The present invention provides a Schottky miniature nuclear battery based on silicon carbide material, which includes: silicon carbide single crystal substrate, silicon carbide one-dimensional nanowire array, Schottky contact electrode, ohmic contact electrode and radiation source layer; silicon carbide one-dimensional nanowire array is located on the front of silicon carbide single crystal substrate, and silicon carbide one-dimensional nanowire array has N-type doping region; Including barrier metal layer and N-type doping region, the surface shape of barrier metal layer is interdigital; the ohmic contact electrode is located on the back of silicon carbide single crystal substrate; the radiation source layer is located above the barrier metal layer; the micro-nuclear battery provided by the invention has novel and reasonable structure, high energy conversion efficiency and low preparation cost, and is suitable for the field of semiconductor micro-devices.
【技术实现步骤摘要】
一种基于碳化硅材料的肖特基微型核电池及其制备方法
本专利技术涉及半导体微器件的
,具体涉及一种基于碳化硅材料的肖特基微型核电池及其制备方法。
技术介绍
微型核电池是通过半导体二极管作为能量转换结构,将放射性同位素衰变所放射出的粒子能(如α粒子、β粒子和γ射线)转换为电能的装置。通常,微型核电池是借助放射性同位素发射的辐射粒子在半导体材料中的电离效应作为能源,收集辐辐射粒子在半导体中产生的电子-空穴对来产生输出功率。它具有能量密度大、体积小、寿命长、工作稳定性好和易于集成等优点,且其换能结构简单,加工工艺成熟,具有广阔的发展前景,被用作各种存储器和MEMS系统的动力源,以及航天等极端情况下的长寿命、长期工作无需维护的移动电源。一般来说,微型核电池是由放射源和半导体换能单元这两个主要部分组成,其中半导体换能单元是核心,其性能的高低决定了核电池的转换效率和能量密度等主要性能参数。碳化硅作为第三代半导体材料,具有禁带宽度大、抗辐射能力强等优点,基于SiC材料的核电池具有更高的开启电压、更低的漏电流、更高的能量转换效率和持续稳定的电能输出。值得指出的是,SiC是目前唯一可以用热氧化法生长高质量SiO2钝化层的化合物半导体,而且与硅半导体平面工艺相兼容,这使其成为国内外微型核电池研究的热点。目前国际上已经报道了碳化硅基微型核电池的研究,如2012年西安电子科技大学的张玉明课题组制备了4H-SiCPIN微电池“4H-SiCβ射线核电池和探测器的研究,2012年西安电子科技大学硕士毕业论文,张玉娟”,其在Ni-63源的辐照下,电池的有效转换效率达到了2.69%。虽然 ...
【技术保护点】
1.一种基于碳化硅材料的肖特基微型核电池,其特征在于:包括:碳化硅单晶衬底101、碳化硅一维纳米线阵列(102)、肖特基接触电极(103)、欧姆接触电极(104)和放射源层(105);所述碳化硅一维纳米线阵列(102)位于所述碳化硅单晶衬底(101)的正面,且所述碳化硅一维纳米线阵列(102)具有N型掺杂区域(1031),且所述N型掺杂区域(1031)至少包括所述碳化硅一维纳米线阵列(102)的上部区域;所述肖特基接触电极(103)包括势垒金属层(1032)和所述N型掺杂区域(1031),所述势垒金属层(1032)的表面形状为叉指状,且所述势垒金属层(1032)位于所述N型掺杂区域(1031)的上方;所述欧姆接触电极(104)位于所述碳化硅单晶衬底(101)的背面;所述放射源层(105)位于所述势垒金属层(1032)的上方。
【技术特征摘要】
1.一种基于碳化硅材料的肖特基微型核电池,其特征在于:包括:碳化硅单晶衬底101、碳化硅一维纳米线阵列(102)、肖特基接触电极(103)、欧姆接触电极(104)和放射源层(105);所述碳化硅一维纳米线阵列(102)位于所述碳化硅单晶衬底(101)的正面,且所述碳化硅一维纳米线阵列(102)具有N型掺杂区域(1031),且所述N型掺杂区域(1031)至少包括所述碳化硅一维纳米线阵列(102)的上部区域;所述肖特基接触电极(103)包括势垒金属层(1032)和所述N型掺杂区域(1031),所述势垒金属层(1032)的表面形状为叉指状,且所述势垒金属层(1032)位于所述N型掺杂区域(1031)的上方;所述欧姆接触电极(104)位于所述碳化硅单晶衬底(101)的背面;所述放射源层(105)位于所述势垒金属层(1032)的上方。2.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅材料的肖特基微型核电池,其特征在于:所述碳化硅单晶衬底(101)的制备材料为本征型碳化硅单晶材料,或为N型高掺杂碳化硅单晶材料。3.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅材料的肖特基微型核电池,其特征在于:所述势垒金属层(1032)为多层薄膜结构,且由下至上依次为第一Ni金属薄膜、Al金属薄膜。4.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅材料的肖特基微型核电池,其特征在于:所述欧姆接触电极(104)为多层薄膜结构,且由上至下依次为Ti金属薄膜、第二Ni金属薄膜、Au金属薄膜。5.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅材料的肖特基微型核电池,其特征在于:所述放射源层(105)的制备材料为同位素放射源,所述同位素放射源为Ni-63放射源,或为Pm-147放射源。6.一种基于碳化硅材料的肖特基微型核电池的制备方法,其特征在于:包括:S101、提供碳化硅单晶衬底(101);S102、采用高温熔盐电化学腐蚀工艺,在所述碳化硅单晶衬底(101)的正面制备碳化硅一维纳米线阵列(102);S103、采用离子注入工艺,对所述碳化硅一维纳米线阵列(102)进行N型掺杂,使得所述碳化硅一维纳米线阵列(102)具有N型掺杂区域(1031),且所述N型掺杂区域(1031)至少包括所述碳化硅一维纳米线阵列(102)的上部区域;S104、采用磁控溅射工艺,在所述N型掺杂区域(1031)上沉积呈叉指状的势垒金属层(1032),形成包含N型掺杂区域(1031)和势垒金属层(1032)的肖特基接触电极(103);在所述碳化硅单晶衬底(101)的背面沉积金属薄膜,形成欧姆接触电极(104);S105、采用电化学沉积工艺,在所述势垒金属层(1032)上沉积放射源,形成放射源...
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