[發明專利]并聯式PIN型β輻照電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201410299924.6
• 申請日: 2014-06-29
• 公開（公告）號: CN104051042B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: 郭輝;顧磊;王悅湖;張藝蒙;張玉明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G21H1/06
• 分類號: G21H1/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種并聯式PIN型β輻照電池，包括：PIN單元和β放射源，其特征在于：

所述PIN單元采用由上、下兩個PIN結并聯構成；下PIN結自下而上依次為，N型歐姆接觸電極(5)、N型高摻雜4H-SiC襯底(1)、N型低摻雜外延層(2)、P型高摻雜外延層(3)和P型歐姆接觸電極(4)，上PIN結自下而上依次為，P型歐姆接觸電極(4)、P型高摻雜外延層(3)、N型低摻雜外延層(2)、N型高摻雜4H-SiC襯底(1)和N型歐姆接觸電極(5)；

所述兩個PIN結其P型歐姆接觸電極(4)的一面接觸在一起，上下PIN結中溝槽形成鏡面對稱，相互貫通的一體結構；

每個PIN結中都設有n個溝槽(6)，其中n≥2，每個溝槽(6)內均放置有β放射源(7)，以產生放射高能β粒子。

2.根據權利要求1所述的電池，其特征在于β放射源(7)采用相對原子質量為63的鎳或相對原子質量為147的钷，即Ni⁶³或Pm¹⁴⁷。

3.根據權利要求1所述的電池，其特征在于溝槽(6)的深度h滿足m+q<h<m+r+q，其中m為P型高摻雜外延層(3)的厚度，r為N型低摻雜外延層(2)的厚度，q為P型歐姆接觸電極(4)的厚度。

4.根據權利要求1或2或3所述的電池，其特征在于溝槽(6)的寬度L滿足L≦2g，其中，g為β放射源(7)釋放的高能β粒子在β放射源中的平均入射深度，對于β放射源為Ni⁶³的，其取值為：g＝6μm，對于β放射源為Pm¹⁴⁷的，其取值為：g＝16μm。

5.根據權利要求1所述的電池，其特征在于相鄰兩個溝槽(6)的間距d滿足d≥i，其中，i為β放射源(7)釋放的高能β粒子在4H-SiC中的平均入射深度，對于β放射源為Ni⁶³的，其取值為：i＝10μm，對于β放射源為Pm¹⁴⁷的，其取值為：i＝15μm。

6.根據權利要求1所述的電池，其特征在于襯底(1)采用摻雜濃度為lx10¹⁸cm^-3的N型4H-SiC，P型高摻雜外延層(3)和N型低摻雜外延層(2)均為4H-SiC外延，其中P型高摻雜外延層(3)的摻雜濃度為1x10¹⁹～5.5x10¹⁹cm^-3，N型低摻雜外延層(2)的摻雜濃度為1x10¹⁵～3x10¹⁵cm^-3。

7.一種并聯式PIN型β輻照電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)制作下PIN結：

1.1)對SiC樣片進行清洗，以去除表面污染物；

1.2)利用化學氣相淀積CVD法在清洗后的SiC樣片表面外延生長一層摻雜濃度為1x10¹⁵～3x10¹⁵cm^-3，厚度為5～10μm的N型低摻雜外延層；

1.3)利用化學氣相淀積CVD法在N型低摻雜外延層表面外延生長一層摻雜濃度為1x10¹⁹～5.5x10¹⁹cm^-3，厚度為0.5～1.5μm的P型高摻雜外延層；

1.4)在P型高摻雜外延層表面利用電子束蒸發法淀積一層厚度為300nm的Ni金屬層，作為刻蝕溝槽的掩膜和P型歐姆接觸金屬層；利用電子束蒸發法在SiC襯底未外延的背面淀積厚度為300nm的Ni金屬層，作為N型歐姆接觸電極；11000C下氮氣氣氛中快速退火3分鐘；

1.5)按照核電池溝槽的位置制作成光刻版；在淀積的Ni金屬層的表面旋涂一層光刻膠，利用光刻版對光刻膠進行電子束曝光，形成腐蝕窗口；對腐蝕窗口處的Ni金屬層進行腐蝕，露出P型高摻雜SiC外延層，得到P型歐姆接觸電極和溝槽腐蝕窗口；

1.6)利用電感耦合等離子體ICP刻蝕技術，在露出的P型高摻雜SiC外延層上刻出深度為6～11.5μm，寬度為5～14μm，間距為12～25μm的n個溝槽，其中n≥2；

1.7)采用淀積或涂抹的方法，在溝槽中放置β放射源，得到帶有溝槽的下PIN結；

(2)重復步驟1.1)到步驟1.7)制作上PIN結。

(3)利用鍵合法將上PIN結的P型歐姆接觸電極與下PIN結的P型歐姆接觸電極壓合在一起，完成并聯式PIN型β輻照電池的制作。