等人提出了一種碳化硅PIN結式同位素核電池，其自上而下依次包括放射性同位素源、p型歐姆接觸層、p型高摻雜SiC層、p型低摻雜SiC層、本征層、n型高摻雜SiC襯底、歐姆接觸電極。在這種結構中，襯底為n型高摻雜襯底，在上面生長外延層的工藝不成熟，易引入表面缺陷，器件漏電流增大，能量轉換率較低，同時p型低摻雜SiC層是通過非故意摻雜外延生長形成的，摻雜濃度偏高，得到的耗盡區寬度偏小，產生的載流子不能被全部收集，器件開路電壓變小，能量轉換效率降低。

發明內容

本發明的目的在于避免上述已有技術的不足，提出一種包括鈮摻雜的n型SiC外延層的PIN型同位素核電池及其制作方法，以減少本征層的載流子濃度，增大耗盡區寬度，提高產生的電子空穴對的收集率，進而提高器件的開路電壓和能量轉換效率。

為實現上述目的，本發明公開了一種包括鈮摻雜n型外延層的PIN型同位素核電池，依次包括放射性同位素源層1、SiO₂鈍化層2、SiO₂致密絕緣層3、p型歐姆接觸電極4、p型SiC外延層5、n型SiC外延層6、n型SiC襯底7和n型歐姆接觸電極8，其中，n型SiC外延層6是通過注入能量為2000KeV～2500KeV，劑量為5×10¹³～1×10¹⁵cm^-2的鈮離子形成摻雜濃度為1×10¹³～5×10¹⁴cm^-3。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

本發明制作的PIN核電池，由于n型外延層是采用摻氮外延生長，然后對外延層再進行鈮離子注入對外延層能級上的自由載流子進行補償，故n型外延層的載流子摻雜濃度極低，增大耗盡區寬度，提高了產生電子空穴對的收集率，進而提高器件的開路電壓和能量轉換效率；同時由于p型外延層為0.2um～0.5um的薄層，有效降低了外延層對入射粒子的阻擋作用，能有效的提高能量轉換效率；此外由于本發明采用n型碳化硅襯底，故價格便宜且外延層的生長工藝成熟，操作簡單，易于實現。

附圖說明

圖1為本發明的PIN型同位素核電池的剖面結構示意圖；

具體實施方式

參照圖1，本發明的核電池包括放射性同位素源層1，SiO₂鈍化層2，SiO₂致密絕緣層3，p型歐姆接觸電極4，p型SiC外延層5，n型SiC外延層6，n型SiC襯底7和n型歐姆接觸電極8，其中n型SiC襯底7的摻雜濃度為1×10¹⁸～7×10¹⁸cm^-3，它的背面是由厚度分別為200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金組成的n型歐姆接觸電極8，正面是厚度為3um～5um，摻雜濃度為1×10¹³～5×10¹⁴cm^-3的n型SiC外延層6，該n型SiC外延層6通過鈮離子注入形成，n型SiC外延層6的左右上方是厚度為10nm～20nm的SiO₂致密絕緣層3，SiO₂致密絕緣層3上面是厚度為0.3um～0.5um的SiO₂鈍化層2，n型SiC外延層6的正上方為摻雜濃度為1×10¹⁹～5×10¹⁹cm^-3，厚度為0.2um～0.5um的高摻雜p型SiC外延層5，高摻雜p型SiC外延層5上面左半邊是由厚度分別為50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金組成的p型歐姆接觸電極4，右半邊是放射性同位素源層1。

本發明的PIN型同位素核電池的制作方法的優選實施例如下。

實施例1