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夹心串联式PIN结构Β辐照电池及其制备方法.pdf

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  • 文档编号:472479
  • 上传时间:2018-02-18
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201410300031.9

    申请日:

    2014.06.29

    公开号:

    CN104051046A

    公开日:

    2014.09.17

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G21H 1/06申请公布日:20140917|||实质审查的生效IPC(主分类):G21H 1/06申请日:20140629|||公开

    IPC分类号:

    G21H1/06

    主分类号:

    G21H1/06

    申请人:

    西安电子科技大学

    发明人:

    郭辉; 黄海栗; 张艺蒙; 王悦湖; 张玉明

    地址:

    710071 陕西省西安市太白南路2号

    优先权:

    专利代理机构:

    陕西电子工业专利中心 61205

    代理人:

    王品华;朱红星

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    内容摘要

    本发明公开了一种夹心串联式PIN结构β辐照电池及其制备方法,主要解决当前核电池能量转化率及输出功率低的问题。其包括:串联的上、下两个PIN结和β放射源层;上PIN结自下而上依次为N型外延层欧姆接触电极、N型高掺杂外延层、P型低掺杂外延层、P型SiC衬底、P型欧姆接触电极;下PIN结自下而上依次为N型欧姆接触电极、N型SiC衬底、N型低掺杂外延层、P型高掺杂外延层和P型外延层欧姆接触电极;β放射源层夹在上、下两个PIN结的外延层欧姆接触电极之间,以实现对高能β粒子的充分利用。本发明具有放射源与半导体接触面积大,核原料利用率及能量收集率高,电池输出电压大的优点,可为微小电路持久供电。

    权利要求书

    1.  一种夹心串联式PIN结构β辐照电池,包括:PIN单元和β放射源层(11),其特征在于:
    所述PIN单元,采用上下两个PIN结串联构成;上PIN结自下而上依次为,N型外延层欧姆接触电极(5)、N型高掺杂外延层(4)、P型低掺杂外延层(3)、P型SiC衬底(2)、P型欧姆接触电极(1);下PIN结自下而上依次为,N型欧姆接触电极(10)、N型SiC衬底(9)、N型低掺杂外延层(8)、P型高掺杂外延层(7)、P型外延层欧姆接触电极(6);
    所述β放射源层(11),夹在上PIN结的N型外延层欧姆接触电极(5)与下PIN结P型外延层欧姆接触电极(6)之间,以实现对高能β粒子的充分利用。

    2.
      根据权利要求1所述的电池,其特征在于β放射源层(11)采用相对原子质量为63的镍或相对原子质量为147的钷,即Ni63或Pm147

    3.
      根据权利要求1所述的电池,其特征在于β放射源层(11)的厚度h满足h≤m,其中m为β放射源所释放的高能β粒子在β放射源材料中的平均入射深度,对于β放射源为Ni63的,其取值为:m=6μm,对于β放射源为Pm147的,其取值为:m=16μm。

    4.
      根据权利要求1所述的电池,其特征在于P型低掺杂外延层(3)和N型低掺杂外延层(8)的厚度L满足L≥g,其中,g为β放射源所释放的高能β粒子在4H-SiC中的平均入射深度,对于β放射源为Ni63的,其取值为:g=10μm;对于β放射源为Pm147的,其取值为:g=15μm。

    5.
      根据权利要求1所述的电池,其特征在于P型SiC衬底(2)和N型SiC衬底(9)均采用掺杂浓度为lx1018cm-3的4H-SiC衬底,P型低掺杂外延层(3)、N型高掺杂外延层(4)、P型高掺杂外延层(7)、N型低掺杂外延层(8)均为4H-SiC材料,以提高电池的寿命和开路电压。

    6.
      一种夹心串联式PIN结构β辐照电池的制备方法,包括以下步骤:
    第一步,制作上PIN结:

    1.
      1)对P型SiC衬底进行清洗,以去除表面污染物;

    1.
      2)利用化学气相淀积CVD法在清洗后的P型SiC衬底表面外延生长一层掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3,厚度为13~26μm的P型低掺杂外延层;

    1.
      3)利用化学气相淀积CVD法在P型低掺杂外延层表面外延生长一层掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3,厚度为0.1~0.2μm的N型高掺杂外延层;

