外延GAN的并联式PIN型Α辐照电池及其制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410300663.5

申请日:

2014.06.29

公开号:

CN104051048A

公开日:

2014.09.17

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的驳回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; 赵亚秋; 王悦湖; 张艺蒙; 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

本发明公开了一种外延GaN的并联式PIN型α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:并联的上、下两个PIN结和α放射源;下PIN结自下而上依次为,N型欧姆接触电极、N型高掺杂4H-SiC衬底、N型低掺杂SiC外延层、P型高掺杂GaN外延层和P型欧姆接触电极,上PIN结自上而下的结构分布与下PIN结自下而上的结构分布相同;每个PIN结中有多个沟槽,每个沟槽内均放置有α放射源;两个PIN结通过P型欧姆接触电极相接触,上下沟槽镜面对称且相互贯通。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.  一种外延GaN的并联式PIN型α辐照电池,包括:PIN单元和α放射源,其特征在于:
所述PIN单元,采用上、下两个PIN结并联构成;下PIN结自下而上依次为,N型欧姆接触电极(5)、N型高掺杂4H-SiC衬底(1)、掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3的N型低掺杂SiC外延层(2)、掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3的P型高掺杂GaN外延层(3)和P型欧姆接触电极(4);上PIN结自下而上依次为,P型欧姆接触电极(4)、掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3的P型高掺杂GaN外延层(3)、掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3N型低掺杂SiC外延层(2)、N型高掺杂4H-SiC衬底(1)和N型欧姆接触电极(5);
所述两个PIN结其P型欧姆接触电极(4)的一面接触在一起,上下PIN结中沟槽形成镜面对称,相互贯通的一体结构;
每个PIN结中都设有至少两个沟槽(6),每个沟槽(6)内均放置有α放射源(7),以实现对高能α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α放射源(7)采用相对原子质量为241的镅元素或相对原子质量为238的钚元素,即Am241或Pu238

3.
  根据权利要求1所述的电池,其特征在于沟槽(6)的深度h满足m+q<h<m+n+q,其中m为P型高掺杂外延层(3)的厚度,n为N型低掺杂外延层(2)的厚度,q为P型欧姆接触电极(4)的厚度。

4.
  根据权利要求1或2所述的电池,其特征在于沟槽(6)的宽度L满足L≦2g,其中,g为α放射源(7)释放的高能α粒子在α放射源中的平均入射深度,对于α放射源为Am241的,其取值为:g=7.5μm,对于α放射源为Pu238的,其取值为:g=10μm。

5.
  根据权利要求1所述的电池,其特征在于相邻两个沟槽(6)的间距d满足d ≥i,其中,i为α放射源(7)释放的高能α粒子在4H-SiC中的平均入射深度,对于α放射源为Am241的,其取值为:i=10μm,对于α放射源为Pu238的,其取值为:i=18.2μm。

6.
  根据权利要求1所述的电池,其特征在于衬底(1)采用掺杂浓度为lx1018cm-3的N型4H-SiC。

7.
  一种外延GaN的并联式PIN型α辐照电池的制备方法,包括以下步骤:
(1)制作下PIN结:

1.
  1)清洗:对SiC样片进行清洗,以去除表面污染物;

1.
  2)生长N型低掺杂SiC外延层:利用化学气相淀积CVD法在清洗后的SiC样片表面外延生长一层掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3,厚度为5~10μm的N型低掺杂SiC外延层;

1.
  3)生长P型高掺杂GaN外延层:将生长N型低掺杂SiC外延层后的样品放入化学气相淀积CVD炉中,在H2氛围下加热到1100℃并保持10min以清洁表面;再向反应室内通入流量分别为52.3μmol·min-1、0.035mol·min-1的三甲基铝和NH3,在低掺杂SiC外延层上生长60nm厚的AlN;然后将反应室降温至1050℃,向反应室内通入流量分别为6.5μmol·min-1、8.93mmol·min-1、0.18μmol·min-1的三甲基镓、NH3和CP2Mg,完成镁掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3,厚度为1~2μm的P型高掺杂GaN外延层;

1.
  4)淀积欧姆接触电极:在P型高掺杂GaN外延层表面利用电子束蒸发法淀积一层厚度为100nm/400nm的金属Ti/Au,作为刻蚀沟槽的掩膜和P型欧姆接触金属;利用电子束蒸发法在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;1100℃下氮气气氛中快速退火3分钟;

1.
  5)光刻图形:按照核电池沟槽的位置制作成光刻版;在淀积的Ti/Au金属层表面旋涂一层光刻胶,利用光刻版对光刻胶进行电子束曝光,形成腐蚀窗口;对腐蚀窗口处的Ti/Au金属层进行腐蚀,露出P型高掺杂GaN外延层,得到P型欧姆接触电极和沟槽腐蚀窗口;

1.
  6)刻蚀沟槽:利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术,在露出的P型高掺杂GaN外延层上刻出深度为6.5~12μm,宽度为5~14μm,间距为12~25μm的至少两个沟槽;

1.
  7)放置α放射源:采用淀积或涂抹的方法,在沟槽中放置α放射源,得到带有沟槽的下PIN结。
(2)重复步骤1.1)到步骤1.7)制作上PIN结。
(3)利用键合法将上PIN结的P型欧姆接触电极与下PIN结的P型欧姆接触电极压合在一起,完成外延GaN的并联式PIN型α辐照电池的制作。

