[发明专利]串联夹心式外延GaN的PIN型β辐照电池及制备方法

权利要求书

1.一种串联夹心式外延GaN的PIN型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)、掺杂浓度为1x10¹⁹～4x10¹⁹cm^-3的N型GaN外延层(4)、掺杂浓度为2x10¹⁵～4x10¹⁵cm^-3的P型SiC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)、掺杂浓度为2x10¹⁵～4x10¹⁵cm^-3的N型SiC外延层(8)、掺杂浓度为1x10¹⁹～4x10¹⁹cm^-3的P型GaN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p型SiC衬底(2)和n型SiC衬底(9)的掺杂浓度均为1.5x10¹⁸cm^-3。

4.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)采用4H-SiC衬底，P型SiC外延层(3)、N型SiC外延层(8)均为4H-SiC材料，以提高电池的寿命和开路电压。

5.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。

6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于P型SiC外延层(3)和N型SiC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SiC材料中的平均入射深度，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。

7.一种串联夹心式外延GaN的PIN型β辐照电池的制备方法，包括：

(1)制作上PIN结步骤：

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2x10¹⁵～4x10¹⁵cm^-3，厚度为15～30μm的P型SiC外延层；

1.3)利用化学气相淀积CVD法在P型SiC外延层表面外延生长一层掺杂浓度为1x10¹⁹～4x10¹⁹cm^-3，厚度为0.1～0.2μm的N型GaN外延层；

1.4)利用电子束蒸发法在N型GaN外延层表面淀积厚度为100nm/200nm的金属层Ti/Au，作为N型外延层欧姆接触电极；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；

(2)制作下PIN结步骤：

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2x10¹⁵～4x10¹⁵cm^-3，厚度为15～30μm的N型SiC外延层；

2.3)利用化学气相淀积CVD法在N型SiC外延层表面外延生长一层掺杂浓度为1x10¹⁹～4x10¹⁹cm^-3，厚度为0.1～0.2μm的P型GaN外延层；

2.4)利用电子束蒸发法在P型GaN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；

(3)制备β放射源层步骤：

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4～14μm的β放射源层；

(4)上、下PIN键合步骤：

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，形成串联夹心式外延GaN的PIN型β辐照电池。