    1.
      4)利用电子束蒸发法在N型高掺杂外延层表面和P型SiC衬底未外延的背面淀积厚度为300nm的Ni金属层,分别作为N型外延层欧姆接触电极和P型欧姆接触电极;
    第二步,制作下PIN结:

    2.
      1)对N型SiC衬底进行清洗,以去除表面污染物;

    2.
      2)利用化学气相淀积CVD法在清洗后的N型SiC衬底表面外延生长一层掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3,厚度为13~26μm的N型低掺杂外延层;

    2.
      3)利用化学气相淀积CVD法在N型低掺杂外延层表面外延生长一层掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3,厚度为0.1~0.2μm的P型高掺杂外延层;

    2.
      4)利用电子束蒸发法在P型高掺杂外延层表面淀积厚度为300nm的Al金属层,作为P型外延层欧姆接触电极;在N型SiC衬底未外延的背面淀积厚度为300nm的Ni金属层,作为N型欧姆接触电极;
    第三步,制备β放射源层:
    利用分子镀在下PIN结的P型外延层欧姆接触电极或上PIN结的N型外延层欧姆接触电极上,镀一层厚度为3~13μm的β放射源层;
    第四步,利用键合法将上PIN结与下PIN结键合在一起,使β放射源层夹在上PIN结的N型外延层欧姆接触电极与下PIN结的P型外延层欧姆接触电极中间,形成夹心串联式PIN结构β辐照电池。