说明书

外延GaN的并联式PIN型α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制备方法,具体地说是一种碳化硅基的外延GaN的并联式PIN型α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,微型核电池变得备受关注。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-VoltaicEffect用在电源供应方面,成功制造出第一个同位素微电池β-VoltaicBattery。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。
作为一种重要的第三代半导体,近年来人们对GaN的关注越来越多。由于其禁带宽度大,热导率高,制作的器件工作温度和击穿电压高。另外,GaN材料一直被认为是一种理想的抗辐照半导体材料,随着核技术和空间技术的发展,GaN材料及其器件被用于辐射很强的极端恶劣的条件下工作。
中国专利CN101325093A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“Demonstrationofa4HSiCbetavoltaiccell”介绍了由美国纽约Cornell大学的C.I.Tomas,M.V.S.Chandrashekhar,HuiLi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“Demonstrationofatadiationresistant,hightefficiencySiCbetavoltaic”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,提出一种外延GaN的并联式PIN型α辐照电池及其制备方法,以消除金属电极对α放射源辐射出的高能α粒子的阻挡作用,同时增加α放射源与半导体的接触面积,提高α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.本发明的外延GaN的并联式PIN型α辐照电池,包括:PIN单元和α放射源,其特征在于:
所述PIN单元,采用上、下两个PIN结并联构成;下PIN结自下而上依次为,N型欧姆接触电极5、N型高掺杂4H-SiC衬底1、掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3的N型低掺杂SiC外延层2、掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3的P型高掺杂GaN外延层3和P型欧姆接触电极4,上PIN结自下而上依次为,P型欧姆接触电极4、掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3的P型高掺杂GaN外延层3、掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3的N型低掺杂SiC外延层2、N型高掺杂4H-SiC衬底1和N型欧姆接触电极5;
所述两个PIN结其P型欧姆接触电极4的一面接触在一起,上下PIN结中沟槽 形成镜面对称,相互贯通的一体结构;
每个PIN结中都设有至少两个沟槽6,每个沟槽6内均放置有α放射源7,以实现对高能α粒子的充分利用。
作为优选,所述的α放射源7采用采用相对原子质量为241的镅元素或相对原子质量为238的钚元素,即Am241或Pu238
作为优选,所述的沟槽6的深度h满足m+q<h<m+n+q,其中m为P型高掺杂外延层3的厚度,n为N型低掺杂外延层2的厚度,q为P型欧姆接触电极4的厚度。
作为优选,所述的沟槽6的宽度L满足L≦2g,其中,g为α放射源7释放的高能α粒子在α放射源中的平均入射深度,对于α放射源为Am241的,其取值为:g=7.5μm,对于α放射源为Pu238的,其取值为:g=10μm。
作为优选,所述的相邻两个沟槽6的间距d满足d≥i,其中,i为α放射源7释放的高能α粒子在4H-SiC中的平均入射深度,对于α放射源为Am241的,其取值为:i=10μm,对于α放射源为Pu238的,其取值为:i=18.2μm。
作为优选,所述的衬底1采用掺杂浓度为lx1018cm-3的N型4H-SiC。
二.本发明的制备方法包括以下步骤:
(1)制作下PIN结:
1.1)清洗:对SiC样片进行清洗,以去除表面污染物;
1.2)生长N型低掺杂SiC外延层:利用化学气相淀积CVD法在清洗后的SiC样片表面外延生长一层掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3,厚度为5~10μm的N型低掺杂SiC外延层;
1.3)生长P型高掺杂GaN外延层:将生长N型低掺杂SiC外延层后的样品放入化学气相淀积CVD炉中,在H2氛围下加热到1100℃并保持10min以清洁表面;再向反应室内通入流量分别为52.3μmol·min-1、0.035mol·min-1的三甲基铝和NH3,在低掺杂SiC外延层上生长60nm厚的AlN;然后将反应室降温至1050℃,向反应室内通入流量分别为6.5μmol·min-1、8.93mmol·min-1、0.18μmol·min-1的三甲基镓、NH3和CP2Mg,完成镁掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3,厚度为1~2μm的P型高掺杂GaN外延层;
1.4)淀积欧姆接触电极:在P型高掺杂GaN外延层表面利用电子束蒸发法淀积一层厚度为100nm/400nm的金属Ti/Au,作为刻蚀沟槽的掩膜和P型欧姆接触金属;利用 电子束蒸发法在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;
1.5)光刻图形:按照核电池沟槽的位置制作成光刻版;在淀积的Ti/Au金属层表面旋涂一层光刻胶,利用光刻版对光刻胶进行电子束曝光,形成腐蚀窗口;对腐蚀窗口处的Ti/Au金属层进行腐蚀,露出P型高掺杂GaN外延层,得到P型欧姆接触电极和沟槽腐蚀窗口;1100℃下氮气气氛中快速退火3分钟;
