GaN肖特基结型核电池及其制备方法，涉及核电池。核电池从下至上依次包括蓝宝石衬底层、GaN缓冲层、n+GaN层、n-GaN层、肖特基金属层、SiO2保护层、欧姆接触层和放射性同位素层。在蓝宝石衬底上依次生长GaN缓冲层、n+GaN层、n-GaN层；在n-GaN层上得到两个暴露出n+GaN层的窗口；在整个器件的上表面生长SiO2保护层；在SiO2保护层上腐蚀出用于肖特基接触的窗口；通过光刻和溅射的方法得到肖特基金属层；光刻并腐蚀出用于欧姆接触的窗口；通过光刻和溅射的步骤得到欧姆接触层，退火，得到良好的欧姆接触，SiO2保护层在此过程中起到保护的作用；加上放射性同位素层以形成核电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核电池，尤其是涉及一种GaN(Gallium Nitride)肖特基结型核电池及其制备方法。
技术介绍
核电池(Betavoltaic Battery)是一种依靠半导体结型器件的特性将放射性同位素辐射出的β射线能量直接转换成电能的器件。由于β放射源有很长的半衰期(几十年甚至上百年)，而且放射特性不受外界的干扰，因此核电池非常适合于调节恶劣长期无人看管又需要提供电源的场合，比如航空航天、深海、极地以及植入式器件等。由于核电池与半导体工艺的兼容，使得它具有成为MEMS器件片上电源的优点。在核电池发展的几十年里，由于硅工艺的成熟和材料的易得性和微电子的迅猛发展，基于硅的PN结型核电池一直占据主导地位。同时，人们也对其它半导体材料在核电池上的应用做了探讨。在文献“Review of betavoltaic energy conversion(Proceedings of the 12th Space Photovoltaic Research and Technology Conference(SPRAT 12)p 256-267)”中Olsen Larry C.指出核电池的转换效率η满足下面的关系式：η=JSCVOCFFPin=(1-R)QJmaxVOCFF1.6×10-19N0Eβ=NβN0(1-R)QVOCFFϵ]]>其中，ε＝2.8Eg+0.5(eV)FF=VOC-kTqln[qVOC/kT+0.72]VOC+kT/q]]>Voc=Egq-kTqln1.5×105JSC]]>也就是说在其他条件不变的情况下，核电池的转换效率η和所采用的半导体材料的禁带宽度Eg满足上述关系，可以看出，半导体材料的禁带宽度越大，核电池的转换效率就越高。 所以采用宽禁带的半导体材料有助于提高核电池的性能。在文献“Demonstration of a 4H SiC betavoltaic cell(APPLIED PHYSICS LETTERS 88,033506,2006)”中作者公布了一种基于宽禁带半导体碳化硅(SiC)的核电池。与基于窄禁带半导体硅的核电池相比，该电池的转换效率有了大幅度的提高。随着GaN材料生产和加工技术的成熟，GaN宽禁带、抗辐照能力强等优点使它成为一种可用于核电池制备的申请号为200910030431.1的中国专利“一种PN型核电池和其制备方法”中，公开了一种基于GaN的PN结型核电池。然而，由于P型GaN的生长的晶体质量有待提高并且掺杂得到的空穴浓度不高，这都限制了PN结型GaN核电池的性能。而N型GaN的晶体质量已经可以做到很好，掺杂浓度都可以做到很高，所以基于N型GaN的肖特基结型核电池就能在利用GaN宽禁带和抗辐照能力强的有点的同时避免P型GaN生长困难的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对硅基核电池由于禁带窄而导致转换效率偏低、而PN结型GaN核电池又难于得到质量好的P型GaN问题，提供一种转换效率高、抗辐照能力强、工艺简易可靠的GaN肖特基结型核电池及其制备方法。所述GaN肖特基结型核电池从下至上依次包括蓝宝石衬底层、GaN缓冲层、n+GaN层、n-GaN层、肖特基金属层、欧姆接触层和放射性同位素层；蓝宝石衬底层、GaN缓冲层和n+GaN层的尺寸相同，n-GaN层和肖特基金属层是在蓝宝石衬底层、GaN缓冲层、n+GaN层上刻蚀出两个电极窗口，欧姆接触层将电极窗口填满。所述蓝宝石衬底层、GaN缓冲层和n+GaN层的尺寸可为(0.3μm×0.3μm)～(3mm×3mm)；所述n+GaN层的厚度可为1～3μm；所述n-GaN层的厚度可为0.3～1μm。所述电极窗口的尺寸可为200μm×200μm。所述放射性同位素层可采用放射源Ni-63或Pm-147；放射性同位素层可直接用电镀的方法与半导体结构耦合，或先将放射源电镀在金属薄片上，再将其覆盖在半导体结构上。所述n+GaN层的掺杂浓度可为1×1018～1×1019/cm3。所述n-GaN层的掺杂浓度可为1×1016～1×1017/cm3。所述肖特基金属层可为5～30nm的Au，或5～30nm的Ni和5～30nm的Au。所述欧姆接触可为10～20nm/100～200nm/10～50nm/100～200nm的Ti/Al/Ti/Au合金。