專利名稱：一種降低砷化鎵同位素電池暗電流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種降低砷化鎵同位素電池暗電流的方法，屬于微機(jī)電系統(tǒng)中的能源 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，人們對(duì)微小型機(jī)電系統(tǒng)的研究異常活躍。微能源是微系統(tǒng)發(fā)展中的一 個(gè)瓶頸問題，研究高效、長壽命的微能源是微系統(tǒng)發(fā)展中一直追求的目標(biāo)。世界各國都 相繼開展了微能源的研究工作，制作出許多微能源。如微型燃料電池、微型內(nèi)燃機(jī)系 統(tǒng)、微型太陽能電池、微型同位素電池等。Beta伏特效應(yīng)同位素微電池則顯示出其特有 的優(yōu)勢(shì)，如體積小(微米量級(jí))、壽命長(可達(dá)十幾甚至幾十年)、穩(wěn)定性好，能量密度 高等優(yōu)點(diǎn)，成為微能源系統(tǒng)研究的一個(gè)新方向。為了保證同位素電池的超長壽命，beta伏特效應(yīng)電池的放射性同位素源的選擇 有一定的限制，其輻射的beta粒子的最大能量應(yīng)小于可以在該電池半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生晶 格缺陷的最小能量(幾百kev)。此外基于安全性的考慮(放射源輻射的beta射線要易于 封裝、對(duì)人無害)放射源的輻射粒子能量也不應(yīng)該太高。又因?yàn)樵撏凰匚㈦姵伢w積較 小為毫米、甚至微米量級(jí)，所以beta伏特效應(yīng)同位素電池的輸出功率一般不高，在納瓦 至微瓦量級(jí)。這種微小輸出的性質(zhì)使得電池對(duì)暗電流提出了很高的要求。即電池的暗電 流必須要足夠低，使得電池在較小電流的輸出小也能獲得較高的輸出電壓。于是這就對(duì) 電池的表面鈍化方式提出了嚴(yán)格的要求。研究工作者往往以降低鈍化層與半導(dǎo)體材料的表面態(tài)，從而降低電池邊緣復(fù)合 而降低電池的暗電流為思路，這種方法在一定程度上能夠降低電池的暗電流，但是該種 方法工藝復(fù)雜，成本較高，并且性能不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)降低電池的暗電流的方法存在加工工藝復(fù)雜、成 本高、且性能不穩(wěn)定等問題，而提出一種降低砷化鎵同位素電池暗電流的方法，該方法 是通過一種輔助電極結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的表面鈍化方式來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種降低砷化鎵同位素微電池的暗電流的方法，其具體步驟如下1)按要求在砷化鎵同位素微電池上刻蝕隔離槽，采用PECVD(等離子體增強(qiáng) 化學(xué)氣相沉積法)技術(shù)對(duì)隔離槽蒸渡SiO2鈍化層，隔離槽內(nèi)的鈍化層要能覆蓋電池耗盡 區(qū)；2)對(duì)第1)步所得到的砷化鎵同位素微電池表面加工導(dǎo)電電極，采用PECVD技 術(shù)在電池表層蒸渡SiO2鈍化層，厚度為50 IOOnm ；3)在第2)步所得到的砷化鎵同位素微電池隔離槽中心位置進(jìn)行刻蝕輔助電極 槽，然后加工輔助電極，材料為Au、Ti、Pt等功函數(shù)大于4eV的金屬。本發(fā)明方法適用的砷化鎵同位素微電池優(yōu)選為P+PN型GaAs同位素微電池。CN 102024879 A
說明書
2/2頁有益效果本發(fā)明的方法操作簡單，成本低，工藝穩(wěn)定，該方法利用界面態(tài)與半導(dǎo)體間形 成的耗盡層作為隔離帶，隔離由于界面態(tài)存在導(dǎo)致的高復(fù)合率的邊緣結(jié)，從而降低電池 的暗電流。同時(shí)，利用一種輔助電極結(jié)構(gòu)形成肖特基勢(shì)壘，進(jìn)一步降低砷化鎵同位素微 電池的暗電流，進(jìn)而增大該同位素電池的開路電壓，使同位素電池輸出的效果較佳。本 發(fā)明的方法也適用于具有類似鈍化思路的其它同位素電池。


