[实用新型]一种具有多个结的半导体基核电池

说明书

本实用新型涉及一种具有多个结的半导体基核电池。所述具有多个结的半导体基核电池包括：N型半导体衬底层，在所述N型半导体衬底层的上表面从下至上依次设有第一N型半导体层、半导体本征层、第二N型半导体层和P型半导体层；所述P型半导体层的周围和第二N型半导体层的上表面之间设有钝化保护层，所述P型半导体层上设有阳极金属层，所述阳极金属层、P型半导体层和钝化保护层上设有放射性同位素层；所述阳极金属层和P型半导体层之间欧姆接触；所述N型半导体衬底层的下表面上设有阴极金属层，所述阴极金属层与N型半导体衬底层之间欧姆接触。所述具有多个结的半导体基核电池能够增大了电池的短路电流，提高了核电池的转化效率。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术与核科学技术领域，具体涉及一种具有多个结的半导体基核电池。

背景技术

核电池是一种利用半导体的辐射伏特效应将同位素源产生衰变能转化为电能的微型能源。该微型能源被应用在航空航天、深海、极地等恶劣环境，在心脏起搏器，微纳机电系统等也有广泛的应用。

目前常用的同位素是β源，主要有³H、³⁵S、⁶³Ni、¹⁴⁷Pm、⁹⁰Sr、¹³⁷Cs等，它们辐射的β射线最大能量从18.6Kev～1176Kev之间分布。半导体基核电池一种形成方式是以PIN型二极管结构为主体，在其基础上通过粘结等方式将同位素源整合在一起，最后封装成核电池。

常规的PIN结构只有两个结，分别为P区和I区之间的结P+N-结，以及I区和N区之间的N-N+结。当β源产生的β粒子进入到内部PIN结构时将发生衰变，将衰变能作用于半导体材料，产生电子-空穴对，在内建结的电场作用下形成电流，从而产生了电能。但是总有一部分能量高的粒子能量沉淀在I区没有结的区域，它们产生的电子空穴对只能依靠少子扩散长度进行扩散形成电流，但是由于少子扩散长度一般比较小，其中电子的少子扩散长度只有几个微米，空穴的少子扩散长度十微米左右，超过这个范围产生的电子空穴对电流没有贡献即无法转变为电能。

现有技术中的半导体基核电池制造多采用³H或⁶³Ni等辐射能量较低的元素，采用这些源的PIN结构I区可以做的较薄常见的在1μm～10μm之间，由于I区长度在少子扩散长度以内，最终核电池的转化效率可以做的较高。然而对于¹⁴⁷Pm、⁹⁰Sr、¹³⁷Cs等能量较高的辐射源来说，这就要求PIN器件结构中的I区厚度尽量厚以配匹辐射源产生高能粒子的射程，典型的在40μm-200μm。这样单纯的增加I区的厚对最终核电池的转化效率没有什么改进，反而由于半导体材料生长过程内部缺陷的增加使辐生载流子过早的被俘获，导致最终转化效率变低，无法实现电池技术指标要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种具有多个结的半导体基核电池，所述具有多个结的半导体基核电池具有多个不同浓度及厚度N型掺杂层形成的多结结构，能够增大了电池的短路电流，提高了核电池的转化效率。

根据本实用新型提供的技术方案，一种具有多个结的半导体基核电池，所述具有多个结的半导体基核电池包括：N型半导体衬底层，在所述N型半导体衬底层的上表面从下至上依次设有第一N型半导体层、半导体本征层、第二N型半导体层和P型半导体层；

所述P型半导体层的周围和第二N型半导体层的上表面之间设有钝化保护层，所述P型半导体层上设有阳极金属层，所述阳极金属层、P型半导体层和钝化保护层上设有放射性同位素层，所述阳极金属层和P型半导体层之间欧姆接触；

所述N型半导体衬底层的下表面上设有阴极金属层，所述阴极金属层与N型半导体衬底层之间欧姆接触。

进一步地，所述第一N型半导体层包括从下至上设置的：第一掺杂浓度N型半导体层和第二掺杂浓度N型半导体层；