当前位置: 首页 > 专利查询>长安大学专利>正文

一种H-3碳化硅PN型同位素电池及其制造方法技术

技术编号:22566839 阅读:56 留言:0更新日期:2019-11-16 12:48
本发明专利技术公开了一种H‑3碳化硅PN型同位素电池及其制造方法,该同位素电池的结构自下而上包括N型欧姆接触电极,N型高掺杂SiC衬底,N型SiC外延层,P型SiC外延层,在P型SiC外延层上部的部分区域设有P型SiC欧姆接触掺杂层,在P型SiC欧姆接触掺杂层的顶部设有P型欧姆接触电极,在P型SiC外延层上部除去P型欧姆接触掺杂区以外的区域设有SiO

An H-3 silicon carbide PN type isotope battery and its manufacturing method

The invention discloses an H \u2011 3 silicon carbide PN type isotope battery and a manufacturing method thereof. The structure of the isotope battery comprises an n-type ohmic contact electrode, an n-type high doping SiC substrate, an n-type SiC epitaxial layer, a p-type SiC epitaxial layer. A p-type SiC ohmic contact doping layer is arranged in part of the upper area of the p-type SiC epitaxial layer, and a p-type ohmic contact doping layer is arranged on the top of the p-type SiC ohmic contact doping layer The electric shock electrode has SiO in the upper part of the p-type SiC epitaxial layer except for the p-type ohmic contact doping area

【技术实现步骤摘要】
一种H-3碳化硅PN型同位素电池及其制造方法
本专利技术属于半导体器件以及半导体工艺
,特别涉及一种H-3碳化硅PN型同位素电池及其制造方法。
技术介绍
同位素电池是一种采用放射性同位素衰变产生的带电粒子在半导体器件中产生的辐射伏特效应将核放射能转换成电能的一种能量转换装置。在诸多类型的微型能源中,同位素电池由于具有可靠性高、易集成、抗干扰性强等优点,被视为MEMS系统最理想的长期能源。高的输出功率是微型核电池可以广泛实用的前提,但由于同位素源的自吸收效应及成本等原因,微型核电池难以通过提升辐照源活度的方法来提升输出功率。为了获得足够高且长期稳定的输出功率以加快推进其实用,需要从换能元件和放射源两个方面同时进行优化设计。在放射源方面,目前大都采用低能β放射源(如63Ni,粒子平均能量17.3KeV)作为能量源,其电子通量密度较低;同时由于放射源的自吸收效应,单纯的靠提高放射源的强度来提升输出功率的意义有限。因此,提升能量转换效率是目前研究的重点。在诸多的同位素源中,H-3(氚,3H)的半衰期长(12.3年)、比活度高,同时易于获得、价格低廉,被视为微型核电池最理想的能源之一。H-3发射的电子能量较低(5.7keV),在半导体材料中的射程浅(低于2μm),电离能容易被充分收集,但同时也导致其性能更容易受换能元件表面结构和表面复合等因素的影响。图1是H-3在SiC材料中产生的电离能分布。以SiC、GaN为代表的宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大﹑抗辐射能力强等优点,用其制成的同位素电池换能元件的内建电势高﹑漏电流小,理论上可以得到比硅基电池更高的开路电压和能量转换效率;同时,也具有在高温强辐射等恶劣环境下长期工作的能力。相比于SiC肖特基二极管,SiCPN或者PIN型二极管具有内建电势高、漏电流小等优点,用其制成的同位素电池具有开路电压高、转换效率高等优点。但是目前采用H-3的碳化硅PN型同位素电池的研究也存在很多的问题,其中最大的问题是如何避免辐照生载流子在器件表面的复合损耗。如图3所示,H-3产生的电子射程较浅,且峰值靠近器件表面,表面复合造成的辐照生载流子损失难以避免。由于SiC材料高硬度和高化学稳定性的特性,其加工工艺远不如Si材料成熟,降低表面复合对于微型核电池输出特性的影响是目前研究的热点和难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种H-3碳化硅PN型同位素电池及其制造方法,以解决上述问题。为实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种H-3碳化硅PN型同位素电池,包括N型导通型SiC衬底、N型SiC外延层、P型SiC外延层、SiO2钝化层、P型SiC欧姆接触掺杂区、P型欧姆接触电极、N型欧姆接触电极和H-3放射性同位素源;衬底下方设置N型欧姆接触电极,衬底上部设置N型SiC外延层,N型SiC外延层上部设置P型SiC外延层,P型SiC欧姆接触掺杂区和SiO2钝化层相邻设置在P型SiC外延层的上表面,在P型SiC欧姆接触掺杂区的正上方设置P型欧姆接触电极,在SiO2钝化层的正上方设置H-3放射性同位素源。进一步的,N型SiC外延层和P型SiC外延层的总厚度为0.8μm~2.0μm。进一步的,P型SiC外延层的厚度为0.05μm~0.20μm。进一步的,P型SiC外延层的掺杂浓度为1×1014cm-3~1×1017cm-3。进一步的,N型SiC外延层的掺杂浓度为1×1017cm-3~1×1018cm-3。进一步的,P型SiC欧姆接触掺杂区的掺杂浓度为5×1018cm-3~2×1019cm-3;厚度为0.20μm~0.50μm。进一步的,SiO2钝化层的厚度为5nm~20nm。进一步的,一种H-3碳化硅PN型同位素电池的制造方法,其特征在于,基于上述的一种H-3碳化硅PN型同位素电池,包括以下步骤:步骤一、提供由N型掺杂SiC基片构成的衬底;步骤二、采用化学气相沉积法在步骤一所述衬底的上表面上外延生长掺杂浓度为1×1017cm-3~1×1018cm-3、厚度为0.75μm~1.8μm的N型SiC外延层;步骤三、采用化学气相沉积法在所述N型SiC外延层的上表面上外延生长掺杂浓度为1×1014cm-3~1×1017cm-3、厚度为0.05μm~0.20μm的P型SiC外延层;步骤四、采用化学气相沉积法在所述P型SiC外延层的上表面上外延生长掺杂浓度为5×1018cm-3~2×1019cm-3、厚度为0.2μm~0.5μm的P型SiC欧姆接触掺杂区;步骤五、采用反应离子刻蚀法刻蚀掉部分P型SiC欧姆接触掺杂区;露出P型SiC外延层;步骤六、采用干氧氧化在P型SiC欧姆接触掺杂区表面和P型SiC外延层的表面形成氧化层;采用湿法腐蚀去除掉氧化层;步骤七、采用干氧氧化在所述P型SiC外延层的上表面P型SiC欧姆接触掺杂区以外的区域形成厚度为5nm~20nm厚的SiO2钝化层;步骤八、在P型SiC欧姆接触掺杂区的上方依次淀积厚度为200nm~400nm的金属Ni和厚度为100~200nm的金属Pt;步骤九、在衬底的下方依次淀积厚度为200nm~400nm的金属Ni和厚度为100~200nm的金属Pt;步骤十、在N2气氛下进行温度为950℃~1050℃的热退火2分钟,在P型SiC欧姆接触掺杂区的上方形成P型欧姆接触电极;在所述衬底的下方形成N型欧姆接触电极;步骤十一、在所述SiO2钝化层顶部设置有H-3放射性同位素源。与现有技术相比,本专利技术有以下技术效果:本专利技术H-3碳化硅PN型同位素电池,采用新型换能元件代替常规的PIN结或者PN结,通过降低器件表面的掺杂浓度,以降低表面复合率,有利于减少辐照生载流子在表面的复合损耗,从而提升电池的输出功率。本专利技术的电池的高内建势垒可以带来高的开路电压,从而获得高的转换效率。同时,由于H-3的电子射程浅,应尽量采用耗尽区而非扩散区收集辐照生载流子。由于高的内建势垒与宽的耗尽区宽度是矛盾的,这给电池的设计带来困难。采用本专利技术提出的换能元件结构,既可以获得高的内建势垒,又易于得到较宽的耗尽区厚度,提升电池的性能本专利技术的制造方法,工艺简单,实现方便且成本低。本专利技术设计新颖合理,实现方便,有利于提高H-3碳化硅PN型同位素电池的能量转换效率和封装密度,有利于集成,实用性强,推广应用价值高。附图说明图1为本专利技术H-3碳化硅PN型同位素电池的主视图。图2为本发H-3碳化硅PN型同位素电池的制造方法的方法流程图。图3为
技术介绍
附图。附图标记说明:1—N型掺杂SiC衬底;2—N型SiC外延层;3—P型SiC外延层;4—SiO2钝化层;5—P型SiC欧姆接触掺杂区;6—P型欧姆接触电极;7—N型欧姆接触电极;8—H-3放射性同位素源。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进一步说明:请参阅图1和图2,一种H-3碳化硅PN型同本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种H-3碳化硅PN型同位素电池,其特征在于,包括N型导通型SiC衬底(1)、N型SiC外延层(2)、P型SiC外延层(3)、SiO

