[發(fā)明專利]包括鈮摻雜n型外延層的碳化硅肖特基結(jié)型核電池的制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310515692.9
• 申請日: 2013-10-26
• 公開（公告）號: CN103730183A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梅欣
• 申請（專利權(quán)）人: 溧陽市浙大產(chǎn)學(xué)研服務(wù)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(zé)任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核技術(shù)與微電子交叉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳化硅肖特基結(jié)型核電池的制造方法，其可將同位素放射的核能直接轉(zhuǎn)換為電能。

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，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(dǎo)體材料SiC的制備和工藝技術(shù)的進步，2006年開始，國內(nèi)外上相繼出現(xiàn)了基于SiC的同位素微電池的相關(guān)報道。

中國專利文獻CN101325093A中公開了一種基于SiC的肖特基結(jié)式核電池，其自上而下依次包括鍵合層、肖特基金屬層、SiO₂鈍化層、n型低摻雜SiC外延層、n型高摻雜SiC襯底、歐姆接觸電極。該肖特基結(jié)核電池肖特基接觸層覆蓋整個電池區(qū)域，入射粒子到達器件表面后，都會受到肖特基接觸層的阻擋，只有部分粒子能進入器件內(nèi)部，而進入耗盡區(qū)的粒子才會對電池的輸出功率有貢獻，因此，這種結(jié)構(gòu)的核電池入射粒子能量損失大，能量轉(zhuǎn)換效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種包括鈮摻雜n型外延層的碳化硅肖特基結(jié)型核電池的制作方法，該方法可以減少n型外延層的載流子濃度，增大耗盡區(qū)寬度，提高產(chǎn)生的電子空穴對的收集率，進而提高器件的開路電壓和能量轉(zhuǎn)換效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的碳化硅肖特基結(jié)型核電池的制作方法，包括如下步驟：

(1)在高摻雜n型SiC襯底上，外延生長厚度為3um～5um，摻氮濃度為1×10¹⁵～5×10¹⁵cm^-3的初始n型SiC外延層；

(2)在初始n型SiC外延層上再進行注入能量為2000KeV～2500KeV，注入劑量為5×10¹³～1×10¹⁵cm^-2的鈮離子注入，然后在1450℃～1650℃的高溫下熱退火20～40分鐘，進而得到摻雜濃度為1×10¹³～5×10¹⁴cm^-3的n型SiC外延層；

(3)對摻雜濃度為1×10¹³～5×10¹⁴cm^-3的n型SiC外延層進行干氧氧化，形成SiO₂鈍化層；

(4)用反應(yīng)離子刻蝕法在n型SiC襯底的背面刻蝕SiC層，電子束蒸發(fā)Ni/Cr/Au金屬層，在氮氣氣氛中退火形成歐姆接觸電極；

(5)在SiO₂鈍化層的中間利用濕法腐蝕出肖特基接觸窗口，并且在該窗口上和窗口周邊的SiO₂鈍化層上淀積半透明高勢壘肖特基金屬Ni或Pt或Au，剝離分別形成肖特基金屬接觸層和肖特基接觸電極；

(6)在肖特基接觸電極上用電子束蒸發(fā)Cr/Au形成鍵合層；

(7)在肖特基金屬接觸層上鍍上放射性同位素源Ni-63層，完成鈮摻雜n型外延層的碳化硅肖特基結(jié)型核電池的制作。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：本發(fā)明制作的碳化硅肖特基結(jié)型核電池，由于n型外延層是采用摻氮外延生長，然后對n型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(qū)寬度，提高產(chǎn)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(zhuǎn)換效率；

附圖說明

圖1是本發(fā)明的碳化硅肖特基結(jié)型核電池的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式