    说明书

    夹心串联式PIN结构β辐照电池及其制备方法
    技术领域
    本发明属于微电子领域,涉及半导体器件结构及其制备方法,具体地说是一种碳化硅基的夹心串联式PIN结构β辐照电池及其制备方法,可用于微纳机电系统等微小电路和航空航天、深海、极地等需长期供电且无人值守的场合。
    技术背景
    随着人们对于低功耗、长寿命、高可靠性和小体积供电设备的需求,以及对核废料处理的关注,微型核电池变得愈发关注。微型核电池由于其突出的特点可用来解决微型管道机器人、植入式微系统、无线传感器节点网络、人工心脏起搏器和便携式移动电子产品等的长期供电问题,并有望取代太阳能电池和热电式放射性同位素电池,在航天和航空领域解决微/纳卫星、深空无人探测器和离子推进器等的长期供电问题。
    1953年由Rappaport研究发现,利用同位素衰变所产生的贝塔(β-Particle)射线能在半导体内产生电子-空穴对,此现象则被称为β-VoltaicEffect。1957年,Elgin-Kidde首先将β-Voltaic Effect用在电源供应方面,成功制造出第一个同位素微电池β-Voltaic Battery。由于β放射源对人体的损伤比α放射源更小,在医学领域得到更广的应用,如,心脏起搏器。自2006年,随着宽禁带半导体材料SiC制备和工艺技术的进步,出现了基于SiC的同位素微电池的相关报道。核电池在应用中,由于激发的高能粒子利用率比较低,能量收集率低,限制了电池的输出电压。
    中国专利CN 101325093A中公开了由张林,郭辉等人提出的基于SiC的肖特基结式核电池。由于该肖特基结核电池中肖特基接触层覆盖整个电池区域,入射粒子到达器件表面后,都会受到肖特基接触层的阻挡,只有部分粒子能进入器件内部,而进入耗尽区的粒子才会对电池的输出功率有贡献。因此,这种结构的核电池入射粒子能量损失大,能量转换效率较低。
    文献“Demonstration of a 4H SiC betavoltaic cell”介绍了由美国纽约Cornell 大学的C.I.Tomas,M.V.S.Chandrashekhar,Hui Li等人提出了碳化硅PN结式核电池。这种结构采用的衬底为P型高掺杂衬底,而在其衬底上生长外延层的现有工艺不成熟,因此,易引入表面缺陷,器件漏电流大,能量转换率较低。
    文献“Demonstration of a tadiation resistant,hight efficiency SiC betavoltaic”介绍了由美国新墨西哥州Qynergy Corporation的C.J.Eiting,V.Krishnamoorthy和S.Rodgers,T.George等人共同提出了碳化硅p-i-n结式核电池,如图1所示。该PIN核电池自上而下依次为,放射性源7、P型欧姆接触电极6、P型高掺杂SiC层4、P型SiC层3、本征i层2、n型高掺杂SiC衬底1和N型欧姆接触电极5。这种结构中,只有耗尽层内及其附近一个少子扩散长度内的辐照生载流子能够被收集。并且,为避免欧姆接触电极阻挡入射离子,将P型欧姆电极做在器件的一个角落,使得离P型欧姆电极较远的辐照生载流子在输运过程中被复合,降低了能量转化率,减小了电池的输出电流。
    发明内容
    本发明的目的在于针对上述已有技术的不足,提出一种夹心串联式PIN型β辐照电池及其制备方法,以提高β放射源的利用率,从而提高电池的输出电流和输出电压。
    本发明的技术方案是这样实现的:
    一.本发明的夹心串联式PIN结构β辐照电池,包括:PIN单元和β放射源层11,其特征在于:
    所述PIN单元,采用上下两个PIN结串联构成;上PIN结自下而上依次为,N型外延层欧姆接触电极5、N型高掺杂外延层4、P型低掺杂外延层3、P型SiC衬底2、P型欧姆接触电极1;下PIN结自下而上依次为,N型欧姆接触电极10、N型SiC衬底9、N型低掺杂外延层8、P型高掺杂外延层7、P型外延层欧姆接触电极6;
    所述β放射源层11,夹在上PIN结的N型外延层欧姆接触电极5与下PIN结P型外延层欧姆接触电极6之间,以实现对高能β粒子的充分利用。
    作为优选,所述的β放射源层11采用相对原子质量为63的镍或相对原子质量为147的钷,即Ni63或Pm147
    作为优选,所述的β放射源层11的厚度h满足h≤m,其中m为β放射源所释放的高能β粒子在β放射源材料中的平均入射深度,对于β放射源为Ni63的,其取值为:m=6μm,对于β放射源为Pm147的,其取值为:m=16μm。
    作为优选,所述的P型低掺杂外延层3和N型低掺杂外延层8的厚度L满足L≥g,其中,g为β放射源所释放的高能β粒子在4H-SiC中的平均入射深度,对于β放射源为Ni63的,其取值为:g=10μm;对于β放射源为Pm147的,其取值为:m=15μm。
    作为优选,所述的P型SiC衬底2和N型SiC衬底9均采用掺杂浓度为lx1018cm-3的4H-SiC衬底,P型低掺杂外延层3、N型高掺杂外延层4、P型高掺杂外延层7、N型低掺杂外延层8均为4H-SiC材料,以提高电池的寿命和开路电压。
    二.本发明的制备方法包括以下步骤:
