[發(fā)明專利]PIN型同位素核電池

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310513589.0
• 申請(qǐng)日: 2013-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN103646679A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 溧陽(yáng)市浙大產(chǎn)學(xué)研服務(wù)中心有限公司
• 主分類號(hào): G21H1/06
• 分類號(hào): G21H1/06
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核科學(xué)技術(shù)與微電子技術(shù)的交叉領(lǐng)域，尤其涉及一種PIN型同位素核電池。

技術(shù)背景

1953年，人們發(fā)現(xiàn)利用同位素衰變所產(chǎn)生的β粒子能在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，此現(xiàn)象則被稱為β電壓效應(yīng)。1957年，人們首先將β電壓效應(yīng)用在電源供應(yīng)方面，成功實(shí)驗(yàn)制造出第一個(gè)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(dǎo)體材料SiC的制備和工藝技術(shù)的進(jìn)步，2006年開始，國(guó)內(nèi)外上相繼出現(xiàn)了基于SiC的同位素微電池的相關(guān)報(bào)道。

2006年，美國(guó)紐約Cornell大學(xué)的Chandrashekhar等人提出了一種碳化硅PIN結(jié)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(jié)構(gòu)中，襯底為n型高摻雜襯底，在上面生長(zhǎng)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(zhuǎn)換率較低，同時(shí)p型低摻雜SiC層是通過非故意摻雜外延生長(zhǎng)形成的，摻雜濃度偏高，得到的耗盡區(qū)寬度偏小，產(chǎn)生的載流子不能被全部收集，器件開路電壓變小，能量轉(zhuǎn)換效率降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于避免上述已有技術(shù)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(qū)寬度，提高產(chǎn)生的電子空穴對(duì)的收集率，進(jìn)而提高器件的開路電壓和能量轉(zhuǎn)換效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)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，其特征在于：p型SiC外延層5的摻雜濃度為1×10¹⁹～5×10¹⁹cm^-3，n型SiC襯底7的摻雜濃度為1×10¹⁸～7×10¹⁸cm^-3，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(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明制作的PIN核電池，由于n型外延層是采用摻氮外延生長(zhǎng)，然后對(duì)外延層再進(jìn)行鈮離子注入對(duì)外延層能級(jí)上的自由載流子進(jìn)行補(bǔ)償，故n型外延層的載流子摻雜濃度極低，增大耗盡區(qū)寬度，提高了產(chǎn)生電子空穴對(duì)的收集率，進(jìn)而提高器件的開路電壓和能量轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)由于p型外延層為0.2um～0.5um的薄層，有效降低了外延層對(duì)入射粒子的阻擋作用，能有效的提高能量轉(zhuǎn)換效率；此外由于本發(fā)明采用n型碳化硅襯底，故價(jià)格便宜且外延層的生長(zhǎng)工藝成熟，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的PIN型同位素核電池的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式