所述GaN肖特基结型核电池的制备方法，包括以下步骤：1)在蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层；2)在GaN缓冲层上继续生长n+GaN层；3)在n+GaN层上继续生长n-GaN层；4)在n-GaN层上通过光刻和刻蚀的方法得到两个暴露出n+GaN层的窗口；5)通过光刻和溅射的方法得到肖特基金属层；6)通过光刻和溅射的步骤得到欧姆接触层，在400～700℃的温度下退火，得到良好的欧姆接触；7)加上放射性同位素层以形成核电池。所述GaN肖特基结型核电池从下至上依次包括蓝宝石衬底层、GaN缓冲层、n+GaN层、n-GaN层、肖特基金属层、SiO2保护层、欧姆接触层和放射性同位素层；蓝宝石衬底层、GaN缓冲层和n+GaN层的尺寸相同，n-GaN层和肖特基金属层是在蓝宝石衬底层、GaN缓冲层、n+GaN层上刻蚀出两个电极窗口，SiO2保护层、欧姆接触层将电极窗口填满。所述蓝宝石衬底层、GaN缓冲层和n+GaN层的尺寸可为(0.3μm×0.3μm)～(3mm×3mm)；所述n+GaN层的厚度可为1～3μm；所述n-GaN层的厚度可为0.3～1μm；SiO2保护层的厚度可为0.3～1μm。所述电极窗口的尺寸可为200μm×200μm。所述放射性同位素层可采用放射源Ni-63或Pm-147；放射性同位素层可直接用电镀的方法与半导体结构耦合，或先将放射源电镀在金属薄片上，再将其覆盖在半导体结构上。所述n+GaN层的掺杂浓度可为1×1018～1×1019/cm3。所述n-GaN层的掺杂浓度可为1×1016～1×1017/cm3。所述肖特基金属层可为5～30nm的Au，或5～30nm的Ni和5～30nm的Au。所述欧姆接触层可为10～20nm/100～200nm/10～50nm/100～200nm的Ti/Al/Ti/Au合金。所述GaN肖特基结型核电池的制备方法，包括以下步骤：1)在蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层；2)在GaN缓冲层上继续生长n+GaN层；3)在n+GaN层上继续生长n-GaN层；4)在n-GaN层上通过光刻和刻蚀的方法得到两个暴露出n+GaN层的窗口；5)在整个器件的上表面采用PECVD的方法生长SiO2保护层；6)采用光刻和HF腐蚀的方法在SiO2保护层上腐蚀出用于肖特基接触的窗口；7)通过光刻和溅射的方法得到肖特基金属层；8)光刻并腐蚀本文档来自技高网...
【技术保护点】
GaN肖特基结型核电池，其特征在于其从下至上依次包括蓝宝石衬底层、GaN缓冲层、n+GaN层、n‑GaN层、肖特基金属层、欧姆接触层和放射性同位素层；蓝宝石衬底层、GaN缓冲层和n+GaN层的尺寸相同，n‑GaN层和肖特基金属层是在蓝宝石衬底层、GaN缓冲层、n+GaN层上刻蚀出两个电极窗口，欧姆接触层将电极窗口填满。
【技术特征摘要】
1.GaN肖特基结型核电池，其特征在于其从下至上依次包括蓝宝石衬底层、GaN缓冲层、
n+GaN层、n-GaN层、肖特基金属层、欧姆接触层和放射性同位素层；
蓝宝石衬底层、GaN缓冲层和n+GaN层的尺寸相同，n-GaN层和肖特基金属层是在蓝宝石
衬底层、GaN缓冲层、n+GaN层上刻蚀出两个电极窗口，欧姆接触层将电极窗口填满。
2.如权利要求1所述GaN肖特基结型核电池，其特征在于所述蓝宝石衬底层、GaN缓冲
层和n+GaN层的尺寸为(0.3μm×0.3μm)～(3mm×3mm)；所述n+GaN层的厚度可为1～3
μm；所述n-GaN层的厚度可为0.3～1μm；所述电极窗口的尺寸可为200μm×200μm。
3.如权利要求1所述GaN肖特基结型核电池，其特征在于所述放射性同位素层采用放射
源Ni-63或Pm-147；放射性同位素层可直接用电镀的方法与半导体结构耦合，或先将放射源
电镀在金属薄片上，再将其覆盖在半导体结构上。
4.如权利要求1所述GaN肖特基结型核电池，其特征在于所述n+GaN层的掺杂浓度为1
×1018～1×1019/cm3；所述n-GaN层的掺杂浓度可为1×1016～1×1017/cm3；
所述肖特基金属层可为5～30nm的Au，或5～30nm的Ni和5～30nm的Au；
所述欧姆接触可为10～20nm/100～200nm/10～50nm/100～200nm的Ti/Al/Ti/Au合金。
5.如权利要求1所述GaN肖特基结型核电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层；
2)在GaN缓冲层上继续生长n+GaN层；
3)在n+GaN层上继续生长n-GaN层；
4)在n-GaN层上通过光刻和刻蚀的方法得到两个暴露出n+GaN层的窗口；
5)通过光刻和溅射的方法得到肖特基金属层；
6)通过光刻和溅射的步骤得到欧姆接触层，在400～700℃的温度下退火，得到良好的
欧姆接触；
7)加上放射性同位素层以形成核电池。
6.GaN肖特基结型核电池，其特征在于其从下至上依次包括蓝宝石衬底层、GaN缓冲层、
n+GaN层、n-GaN层、肖特基金属层、SiO2保护层、欧姆接触层和放...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭航，戴昌鸿，笪凯，吴凯，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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