1.6)刻蚀沟槽:利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术,在露出的P型高掺杂GaN外延层上刻出深度为6.5~12μm,宽度为5~14μm,间距为12~25μm的至少两个沟槽;
1.7)放置α放射源:采用淀积或涂抹的方法,在沟槽中放置α放射源,得到带有沟槽的下PIN结。
(2)重复步骤1.1)到步骤1.7)制作上PIN结。
(3)利用键合法将上PIN结与下PIN结的P型金属接触电极压合在一起,完成外延GaN的并联式PIN型α辐照电池的制作。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1.本发明将α放射源置于沟槽中,使得α放射源产生的高能α粒子直接射入PIN结的空间电荷区,减小了高能α粒子的能量损耗,从而提高了能量收集率和电池的输出电流;
2.本发明由于沟槽宽度不大于α放射源释放的高能α粒子在α放射源材料中平均入射深度的两倍,显著减少了高能α粒子在α放射源内部的能量衰减,提高了能量收集率和电池的输出电流;
3.本发明由于采用的衬底材料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α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;
4.本发明由于采用P型高掺杂外延层GaN的禁带宽度比SiC的禁带宽度大,抗辐照特性更好,提高了电池的工作电压。
5.本发明由于将两个PIN结并联放置,进一步提高了电池的输出电压。
附图说明
图1是现有的PIN核电池的截面示意图;
图2是本发明外延GaN的并联式PIN型α辐照电池的截面示意图;
图3是本发明制作外延GaN的并联式PIN型α辐照电池的流程示意图。
具体实施方式
参照图2,本发明的辐照电池,包括:PIN单元和α放射源,PIN单元由上、下两个PIN结并联构成;下PIN结自下而上依次为,N型欧姆接触电极5、掺杂浓度为lx1018cm-3的N型高掺杂4H-SiC衬底1、掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3的N型低掺杂SiC外延层2、掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3的P型GaN高掺杂外延层3和P型欧姆接触电极4;上PIN结自下而上依次为,P型欧姆接触电极4、掺杂浓度为1x1019~5x1019cm-3的P型高掺杂GaN外延层3、掺杂浓度为1x1015~2x1015cm-3的N型低掺杂SiC外延层2、掺杂浓度为lx1018cm-3的N型高掺杂4H-SiC衬底1和N型欧姆接触电极5,这两个PIN结其P型欧姆接触电极4通过键合法接触在一起;在每个PIN结中设有至少两个沟槽6,其深度h满足m+q<h<m+n+q,其中m为P型高掺杂外延层3的厚度,n为N型低掺杂外延层2的厚度,q为P型欧姆接触电极4的厚度。其宽度L满足L≦2g,g为α放射源7释放的高能α粒子在α放射源中的平均入射深度,对于α放射源为Am241的,其取值为:g=7.5μm,对于α放射源为Pu238的,其取值为:g=10μm,而相邻两个沟槽6的间距d满足d≥i,i为α放射源7释放的高能α粒子在4H-SiC中的平均入射深度,对于α放射源为Am241的,其取值为:i=10μm,对于α放射源为Pu238的,其取值为:i=18.2μm;上下PIN结中的沟槽形成镜面对称,相互贯通的一体结构;α放射源7放置在沟槽6中。
电池在工作状态下,从α放射源放射出的大部分高能α粒子直接射入到P型高掺杂GaN外延层3和N型低掺杂SiC外延层2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,本发明制作外延GaN的并联式PIN型α辐照电池的方法给出如下三个实施例:
实施例1,制备α放射源为Am241,具有两个沟槽的外延GaN的并联式PIN型α辐照电池。
步骤1:制作下PIN结。
(1a)清洗4H-SiC样片,以去除表面污染物,如图3(a)所示。
(1a.1)将掺杂浓度为lx1018cm-3的高掺杂n型4H-SiC衬底样片在NH4OH+H2O2试剂浸泡样品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4H-SiC样片再使用HCl+H2O2试剂浸泡样品10min,取出后烘干,以去除离子污染物。
(1b)外延生长N型低掺杂SiC外延层,如图3(b)所示。
在清洗后的SiC样片上利用化学气相淀积CVD方法外延生长氮掺杂的N型低掺杂SiC外延层。其工艺条件为:外延温度为1570℃,压强为100mbar,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂志源为液态氮气,得到氮掺杂浓度为1x1015cm-3,厚度为5μm的N型低掺杂SiC外延层。
(1c)外延生长P型高掺杂GaN外延层,如图3(c)所示。
(1c.1)将生长N型低掺杂SiC外延层后的样品放入化学气相淀积CVD炉中,在H2氛围下加热到1100℃,保持10min;
(1c.2)将反应室的压强设为2x104Pa,用N2和H2的混合气体作为载气,向反应室内通入流量分别为52.3μmol·min-1和0.035mol·min-1的三甲基铝和NH3,在低掺杂SiC外延层上生长60nm厚的AlN;
(1c.3)将反应室降温至1050℃,向反应室内通入流量分别为6.5μmol·min-1、8.93mmol·min-1和0.18μmol·min-1的三甲基镓、NH3和CP2Mg,完成镁掺杂浓度为1x1019cm-3,厚度为1μm的P型高掺杂GaN外延层。
(1d)淀积欧姆接触电极,如图3(d)所示。
(1d.1)对完成P型高掺杂GaN外延层生长后的SiC样片进行RCA标准清洗;
(1d.2)将清洗后的样片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样片的P型高掺杂GaN外延层的表面淀积一层厚度为100nm/400nm的Ti/Au金属层;
(1d.3)利用电子束蒸发法,在衬底SiC未外延的背面淀积厚度为300nm的Ni金属层;