    第一步,制作上PIN结:
    1.1)对P型SiC衬底进行清洗,以去除表面污染物;
    1.2)利用化学气相淀积CVD法在清洗后的P型SiC衬底表面外延生长一层掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3,厚度为13~26μm的P型低掺杂外延层;
    1.3)利用化学气相淀积CVD法在P型低掺杂外延层表面外延生长一层掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3,厚度为0.1~0.2μm的N型高掺杂外延层;
    1.4)利用电子束蒸发法在N型高掺杂外延层表面和P型SiC衬底未外延的背面淀积厚度为300nm的Ni金属层,分别作为N型外延层欧姆接触电极和P型欧姆接触电极;
    第二步,制作下PIN结:
    2.1)对N型SiC衬底进行清洗,以去除表面污染物;
    2.2)利用化学气相淀积CVD法在清洗后的N型SiC衬底表面外延生长一层掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3,厚度为13~26μm的N型低掺杂外延层;
    2.3)利用化学气相淀积CVD法在N型低掺杂外延层表面外延生长一层掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3,厚度为0.1~0.2μm的P型高掺杂外延层;
    2.4)利用电子束蒸发法在P型高掺杂外延层表面淀积厚度为300nm的Al金属层,作为P型外延层欧姆接触电极;在N型SiC衬底未外延的背面淀积厚度为300nm的Ni金属层,作为N型欧姆接触电极;
    第三步,制备β放射源层:
    利用分子镀在下PIN结的P型外延层欧姆接触电极或上PIN结的N型外延层欧姆接触电极上,镀一层厚度为3~13μm的β放射源层;
    第四步,利用键合法将上PIN结与下PIN结键合在一起,使β放射源层夹在上 PIN结的N型外延层欧姆接触电极与下PIN结的P型外延层欧姆接触电极中间,形成夹心串联式PIN结构β辐照电池。
    本发明与现有技术相比具有如下优点:
    1.本发明由于将β放射源层夹在上下两个PIN结的外延层欧姆接触电极之间,较之于现有技术将放射源层置于电池的上表面,节省了β放射源材料,提高了β放射源的利用率,从而提高了电池的能量利用率;
    2.本发明由于P型和N型高掺杂外延层的厚度仅为0.1~0.2μm,以及β放射源层的厚度不大于β放射源所释放的高能β粒子在β放射源材料中的平均入射深度,可以减小高能β粒子在高掺杂外延层和β放射源层中的衰减,提高能量收集率;
    3.本发明由于外延的N型和P型低掺杂外延层厚度不小于β放射源所释放的高能β粒子在4H-SiC中的平均入射深度,可以减少高能β粒子在低掺杂外延层中的衰减,使得高能β粒子集中在每个高掺杂外延层和低掺杂外延层界面附近的空间电荷区,提高能量转化率;
    4.本发明由于将两个PIN结串联放置,提高了电池的输出电压。
    5.本发明由于采用衬底材料4H-SiC的禁带宽度比传统Si的禁带宽度大,抗辐照特性更好,可以减小高能β粒子对器件的损伤,提高电池的工作电压,同时延长电池的使用寿命;
    附图说明
    图1是现有的PIN核电池的截面示意图;
    图2是本发明夹心串联式PIN结构β辐照电池的截面示意图;
    图3是本发明制作夹心串联式PIN结构β辐照电池的流程图。
    具体实施方式
    参照图2,本发明的夹心串联式PIN结构β辐照电池,包括:PIN单元和β放射源层11,所述PIN单元由上、下两个PIN结串联构成,其中:
    上PIN结包括N型外延层欧姆接触电极5、N型高掺杂外延层4、P型低掺杂外延层3、P型SiC衬底2、P型欧姆接触电极1。其中,N型外延层欧姆接触电极5是厚度为300nm的Ni金属层;N型高掺杂外延层4的厚度为0.1~0.2μm,其位于N型外延层欧姆接触电极5上方;P型低掺杂外延层3的厚度为13~26μm,其位于N型 高掺杂外延层4的上方;P型SiC衬底2是浓度为lx1018cm-3的P型4H-SiC衬底,其位于P型低掺杂外延层3的上方;P型欧姆接触电极1是厚度为300nm的Ni金属层,其位于P型SiC衬底2的上方。
    下PIN结,包括N型欧姆接触电极10、N型SiC衬底9、N型低掺杂外延层8、P型高掺杂外延层7、P型外延层欧姆接触电极6。其中,N型欧姆接触电极10是厚度为300nm的Ni金属层;N型SiC衬底9是浓度为lx1018cm-3的N型4H-SiC衬底,其位于N型欧姆接触电极10的上方;N型低掺杂外延层8的厚度为13~26μm,其位于N型SiC衬底9的上方;P型高掺杂外延层7的厚度为0.1~0.2μm,其位于N型低掺杂外延层8的上方;P型外延层欧姆接触电极6是厚度为300nm的Al金属层,其位于P型高掺杂外延层7上方。
    β放射源层11,其厚度为3~13μm,夹在上PIN结的N型外延层欧姆接触电极5与下PIN结P型外延层欧姆接触电极6之间。