【技术特征摘要】
1.一种H-3碳化硅PN型同位素电池,其特征在于,包括N型导通型SiC衬底(1)、N型SiC外延层(2)、P型SiC外延层(3)、SiO2钝化层(4)、P型SiC欧姆接触掺杂区(5)、P型欧姆接触电极(6)、N型欧姆接触电极(7)和H-3放射性同位素源(8);衬底(1)下方设置N型欧姆接触电极(7),衬底上部设置N型SiC外延层(2),N型SiC外延层(2)上部设置P型SiC外延层(3),P型SiC欧姆接触掺杂区(5)和SiO2钝化层(4)相邻设置在P型SiC外延层(3)的上表面,在P型SiC欧姆接触掺杂区(5)的正上方设置P型欧姆接触电极(6),在SiO2钝化层(4)的正上方设置H-3放射性同位素源(8)。


2.根据权利要求1所述的一种H-3碳化硅PN型同位素电池,其特征在于,N型SiC外延层(2)和P型SiC外延层(3)的总厚度为0.8μm~2.0μm。


3.根据权利要求1所述的一种H-3碳化硅PN型同位素电池,其特征在于,P型SiC外延层(3)的厚度为0.05μm~0.20μm。


4.根据权利要求3所述的一种H-3碳化硅PN型同位素电池,其特征在于,P型SiC外延层(3)的掺杂浓度为1×1014cm-3~1×1017cm-3。


5.根据权利要求2所述的一种H-3碳化硅PN型同位素电池,其特征在于,N型SiC外延层(2)的掺杂浓度为1×1017cm-3~1×1018cm-3。


6.根据权利要求1所述的一种H-3碳化硅PN型同位素电池,其特征在于,P型SiC欧姆接触掺杂区(5)的掺杂浓度为5×1018cm-3~2×1019cm-3;厚度为0.20μm~0.50μm。


7.根据权利要求1所述的一种H-3碳化硅PN型同位素电池,其特征在于,SiO2钝化层(4)的厚度为5nm~20nm。


8.一...

【专利技术属性】
技术研发人员:张林王晓艳朱礼亚
申请(专利权)人:长安大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1
相关领域技术
  • 暂无相关专利