[發明專利]一種微型核能自供電集成電路芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201811523977.6
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109616471B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 胡志宇;劉洋;吳振華;木二珍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L27/06
• 分類號: H01L27/06;G21H1/06;H01L21/822;H01L21/8252
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

1.一種微型核能自供電集成電路芯片，其特征在于，包括基底（18）以及設置于所述基底（18）上的微型核電池和電子元件（15），所述電子元件（15）通過絕緣層（17）設置于基底（18）上，所述微型核電池與電子元件（15）連接，其中，

所述微型核電池包括相連接的半導體換能單元（1）和放射性同位素薄膜（6），所述半導體換能單元（1）由上至下依次包括上電極（2）、歐姆金屬（3）、換能半導體薄膜（4）和肖特基金屬（5）以及分別連接肖特基金屬（5）和換能半導體薄膜（4）的下電極（9），所述放射性同位素薄膜（6）與肖特基金屬（5）和下電極（9）形成的表面相接觸，半導體換能單元（1）通過外部連接電路（16）與電子元件（15）連接；

所述微型核電池還包括熱電換能單元（14），所述熱電換能單元（14）包括左熱電半導體柱（7）、右熱電半導體柱（12）、左電極（8）和右電極（13），左熱電半導體柱（7）與左電極（8）連接，右熱電半導體柱（12）與右電極（13）連接，該熱電換能單元通過左電極（8）和右電極（13）與電子元件（15）連接；

所述基底（18）為半導體襯底；

上述芯片整體尺寸在厘米級或以下；

上述芯片制備的步驟包括：

（1）提供一個半導體襯底，該襯底包含用來形成電子元件的區域和微型核電池的區域；

（2）在半導體襯底的電子元件區域中通過光刻、刻蝕、薄膜淀積、剝離的工藝形成位于電子元件和半導體襯底之間的絕緣層、互聯的電子元件和電子元件的輸入電極；

（3）在電子元件的輸入電極上方或微型核電池區域通過光刻、薄膜淀積、剝離的工藝形成左電極和右電極；

（4）在電極上方繼續光刻出左熱電半導體柱和右熱電半導體柱的區域，分別通過薄膜淀積、剝離、3D打印或絲網印刷的工藝形成左熱電半導體柱和右熱電半導體柱；

（5）在左熱電半導體柱和右熱電半導體柱中間用等厚度的光刻膠填充，并在上方繼續光刻內部連接電路的區域，通過薄膜淀積、剝離的工藝形成內部連接電路；

（6）在內部連接電路上方光刻出放射性同位素薄膜的區域，通過薄膜淀積、剝離的工藝沉積放射性同位素薄膜和隔離防護層；

（7）在放射性同位素薄膜和隔離防護層上方光刻出下電極和肖特基金屬的區域，通過薄膜淀積、剝離的工藝先后沉積下電極和肖特基金屬；

（8）在放射性同位素薄膜和隔離防護層上方光刻形成換能半導體薄膜，薄膜淀積、剝離的工藝沉積換能半導體薄膜；

（9）對換能半導體薄膜表面進行p+摻雜，并繼續沉積歐姆金屬和上電極；

（10）用外部連接電路連接上電極、下電極以及旁邊的電子元件的輸入電極。

2.根據權利要求1所述的微型核能自供電集成電路芯片，其特征在于，所述換能半導體薄膜（4）為寬禁帶半導體材料。

3.根據權利要求1所述的微型核能自供電集成電路芯片，其特征在于，兩個所述半導體換能單元（1）對稱設置于放射性同位素薄膜（6）兩側，通過內部連接電路（11）形成一半導體換能組，多個半導體換能組并聯設置。

4.根據權利要求1所述的微型核能自供電集成電路芯片，其特征在于，所述左熱電半導體柱（7）和右熱電半導體柱（12）厚度一致，且間隔設置。

5.根據權利要求4所述的微型核能自供電集成電路芯片，其特征在于，所述左熱電半導體柱（7）和右熱電半導體柱（12）是兩種不同類型的熱電材料。

6.根據權利要求4所述的微型核能自供電集成電路芯片，其特征在于，所述半導體換能單元（1）通過放射性同位素薄膜（6）與熱電換能單元（14）連接組成一電源組，多個電源組通過外部連接電路（16）和/或內部連接電路（11）串聯連接。

7.根據權利要求4所述的微型核能自供電集成電路芯片，其特征在于，所述熱電換能單元（14）與半導體換能單元（1）組成一子電源組，兩個子電源組對稱設置于放射性同位素薄膜（6）兩側形成一電源組，多個電源組串聯或并聯連接。