[發明專利]外延GaN的PIN結構α輻照電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201410300662.0
• 申請日: 2014-06-29
• 公開（公告）號: CN104064245A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 郭輝;趙亞秋;王悅湖;宋慶文;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

1.一種外延GaN的PIN結構α輻照電池，包括：PIN結和α放射源，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SiC外延層(2)、P型高摻雜GaN外延層(3)和P型歐姆接觸電極(4)，其特征在于：

所述PIN結中設有至少兩個溝槽(6)；

所述α放射源(7)放置在溝槽(6)內，以實現對高能α粒子的充分利用。

2.根據權利要求1所述的電池，其特征在于α放射源(7)采用原子質量為241的镅元素，即Am²⁴¹。

3.根據權利要求1所述的電池，其特征在于α放射源(7)采用原子質量為238的钚元素，即Pu²³⁸。

4.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+n+q，其中m為P型高摻雜外延層(3)的厚度，n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。

5.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α放射源(7)釋放的高能α粒子在α放射源中的平均入射深度，對于α放射源為Am²⁴¹的，其取值為：g＝7.5μm，對于α放射源為Pu²³⁸的，其取值為：g＝10μm。

6.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，對于α放射源為Am²⁴¹的，其取值為：i＝10μm，對于α放射源為Pu²³⁸的，其取值為：i＝18.2μm。

7.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，N型低摻雜SiC外延層(2)為氮摻雜濃度為1x10¹⁵～2x10¹⁵cm^-3的4H-SiC，P型高摻雜GaN外延層(3)為鎂摻雜濃度為1x10¹⁹～5x10¹⁹cm^-3的GaN。

8.一種外延GaN的PIN結構α輻照電池的制備方法，包括以下步驟：

1)清洗：對SiC樣片進行清洗，以去除表面污染物；

2)生長N型低摻雜SiC外延層：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氮摻雜濃度為1x10¹⁵～2x10¹⁵cm^-3，厚度為5～10μm的N型低摻雜SiC外延層；

3)生長P型高摻雜GaN外延層：將生長N型低摻雜SiC外延層后的樣品放入化學氣相淀積CVD爐中，在H₂氛圍下加熱到1100℃并保持10min以清潔表面；再向反應室內通入流量分別為52.3μmol·min^-1、0.035mol·min^-1的三甲基鋁和NH3，在低摻雜SiC外延層上生長60nm厚的AlN；然后將反應室降溫至1050℃，向反應室內通入流量分別為6.5μmol·min^-1、8.93mmol·min^-1、0.18μmol·min^-1的三甲基鎵、NH₃和CP₂Mg，完成鎂摻雜濃度為1x10¹⁹～5x10¹⁹cm^-3，厚度為1～2μm的P型高摻雜GaN外延層；

4)淀積金屬接觸電極：在P型高摻雜GaN外延層表面利用電子束蒸發法淀積一層厚度為100nm/400nm的金屬Ti/Au，作為刻蝕溝槽的掩膜和P型歐姆接觸金屬；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；1100℃下氮氣氣氛中快速退火3分鐘；

5)光刻圖形：按照核電池溝槽的位置制作成光刻版；在淀積的Ti/Au金屬層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Ti/Au金屬層進行腐蝕，露出P型高摻雜GaN外延層，得到P型歐姆接觸電極和溝槽腐蝕窗口；

6)刻蝕溝槽：利用電感耦合等離子體ICP刻蝕技術，在溝槽刻蝕窗口露出的P型高摻雜GaN外延層上刻出深度為6.5～12μm，寬度為5～14μm，間距為12～25μm的至少兩個溝槽；

7)放置α放射源：采用淀積或涂抹的方法，在溝槽中放置α放射源，得到外延GaN的PIN結構α輻照電池。