(1d.4)1100℃下,氮气气氛中快速退火3分钟。
(1e)在SiC外延一侧淀积的Ti/Au金属层上刻出结构图形窗口,如图3(e)所示。
(1e.1)在SiC外延一侧淀积的Ti/Au金属层表面上旋涂一层光刻胶,按照电池两个沟槽的位置制作成光刻版,用电子束对光刻胶曝光,形成腐蚀窗口;
(1e.2)利用反应离子工艺刻蚀Ti/Au金属层,反应气体采用氧气,在沟槽刻蚀窗口露出的P型高掺杂GaN外延层上,得到P型欧姆接触电极和沟槽的刻蚀窗口。
(1f)刻蚀沟槽,如图3(f)所示。
利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术,在沟槽刻蚀窗口露出的P型高掺杂GaN外延层上刻出深度为6.5μm,宽度为5μm,间距为12μm的两个沟槽。
(1g)放置α放射源,如图3(g)所示。
采用淀积或涂抹的方法,在每个沟槽中放置α放射源Am241,得到带有沟槽的下PIN结。
步骤2:制作上PIN结。
重复步骤(1a)到步骤(1g),得到上PIN结。
步骤3:利用键合法,将上PIN结的P型欧姆接触电极与下PIN结的P型欧姆接触电极压合在一起,得到外延GaN的并联式PIN型α辐照电池,如图3(h)所示。
实施例2,制备α放射源为Am241,具有七个沟槽的外延GaN的并联式PIN型α辐照电池。
步骤一:制作下PIN结。
1a)清洗4H-SiC样片,以去除表面污染物,如图3(a)。
本步骤与实施例1的步骤(1a)相同。
1b)外延生长N型低掺杂SiC外延层,如图3(b)。
在清洗后的SiC样片上利用化学气相淀积CVD方法外延生长氮掺杂的N型低掺杂SiC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,杂志源为液态氮气,完成氮掺杂浓度为1.5x1015cm-3,厚度为8μm的N型低掺杂SiC外延层的生长。
1c)外延生长P型高掺杂GaN外延层,如图3(c)所示。
1c.1)将生长N型低掺杂SiC外延层后的样品放入化学气相淀积CVD炉中,在H2氛围下加热到1100℃,保持10min;
1c.2)将反应室的压强设为2x104Pa,用N2和H2的混合气体作为载气,向反应 室内通入流量分别为52.3μmol·min-1和0.035mol·min-1的三甲基铝和NH3,在低掺杂SiC外延层上生长60nm厚的AlN;
1c.3)将反应室降温至1050℃,向反应室内通入流量分别为6.5μmol·min-1、8.93mmol·min-1和0.18μmol·min-1的三甲基镓、NH3和CP2Mg,完成镁掺杂浓度为3x1019cm-3,厚度为1.5μm的P型高掺杂GaN外延层。
1d)淀积欧姆接触电极,如图3(d)。
本步骤与实施例一的步骤(1d)相同。
1e)在SiC外延一侧淀积的Ti/Au金属层上刻出结构图形窗口,如图3(e)。
1e.1)在SiC外延一侧淀积的Ti/Au金属层表面上旋涂一层光刻胶,按照电池七个沟槽的位置制作成光刻版,用电子束对光刻胶曝光,形成腐蚀窗口;
1e.2)利用反应离子工艺刻蚀Ti/Au金属层,反应气体采用氧气,露出外延的P型高掺杂SiC外延层,得到P型欧姆接触电极和沟槽的刻蚀窗口。
1f)刻蚀沟槽,如图3(f)。
利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术,在沟槽刻蚀窗口露出的P型高掺杂GaN外延层上刻出深度为10μm,宽度为10μm,间距为20μm的七个沟槽。
1g)放置α放射源,如图3(g)。
本步骤与实施例一的步骤(1g)相同。
步骤二:制作上PIN结。
重复步骤1a)到步骤1g),得到上PIN结。
步骤三:利用键合法,将上PIN结的P型欧姆接触电极与下PIN结的P型欧姆接触电极压合在一起,得到外延GaN的并联式PIN型α辐照电池,如图3(h)。
实施例3,制备α放射源为Pu238,具有15个沟槽的外延GaN的并联式PIN型α辐照电池。
步骤A:制作上PIN结。
(A1)清洗4H-SiC样片,以去除表面污染物,如图3(a)。
本步骤与实施例1的步骤(1a)相同。
(A2)在清洗后的SiC样片上利用化学气相淀积CVD方法外延生长氮掺杂的N 型低掺杂SiC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,杂志源为液态氮气。得到氮掺杂浓度为2x1015cm-3,厚度为10μm的N型低掺杂SiC外延层如图3(b)。
(A3)将生长N型低掺杂SiC外延层后的样品放入化学气相淀积CVD炉中,在H2氛围下加热到1100℃,保持10min;再将反应室的压强设为2x104Pa,用N2和H2的混合气体作为载气,向反应室内通入流量分别为52.3μmol·min-1和0.035mol·min-1的三甲基铝和NH3,在低掺杂SiC外延层上生长60nm厚的AlN;然后将反应室降温至1050℃,向反应室内通入流量分别为6.5μmol·min-1、8.93mmol·min-1和0.18μmol·min-1的三甲基镓、NH3和CP2Mg,得到镁掺杂浓度为5x1019cm-3,厚度为2μm的P型高掺杂GaN外延层如图3(c)。
(A4)淀积欧姆接触电极,如图3(d)。
本步骤与实施例一的步骤(1d)相同。
(A5)在SiC外延一侧淀积的Ti/Au金属层表面上旋涂一层光刻胶,按照电池15个沟槽的位置制作成光刻版,用电子束对光刻胶曝光,形成腐蚀窗口;然后利用反应离子工艺刻蚀Ti/Au金属层,反应气体采用氧气,露出外延的P型高掺杂GaN外延层SiC,得到P型欧姆接触电极和沟槽的刻蚀窗口如图3(e)。
(A6)利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术,在沟槽刻蚀窗口露出的P型高掺杂GaN外延层上刻出深度为12μm,宽度为14μm,间距为25μm的15个沟槽,如图3(f)。
(A7)采用淀积或涂抹的方法,在每个沟槽中放置α放射源Pu238,得到带有沟槽的PIN结如图3(g)。
步骤B:制作上PIN结。
重复步骤(A1)到步骤(A7),得到上PIN结。
步骤C:利用键合法,将上PIN结的P型欧姆接触电极与下PIN结的P型欧姆接触电极压合在一起,得到外延GaN的并联式PIN型α辐照电池如图3(h)。

