[发明专利]一种基于碳化硅材料的微型核电池及其制备方法

权利要求书

1.一种基于碳化硅材料的微型核电池，其特征在于：包括：高掺杂碳化硅单晶衬底（101），所述高掺杂碳化硅单晶衬底（101）的正面具有碳化硅一维纳米线阵列（102），所述碳化硅一维纳米线阵列（102）具有PN结区域，所述碳化硅一维纳米线阵列（102）的PN结区域上面具有第一欧姆接触电极（103），所述第一欧姆接触电极（103）上具有放射源层（104），所述高掺杂碳化硅单晶衬底（101）的背面具有第二欧姆接触电极（105）；

所述高掺杂碳化硅单晶衬底（101）为P型高掺杂4H-SiC单晶衬底；

所述碳化硅一维纳米线阵列（102）由所述P型高掺杂4H-SiC单晶衬底的正面生长而成；

所述PN结区域由所述碳化硅一维纳米线阵列（102）被进行N型掺杂而成；

所述第一欧姆接触电极（103）为呈叉指状的多层薄膜结构，且由下至上依次为Ti层、Ni层、Au层；

所述放射源层（104）的制作材料为同位素放射源；

所述第二欧姆接触电极（105）为多层薄膜结构，且由上至下依次为Ti层、Al层、Au层；

或

所述高掺杂碳化硅单晶衬底（101）为N型高掺杂4H-SiC单晶衬底；

所述碳化硅一维纳米线阵列（102）由所述N型高掺杂4H-SiC单晶衬底的正面生长而成；

所述PN结区域由所述碳化硅一维纳米线阵列（102）被进行P型掺杂而成；

所述第一欧姆接触电极（103）为呈叉指状的多层薄膜结构，且由下至上依次为Ti层、Al层、Au层；

所述放射源层（104）的制作材料为同位素放射源；

所述第二欧姆接触电极（105）为多层薄膜结构，且由上至下依次为Ti层、Ni层、Au层。

2.一种基于碳化硅材料的微型核电池的制备方法，其特征在于：包括：

S101、提供高掺杂碳化硅单晶衬底（101）；

S102、采用高温熔盐电化学腐蚀工艺，在所述高掺杂碳化硅单晶衬底（101）的正面制备碳化硅一维纳米线阵列（102）；

S103、采用离子注入工艺，对所述碳化硅一维纳米线阵列（102）进行半导体掺杂，得到基于碳化硅一维纳米线阵列（102）的PN结区域；

S104、采用磁控溅射工艺，在所述碳化硅一维纳米线阵列（102）的PN结区域表面沉积金属薄膜，形成第一欧姆接触电极（103）；

在所述高掺杂碳化硅单晶衬底（101）的背面沉积金属薄膜，形成第二欧姆接触电极（105）；

S105、采用电化学沉积工艺，在所述第一欧姆接触电极（103）上沉积放射源，形成放射源层（104）；

S103步骤中，所述采用离子注入工艺，对所述碳化硅一维纳米线阵列（102）进行半导体掺杂，得到基于碳化硅一维纳米线阵列（102）的PN结区域，具体包括：

在600~700℃的温度下，从正面分别对所述碳化硅一维纳米线阵列（102）进行两次半导体离子注入，然后在Ar气的保护气氛下，在1300~1500℃的温度环境中退火10~20分钟，即可在所述碳化硅一维纳米线阵列（102）上获得PN结区域。

3.根据权利要求2所述的一种基于碳化硅材料的微型核电池的制备方法，其特征在于：S102步骤中，所述采用高温熔盐电化学腐蚀工艺，在所述高掺杂碳化硅单晶衬底（101）的正面制备碳化硅一维纳米线阵列（102），具体包括：

将所述高掺杂碳化硅单晶衬底（101）分别放入丙酮、乙醇、去离子水溶液中进行超声清洗，5~10分钟后取出；

然后放入具有铂片的400~600℃的高温电解液溶液中进行电化学腐蚀，电化学腐蚀过程中，所述高掺杂碳化硅单晶衬底（101）作为阳极，所述铂片作为阴极；

施加一定的电压，经过10~20分钟后，将所述高掺杂碳化硅单晶衬底（101）取出，冷却、清洗、干燥，即可获得所述高掺杂碳化硅单晶衬底（101）上的碳化硅一维纳米线阵列（102）。