    电池在工作状态下,从β放射源层11放射出的高能β粒子分别穿过上、下两个PIN结的N型外延层欧姆接触电极5、P型外延层欧姆接触电极6,射入到P型高掺杂外延层7和N型低掺杂外延层8界面附近的空间电荷区,以及N型高掺杂外延层4和P型低掺杂外延层3界面附近的空间电荷区,进而激发载流子,形成输出电流。
    参照图3,本发明制作夹心串联式PIN结构β辐照电池的方法给出如下三个实施例:
    实施例1,制备夹心放射源为Ni63,β放射源层厚度为3μm的夹心串联式PIN结构β辐照电池。
    步骤1:制作上PIN结。
    (1a)清洗P型SiC衬底,以去除表面污染物:
    (1a.1)将掺杂浓度为lx1018cm-3的P型SiC衬底在NH4OH+H2O2试剂中浸泡10min,取出后烘干,以去除样品表面有机残余物;
    (1a.2)将去除表面有机残余物后的P型SiC衬底再使用HCl+H2O2试剂浸泡10min,取出后烘干,以去除离子污染物。
    (1b)外延生长P型低掺杂外延层:
    在清洗后的P型SiC衬底上利用化学气相淀积CVD方法外延生长铝掺杂的P型 掺杂外延层。其工艺条件为:外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为三甲基铝,得到铝掺杂浓度为1x1015cm-3,厚度为13μm的P型低掺杂外延层。
    (1c)外延生长N型高掺杂外延层:
    在生长的P型低掺杂外延层上利用化学气相淀积CVD法外延生长氮掺杂的N型高掺杂外延层,其工艺条件为:外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为液态氮气,得到氮掺杂浓度为1x1019cm-3,厚度为0.1μm的N型高掺杂外延层。
    (1d)淀积金属欧姆接触电极:
    (1d.1)对完成N型高掺杂外延层生长后的P型SiC衬底进行RCA标准清洗;
    (1d.2)将清洗后的P型SiC衬底放入电子束蒸发镀膜机中的载玻片上,调整载玻片到靶材的距离为50cm,并将反应室压强抽至5×10-4Pa,调节束流为40mA,在SiC衬底的N型高掺杂外延层的表面淀积一层厚度为300nm的Ni金属层,作为N型外延层欧姆接触电极;
    (1d.3)利用电子束蒸发法,在P型SiC衬底未外延的背面淀积厚度为300nm的Ni金属层,作为P型欧姆接触电极。
    步骤2:制作下PIN结。
    (2a)清洗N型SiC衬底,以去除表面污染物:
    (2a.1)将掺杂浓度为lx1018cm-3的N型SiC衬底在NH4OH+H2O2试剂中浸泡10min,取出后烘干,以去除样品表面有机残余物;
    (2a.2)将去除表面有机残余物后的N型SiC衬底再在HCl+H2O2试剂浸泡10min,取出后烘干,以去除离子污染物。
    (2b)外延生长N型低掺杂外延层:
    在清洗后的N型SiC衬底上利用化学气相淀积CVD方法外延生长氮掺杂的N型掺杂外延层。其工艺条件为:外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为液态氮气,得到氮掺杂浓度为1x1015cm-3,厚度为13μm的N型低掺杂外延层。
    (2c)外延生长P型高掺杂外延层:
    在生长的N型低掺杂外延层上利用化学气相淀积CVD法外延生长铝掺杂的P型高掺杂外延层,其工艺条件为:外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为三甲基铝,得到铝掺杂浓度为1x1019cm-3,厚度为0.1μm的P型高掺杂外延层。
    (2d)淀积金属欧姆接触电极:
    (2d.1)对完成P型高掺杂外延层生长后的N型SiC衬底进行RCA标准清洗;
    (2d.2)将清洗后的N型SiC衬底放入电子束蒸发镀膜机中的载玻片上,调整载玻片到靶材的距离为50cm,并将反应室压强抽至5×10-4Pa,调节束流为40mA,在SiC衬底的P型高掺杂外延层的表面淀积一层厚度为300nm的Al金属层,作为P型外延层欧姆接触电极;
    (2d.3)利用电子束蒸发法,在N型SiC衬底未外延的背面淀积厚度为300nm的Ni金属层,作为N型欧姆接触电极。
    步骤3:制备β放射源层。
    利用分子镀在上PIN结的N型外延层欧姆接触电极上用Ni63镀一层厚度为3μm的β放射源层。
    步骤4:利用键合法将上PIN结与下PIN结键合在一起,使β放射源层夹在上PIN结的N型外延层欧姆接触电极与下PIN结的P型外延层欧姆接触电极中间,形成夹心串联式PIN结构β辐照电池。
    实施例2,制备夹心放射源为Ni63,β放射源层厚度为5μm的夹心串联式PIN结构β辐照电池。
    步骤一:制作上PIN结。
    1a)清洗P型SiC衬底,以去除表面污染物,该P型SiC衬底的掺杂浓度为l×1018cm-3
    本步骤与实施例一的步骤(1a)相同。
    1b)外延生长P型低掺杂外延层:
    在清洗后的P型SiC衬底上利用化学气相淀积CVD方法外延生长铝掺杂的P型掺杂外延层。在外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为三甲基铝的工艺条件下,得到铝掺杂浓度为1.5x1015cm-3,厚 度为20μm的P型低掺杂外延层。