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1、10申请公布号CN104051048A43申请公布日20140917CN104051048A21申请号201410300663522申请日20140629G21H1/0620060171申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号72发明人郭辉赵亚秋王悦湖张艺蒙张玉明74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54发明名称外延GAN的并联式PIN型辐照电池及其制备方法57摘要本发明公开了一种外延GAN的并联式PIN型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。其包括并联的上、下两个PIN结和放射源;下PIN结自下而上依次为,N型欧。

2、姆接触电极、N型高掺杂4HSIC衬底、N型低掺杂SIC外延层、P型高掺杂GAN外延层和P型欧姆接触电极,上PIN结自上而下的结构分布与下PIN结自下而上的结构分布相同;每个PIN结中有多个沟槽,每个沟槽内均放置有放射源;两个PIN结通过P型欧姆接触电极相接触,上下沟槽镜面对称且相互贯通。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。51INTCL权利要求书2页说明书7页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图2页10申请公布号CN104051048ACN104051048A1/2页21一种。

3、外延GAN的并联式PIN型辐照电池,包括PIN单元和放射源,其特征在于所述PIN单元,采用上、下两个PIN结并联构成;下PIN结自下而上依次为,N型欧姆接触电极5、N型高掺杂4HSIC衬底1、掺杂浓度为1X10152X1015CM3的N型低掺杂SIC外延层2、掺杂浓度为1X10195X1019CM3的P型高掺杂GAN外延层3和P型欧姆接触电极4;上PIN结自下而上依次为,P型欧姆接触电极4、掺杂浓度为1X10195X1019CM3的P型高掺杂GAN外延层3、掺杂浓度为1X10152X1015CM3N型低掺杂SIC外延层2、N型高掺杂4HSIC衬底1和N型欧姆接触电极5;所述两个PIN结其P型欧。

4、姆接触电极4的一面接触在一起,上下PIN结中沟槽形成镜面对称,相互贯通的一体结构;每个PIN结中都设有至少两个沟槽6,每个沟槽6内均放置有放射源7,以实现对高能粒子的充分利用。2根据权利要求1所述的电池,其特征在于放射源7采用相对原子质量为241的镅元素或相对原子质量为238的钚元素,即AM241或PU238。3根据权利要求1所述的电池,其特征在于沟槽6的深度H满足MQHMNQ,其中M为P型高掺杂外延层3的厚度,N为N型低掺杂外延层2的厚度,Q为P型欧姆接触电极4的厚度。4根据权利要求1或2所述的电池,其特征在于沟槽6的宽度L满足L2G,其中,G为放射源7释放的高能粒子在放射源中的平均入射深度。

5、,对于放射源为AM241的,其取值为G75M,对于放射源为PU238的,其取值为G10M。5根据权利要求1所述的电池,其特征在于相邻两个沟槽6的间距D满足DI,其中,I为放射源7释放的高能粒子在4HSIC中的平均入射深度,对于放射源为AM241的,其取值为I10M,对于放射源为PU238的,其取值为I182M。6根据权利要求1所述的电池,其特征在于衬底1采用掺杂浓度为LX1018CM3的N型4HSIC。7一种外延GAN的并联式PIN型辐照电池的制备方法,包括以下步骤1制作下PIN结11清洗对SIC样片进行清洗,以去除表面污染物;12生长N型低掺杂SIC外延层利用化学气相淀积CVD法在清洗后的S。

6、IC样片表面外延生长一层掺杂浓度为1X10152X1015CM3,厚度为510M的N型低掺杂SIC外延层;13生长P型高掺杂GAN外延层将生长N型低掺杂SIC外延层后的样品放入化学气相淀积CVD炉中,在H2氛围下加热到1100并保持10MIN以清洁表面;再向反应室内通入流量分别为523MOLMIN1、0035MOLMIN1的三甲基铝和NH3,在低掺杂SIC外延层上生长60NM厚的ALN;然后将反应室降温至1050,向反应室内通入流量分别为65MOLMIN1、893MMOLMIN1、018MOLMIN1的三甲基镓、NH3和CP2MG,完成镁掺杂浓度为1X10195X1019CM3,厚度为12M的。

7、P型高掺杂GAN外延层;14淀积欧姆接触电极在P型高掺杂GAN外延层表面利用电子束蒸发法淀积一层厚度为100NM/400NM的金属TI/AU,作为刻蚀沟槽的掩膜和P型欧姆接触金属;利用电子束权利要求书CN104051048A2/2页3蒸发法在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;1100下氮气气氛中快速退火3分钟;15光刻图形按照核电池沟槽的位置制作成光刻版;在淀积的TI/AU金属层表面旋涂一层光刻胶,利用光刻版对光刻胶进行电子束曝光,形成腐蚀窗口;对腐蚀窗口处的TI/AU金属层进行腐蚀,露出P型高掺杂GAN外延层,得到P型欧姆接触电极和沟槽腐蚀窗口;1。

8、6刻蚀沟槽利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术,在露出的P型高掺杂GAN外延层上刻出深度为6512M,宽度为514M,间距为1225M的至少两个沟槽;17放置放射源采用淀积或涂抹的方法,在沟槽中放置放射源,得到带有沟槽的下PIN结。2重复步骤11到步骤17制作上PIN结。3利用键合法将上PIN结的P型欧姆接触电极与下PIN结的P型欧姆接触电极压合在一起,完成外延GAN的并联式PIN型辐照电池的制作。权利要求书CN104051048A1/7页4外延GAN的并联式PIN型辐照电池及其制备方法技术领域0001本发明属于微电子领域,涉及半导体器件结构及制备方法,具体地说是一种碳化硅基的外延GAN的并联式。

9、PIN型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0002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,微型核电池变得备受关注。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。00031953年由RAPPAPORT研究发现,利用同位素衰变所产生的贝塔PARTICLE射线能在半导体内。

10、产生电子空穴对,此现象则被称为VOLTAICEFFECT。1957年,ELGINKIDDE首先将VOLTAICEFFECT用在电源供应方面,成功制造出第一个同位素微电池VOLTAICBATTERY。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。0004作为一种重要的第三代半导体,近年来人们对GAN的关注越来越多。由于其禁带宽度大,热导率高,制作的器件工作温度和击穿电压高。另外,GAN材料一直被认为是一种理想的抗辐照半导体材料,随着核技术和空间技术的发展,GAN材料及其器件被用于辐射很强的极端恶劣的条件下工作。0005中国专利CN1013。

11、25093A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。0006文献“DEMONSTRATIONOFA4HSICBETAVOLTAICCELL”介绍了由美国纽约CORNELL大学的CITOMAS,MVSCHANDRASHEKHAR,HUILI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。

12、熟,因此,易引入表面缺陷,器件漏电流大,能量转换率较低。0007文献“DEMONSTRATIONOFATADIATIONRESISTANT,HIGHTEFCIENCYSICBETAVOLTAIC”介绍了由美国新墨西哥州QYNERGYCORPORATION的CJEITING,VKRISHNAMOORTHY和SRODGERS,TGEORGE等人共同提出了碳化硅PIN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。

13、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说明书CN104051048A2/7页5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0008本发明的目的在于针对上述已有技术的不足,提出一种外延GAN的并联式PIN型辐照电池及其制备方法,以消除金属电极对放射源辐射出的高能粒子的阻挡作用,同时增加放射源与半导体的接触面积,提高放射源的利用率,从而提高电池的输出电流和输出电压。0009本发明的技术方案是这样实现的0010一本发明的外延GAN的并联式PIN型辐照电池,包括PIN单元和放射源,其特征在。

14、于0011所述PIN单元,采用上、下两个PIN结并联构成;下PIN结自下而上依次为,N型欧姆接触电极5、N型高掺杂4HSIC衬底1、掺杂浓度为1X10152X1015CM3的N型低掺杂SIC外延层2、掺杂浓度为1X10195X1019CM3的P型高掺杂GAN外延层3和P型欧姆接触电极4,上PIN结自下而上依次为,P型欧姆接触电极4、掺杂浓度为1X10195X1019CM3的P型高掺杂GAN外延层3、掺杂浓度为1X10152X1015CM3的N型低掺杂SIC外延层2、N型高掺杂4HSIC衬底1和N型欧姆接触电极5;0012所述两个PIN结其P型欧姆接触电极4的一面接触在一起,上下PIN结中沟槽形。

15、成镜面对称,相互贯通的一体结构;0013每个PIN结中都设有至少两个沟槽6,每个沟槽6内均放置有放射源7,以实现对高能粒子的充分利用。0014作为优选,所述的放射源7采用采用相对原子质量为241的镅元素或相对原子质量为238的钚元素,即AM241或PU238。0015作为优选,所述的沟槽6的深度H满足MQHMNQ,其中M为P型高掺杂外延层3的厚度,N为N型低掺杂外延层2的厚度,Q为P型欧姆接触电极4的厚度。0016作为优选,所述的沟槽6的宽度L满足L2G,其中,G为放射源7释放的高能粒子在放射源中的平均入射深度,对于放射源为AM241的,其取值为G75M,对于放射源为PU238的,其取值为G1。

16、0M。0017作为优选,所述的相邻两个沟槽6的间距D满足DI,其中,I为放射源7释放的高能粒子在4HSIC中的平均入射深度,对于放射源为AM241的,其取值为I10M,对于放射源为PU238的,其取值为I182M。0018作为优选,所述的衬底1采用掺杂浓度为LX1018CM3的N型4HSIC。0019二本发明的制备方法包括以下步骤00201制作下PIN结002111清洗对SIC样片进行清洗,以去除表面污染物;002212生长N型低掺杂SIC外延层利用化学气相淀积CVD法在清洗后的SIC样片表面外延生长一层掺杂浓度为1X10152X1015CM3,厚度为510M的N型低掺杂SIC外延层;0023。

17、13生长P型高掺杂GAN外延层将生长N型低掺杂SIC外延层后的样品放入化学气相淀积CVD炉中,在H2氛围下加热到1100并保持10MIN以清洁表面;再向反应说明书CN104051048A3/7页6室内通入流量分别为523MOLMIN1、0035MOLMIN1的三甲基铝和NH3,在低掺杂SIC外延层上生长60NM厚的ALN;然后将反应室降温至1050,向反应室内通入流量分别为65MOLMIN1、893MMOLMIN1、018MOLMIN1的三甲基镓、NH3和CP2MG,完成镁掺杂浓度为1X10195X1019CM3,厚度为12M的P型高掺杂GAN外延层;002414淀积欧姆接触电极在P型高掺杂G。

18、AN外延层表面利用电子束蒸发法淀积一层厚度为100NM/400NM的金属TI/AU,作为刻蚀沟槽的掩膜和P型欧姆接触金属;利用电子束蒸发法在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;002515光刻图形按照核电池沟槽的位置制作成光刻版;在淀积的TI/AU金属层表面旋涂一层光刻胶,利用光刻版对光刻胶进行电子束曝光,形成腐蚀窗口;对腐蚀窗口处的TI/AU金属层进行腐蚀,露出P型高掺杂GAN外延层,得到P型欧姆接触电极和沟槽腐蚀窗口;1100下氮气气氛中快速退火3分钟;002616刻蚀沟槽利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术,在露出的P型高掺杂GAN外延层上刻出深度。

19、为6512M,宽度为514M,间距为1225M的至少两个沟槽;002717放置放射源采用淀积或涂抹的方法,在沟槽中放置放射源,得到带有沟槽的下PIN结。00282重复步骤11到步骤17制作上PIN结。00293利用键合法将上PIN结与下PIN结的P型金属接触电极压合在一起,完成外延GAN的并联式PIN型辐照电池的制作。0030本发明与现有技术相比具有如下优点00311本发明将放射源置于沟槽中,使得放射源产生的高能粒子直接射入PIN结的空间电荷区,减小了高能粒子的能量损耗,从而提高了能量收集率和电池的输出电流;00322本发明由于沟槽宽度不大于放射源释放的高能粒子在放射源材料中平均入射深度的两倍。