    1c)外延生长N型高掺杂外延层:
    在生长的P型低掺杂外延层上利用化学气相淀积CVD法外延生长氮掺杂的N型高掺杂外延层,在外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为液态氮气的工艺条件下,得到氮掺杂浓度为3x1019cm-3,厚度为0.15μm的N型高掺杂外延层。
    1d)淀积金属欧姆接触电极:本步骤与实施例一的步骤(1d)相同。
    步骤二:制作下PIN结。
    2a)清洗N型SiC衬底,以去除表面污染物,该N型SiC衬底的掺杂浓度为l×1018cm-3
    本步骤与实施例1的步骤(2a)相同。
    2b)外延生长N型低掺杂外延层:
    在清洗后的N型SiC衬底上利用化学气相淀积CVD方法外延生长氮掺杂的N型掺杂外延层。在外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为液态氮气的工艺条件下,完成氮掺杂浓度为1.5x1015cm-3,厚度为20μm的N型低掺杂外延层的生长。
    2c)外延生长P型高掺杂外延层:
    在生长的N型低掺杂外延层上利用化学气相淀积CVD法外延生长铝离子掺杂的P型高掺杂外延层,在外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为三甲基铝的工艺条件下,完成铝掺杂浓度为3x1019cm-3,厚度为0.15μm的P型高掺杂外延层的生长。
    2d)淀积金属欧姆接触电极:
    本步骤与实施例一的步骤(2d)相同。
    步骤三:制备β放射源层:
    利用分子镀方法在下PIN结的P型外延层欧姆接触电极上镀一层放射源为Ni63,厚度为5μm的β放射源层。
    步骤四:利用键合法将上PIN结与下PIN结键合在一起,使β放射源层夹在上PIN结的N型外延层欧姆接触电极与下PIN结的P型外延层欧姆接触电极中间,形成 夹心串联式PIN结构β辐照电池。
    实施例3,制备夹心放射源为Pm147,β放射源层厚度为13μm的夹心串联式PIN结构β辐照电池。
    步骤A:制作上PIN结。
    A1)清洗P型SiC衬底,以去除表面污染物,该P型SiC衬底的掺杂浓度为lx1018cm-3
    本步骤与实施例一的步骤(1a)相同。
    A2)外延生长P型低掺杂外延层:
    在清洗后的P型SiC衬底上利用化学气相淀积CVD方法外延生长铝掺杂的P型掺杂外延层。其工艺条件为:外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为三甲基铝,得到铝掺杂浓度为2x1015cm-3,厚度为26μm的P型低掺杂外延层。
    A3)外延生长N型高掺杂外延层:
    在生长的P型低掺杂外延层上利用化学气相淀积CVD法外延生长氮掺杂的N型高掺杂外延层,其工艺条件为:外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为液态氮气,得到氮掺杂浓度为5x1019cm-3,厚度为0.2μm的N型高掺杂外延层。
    A4)淀积金属欧姆接触电极:
    本步骤与实施例一的步骤(1d)相同。
    步骤B:制作下PIN结。
    B1)清洗N型SiC衬底,以去除表面污染物,该N型SiC衬底的掺杂浓度为l×1018cm-3
    本步骤与实施例1的步骤(2a)相同。
    B2)外延生长N型低掺杂外延层:
    在清洗后的N型SiC衬底上利用化学气相淀积CVD方法外延生长氮掺杂的N型掺杂外延层。其工艺条件为:外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为液态氮气,完成氮掺杂浓度为2x1015cm-3,厚度为26μm的N型低掺杂外延层的生长。
    B3)外延生长P型高掺杂外延层:
    在生长的N型低掺杂外延层上利用化学气相淀积CVD法外延生长铝离子掺杂的P型高掺杂外延层,其工艺条件为:外延温度为1550℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂质源为三甲基铝,完成铝掺杂浓度为5x1019cm-3,厚度为0.2μm的P型高掺杂外延层的生长。
    B4)淀积金属欧姆接触电极:
    本步骤与实施例一的步骤(2d)相同。
    步骤C:利用分子镀在上PIN结的N型外延层欧姆接触电极上镀一层放射源为Pm147,厚度为13μm的β放射源层。
    步骤D:利用键合法将上PIN结与下PIN结键合在一起,使β放射源层夹在上PIN结的N型外延层欧姆接触电极与下PIN结的P型外延层欧姆接触电极中间,形成夹心串联式PIN结构β辐照电池。

    关 键  词:
    夹心 串联式 PIN 结构 辐照 电池 及其 制备 方法
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