20、,显著减少了高能粒子在放射源内部的能量衰减,提高了能量收集率和电池的输出电流;00333本发明由于采用的衬底材料4HSIC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;00344本发明由于采用P型高掺杂外延层GAN的禁带宽度比SIC的禁带宽度大,抗辐照特性更好,提高了电池的工作电压。00355本发明由于将两个PIN结并联放置,进一步提高了电池的输出电压。附图说明0036图1是现有的PIN核电池的截面示意图;0037图2是本发明外延GAN的并联式PIN型辐照电池的截面示意图;0038图3是本发明制作外延GAN的并联式P。

21、IN型辐照电池的流程示意图。具体实施方式说明书CN104051048A4/7页70039参照图2,本发明的辐照电池,包括PIN单元和放射源,PIN单元由上、下两个PIN结并联构成;下PIN结自下而上依次为,N型欧姆接触电极5、掺杂浓度为LX1018CM3的N型高掺杂4HSIC衬底1、掺杂浓度为1X10152X1015CM3的N型低掺杂SIC外延层2、掺杂浓度为1X10195X1019CM3的P型GAN高掺杂外延层3和P型欧姆接触电极4;上PIN结自下而上依次为,P型欧姆接触电极4、掺杂浓度为1X10195X1019CM3的P型高掺杂GAN外延层3、掺杂浓度为1X10152X1015CM3的N型。

22、低掺杂SIC外延层2、掺杂浓度为LX1018CM3的N型高掺杂4HSIC衬底1和N型欧姆接触电极5,这两个PIN结其P型欧姆接触电极4通过键合法接触在一起;在每个PIN结中设有至少两个沟槽6,其深度H满足MQHMNQ,其中M为P型高掺杂外延层3的厚度,N为N型低掺杂外延层2的厚度,Q为P型欧姆接触电极4的厚度。其宽度L满足L2G,G为放射源7释放的高能粒子在放射源中的平均入射深度,对于放射源为AM241的,其取值为G75M,对于放射源为PU238的,其取值为G10M,而相邻两个沟槽6的间距D满足DI,I为放射源7释放的高能粒子在4HSIC中的平均入射深度,对于放射源为AM241的,其取值为I1。

23、0M,对于放射源为PU238的,其取值为I182M;上下PIN结中的沟槽形成镜面对称,相互贯通的一体结构;放射源7放置在沟槽6中。0040电池在工作状态下,从放射源放射出的大部分高能粒子直接射入到P型高掺杂GAN外延层3和N型低掺杂SIC外延层2界面附近的空间电荷区,进而激发载流子,形成输出电流。0041参照图3,本发明制作外延GAN的并联式PIN型辐照电池的方法给出如下三个实施例0042实施例1,制备放射源为AM241,具有两个沟槽的外延GAN的并联式PIN型辐照电池。0043步骤1制作下PIN结。00441A清洗4HSIC样片,以去除表面污染物,如图3A所示。00451A1将掺杂浓度为LX。

24、1018CM3的高掺杂N型4HSIC衬底样片在NH4OHH2O2试剂浸泡样品10MIN,取出后烘干,以去除样品表面有机残余物;00461A2将去除表面有机残余物后的4HSIC样片再使用HCLH2O2试剂浸泡样品10MIN,取出后烘干,以去除离子污染物。00471B外延生长N型低掺杂SIC外延层,如图3B所示。0048在清洗后的SIC样片上利用化学气相淀积CVD方法外延生长氮掺杂的N型低掺杂SIC外延层。其工艺条件为外延温度为1570,压强为100MBAR,反应气体是硅烷和丙烷,载气为纯氢气,杂志源为液态氮气,得到氮掺杂浓度为1X1015CM3,厚度为5M的N型低掺杂SIC外延层。00491C外。

25、延生长P型高掺杂GAN外延层,如图3C所示。00501C1将生长N型低掺杂SIC外延层后的样品放入化学气相淀积CVD炉中,在H2氛围下加热到1100,保持10MIN;00511C2将反应室的压强设为2X104PA,用N2和H2的混合气体作为载气,向反应室内通入流量分别为523MOLMIN1和0035MOLMIN1的三甲基铝和NH3,在低掺杂SIC外延层上生长60NM厚的ALN;说明书CN104051048A5/7页800521C3将反应室降温至1050,向反应室内通入流量分别为65MOLMIN1、893MMOLMIN1和018MOLMIN1的三甲基镓、NH3和CP2MG,完成镁掺杂浓度为1X1。

26、019CM3,厚度为1M的P型高掺杂GAN外延层。00531D淀积欧姆接触电极,如图3D所示。00541D1对完成P型高掺杂GAN外延层生长后的SIC样片进行RCA标准清洗;00551D2将清洗后的样片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5104PA,调节束流为40MA,在SIC样片的P型高掺杂GAN外延层的表面淀积一层厚度为100NM/400NM的TI/AU金属层;00561D3利用电子束蒸发法,在衬底SIC未外延的背面淀积厚度为300NM的NI金属层;00571D41100下,氮气气氛中快速退火3分钟。00581E在SIC外延一侧淀积的TI。

27、/AU金属层上刻出结构图形窗口,如图3E所示。00591E1在SIC外延一侧淀积的TI/AU金属层表面上旋涂一层光刻胶,按照电池两个沟槽的位置制作成光刻版,用电子束对光刻胶曝光,形成腐蚀窗口;00601E2利用反应离子工艺刻蚀TI/AU金属层,反应气体采用氧气,在沟槽刻蚀窗口露出的P型高掺杂GAN外延层上,得到P型欧姆接触电极和沟槽的刻蚀窗口。00611F刻蚀沟槽,如图3F所示。0062利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术,在沟槽刻蚀窗口露出的P型高掺杂GAN外延层上刻出深度为65M,宽度为5M,间距为12M的两个沟槽。00631G放置放射源,如图3G所示。0064采用淀积或涂抹的方法,在每个沟。

28、槽中放置放射源AM241,得到带有沟槽的下PIN结。0065步骤2制作上PIN结。0066重复步骤1A到步骤1G,得到上PIN结。0067步骤3利用键合法,将上PIN结的P型欧姆接触电极与下PIN结的P型欧姆接触电极压合在一起,得到外延GAN的并联式PIN型辐照电池,如图3H所示。0068实施例2,制备放射源为AM241,具有七个沟槽的外延GAN的并联式PIN型辐照电池。0069步骤一制作下PIN结。00701A清洗4HSIC样片,以去除表面污染物,如图3A。0071本步骤与实施例1的步骤1A相同。00721B外延生长N型低掺杂SIC外延层,如图3B。0073在清洗后的SIC样片上利用化学气相。

29、淀积CVD方法外延生长氮掺杂的N型低掺杂SIC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,杂志源为液态氮气,完成氮掺杂浓度为15X1015CM3,厚度为8M的N型低掺杂SIC外延层的生长。00741C外延生长P型高掺杂GAN外延层,如图3C所示。00751C1将生长N型低掺杂SIC外延层后的样品放入化学气相淀积CVD炉中,在H2氛围下加热到1100,保持10MIN;说明书CN104051048A6/7页900761C2将反应室的压强设为2X104PA,用N2和H2的混合气体作为载气,向反应室内通入流量分别为523MOLMIN1和0035MO。

30、LMIN1的三甲基铝和NH3,在低掺杂SIC外延层上生长60NM厚的ALN;00771C3将反应室降温至1050,向反应室内通入流量分别为65MOLMIN1、893MMOLMIN1和018MOLMIN1的三甲基镓、NH3和CP2MG,完成镁掺杂浓度为3X1019CM3,厚度为15M的P型高掺杂GAN外延层。00781D淀积欧姆接触电极,如图3D。0079本步骤与实施例一的步骤1D相同。00801E在SIC外延一侧淀积的TI/AU金属层上刻出结构图形窗口,如图3E。00811E1在SIC外延一侧淀积的TI/AU金属层表面上旋涂一层光刻胶,按照电池七个沟槽的位置制作成光刻版,用电子束对光刻胶曝光,。

31、形成腐蚀窗口;00821E2利用反应离子工艺刻蚀TI/AU金属层,反应气体采用氧气,露出外延的P型高掺杂SIC外延层,得到P型欧姆接触电极和沟槽的刻蚀窗口。00831F刻蚀沟槽,如图3F。0084利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术,在沟槽刻蚀窗口露出的P型高掺杂GAN外延层上刻出深度为10M,宽度为10M,间距为20M的七个沟槽。00851G放置放射源,如图3G。0086本步骤与实施例一的步骤1G相同。0087步骤二制作上PIN结。0088重复步骤1A到步骤1G,得到上PIN结。0089步骤三利用键合法,将上PIN结的P型欧姆接触电极与下PIN结的P型欧姆接触电极压合在一起,得到外延GAN的并。

32、联式PIN型辐照电池,如图3H。0090实施例3,制备放射源为PU238,具有15个沟槽的外延GAN的并联式PIN型辐照电池。0091步骤A制作上PIN结。0092A1清洗4HSIC样片,以去除表面污染物,如图3A。0093本步骤与实施例1的步骤1A相同。0094A2在清洗后的SIC样片上利用化学气相淀积CVD方法外延生长氮掺杂的N型低掺杂SIC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,杂志源为液态氮气。得到氮掺杂浓度为2X1015CM3,厚度为10M的N型低掺杂SIC外延层如图3B。0095A3将生长N型低掺杂SIC外延层后的样品放入化。

33、学气相淀积CVD炉中,在H2氛围下加热到1100,保持10MIN;再将反应室的压强设为2X104PA,用N2和H2的混合气体作为载气,向反应室内通入流量分别为523MOLMIN1和0035MOLMIN1的三甲基铝和NH3,在低掺杂SIC外延层上生长60NM厚的ALN;然后将反应室降温至1050,向反应室内通入流量分别为65MOLMIN1、893MMOLMIN1和018MOLMIN1的三甲基镓、NH3和CP2MG,得到镁掺杂浓度为5X1019CM3,厚度为2M的P型高掺杂GAN外延层如图3C。0096A4淀积欧姆接触电极,如图3D。0097本步骤与实施例一的步骤1D相同。说明书CN1040510。

34、48A7/7页100098A5在SIC外延一侧淀积的TI/AU金属层表面上旋涂一层光刻胶,按照电池15个沟槽的位置制作成光刻版,用电子束对光刻胶曝光,形成腐蚀窗口;然后利用反应离子工艺刻蚀TI/AU金属层,反应气体采用氧气,露出外延的P型高掺杂GAN外延层SIC,得到P型欧姆接触电极和沟槽的刻蚀窗口如图3E。0099A6利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术,在沟槽刻蚀窗口露出的P型高掺杂GAN外延层上刻出深度为12M,宽度为14M,间距为25M的15个沟槽,如图3F。0100A7采用淀积或涂抹的方法,在每个沟槽中放置放射源PU238,得到带有沟槽的PIN结如图3G。0101步骤B制作上PIN结。0102重复步骤A1到步骤A7,得到上PIN结。0103步骤C利用键合法,将上PIN结的P型欧姆接触电极与下PIN结的P型欧姆接触电极压合在一起,得到外延GAN的并联式PIN型辐照电池如图3H。说明书CN104051048A101/2页11图1图2说明书附图CN104051048A112/2页12图3说明书附图CN104051048A12。

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