圖1為本發(fā)明提出的表面鈍化方式和相應(yīng)的同位素電池結(jié)構(gòu)示意圖其中，I-GaAs電池 P+ 層；2-GaAs 電池 P 層；3_GaAs 電池 N 層；4-N 型 GaAs
襯底；5-電池電極；6-輔助電極；7-Si02鈍化層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明實(shí)施例本發(fā)明的一種降低砷化鎵同位素微電池的暗電流的方法，是通過一種輔助電極 結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的表面鈍化方式來實(shí)現(xiàn)的，其處理后的電池結(jié)構(gòu)如圖1所示，以P+PN型GaAs 同位素微電池為例，表面采用SiO2鈍化，其具體工藝步驟如下1)、將清潔的GaAs襯底裝入分子束外延進(jìn)樣室，經(jīng)200°C烘烤4小時(shí)后，送入
緩沖室待生長；2)、生長前，將GaAs襯底加熱到600°C，去除表面氧化層(通過高能電子衍射 圖案可以判斷氧化層的去除)；3)、在N型GaAs襯底上采用MBE (分子束外延生長)技術(shù)依次生長GaAs電池 N層3，GaAs電池P層2，GaAs電池P+層1 ；生長溫度為580°C，生長速率為lum/h， V/III族束流比為15 20/1 ；其中，GaAs電池P+層1的厚度為0.05 μ m，Mg的摻雜濃度為2X IO18Cm3 ； GaAs電池P層2的厚度為2 μ m，Mg的摻雜濃度為2 X IO15Cm3 ； GaAs電池N層3的厚 度為0.05 μ m，Si的摻雜濃度為2 X IO18Cm 3 ；4)在第3)步得到的P+PN型GaAs同位素微電池上刻蝕隔離槽，深度為2.3 μ m， 厚度為0.5μιη;然后采用PECVD技術(shù)對(duì)隔離槽蒸渡SiO2鈍化層，電池邊緣鈍化層要能 覆蓋電池耗盡區(qū)，鈍化溫度為300°C;5)對(duì)第4)步所得到的同位素電池加工導(dǎo)電電極5，電極結(jié)構(gòu)為Ti/Al/Ti/Au;然 后在電池表層蒸渡厚度為50nm的SiO2鈍化層；6)對(duì)第5)步所得到的同位素電池隔離槽中心位置進(jìn)行刻蝕寬度為0.2 μ m、深度 為1.5μιη的輔助電極槽，然后加工輔助電極，材料為Au。
權(quán)利要求
1.一種降低砷化鎵同位素微電池的暗電流的方法，其特征在于具體步驟如下1)按要求在砷化鎵同位素微電池上刻蝕隔離槽，采用PECVD技術(shù)對(duì)隔離槽蒸渡SiO2 鈍化層，隔離槽內(nèi)的鈍化層要能覆蓋電池耗盡區(qū)；2)對(duì)第1)步所得到的砷化鎵同位素微電池表面加工導(dǎo)電電極，采用PECVD技術(shù)在 電池表層蒸渡SiO2鈍化層；3)在第2)步所得到的砷化鎵同位素微電池隔離槽中心位置進(jìn)行刻蝕輔助電極槽，然 后加工輔助電極。
2.如權(quán)利要求1所述的一種降低砷化鎵同位素微電池的暗電流的方法，其特征在于 電池表層蒸渡SiO2鈍化層的厚度為50 lOOnm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種降低砷化鎵同位素微電池的暗電流的方法，其特征在于 電池輔助電極的材料為功函數(shù)大于4eV的金屬。
4.如權(quán)利要求1所述的一種降低砷化鎵同位素微電池的暗電流的方法，其特征在于 電池輔助電極的材料優(yōu)選為Au、Ti、Pt。
5.如權(quán)利要求1所述的一種降低砷化鎵同位素微電池的暗電流的方法，其特征在于 導(dǎo)電電極的結(jié)構(gòu)為Ti/Al/Ti/Au。
6.如權(quán)利要求1所述的一種降低砷化鎵同位素微電池的暗電流的方法，其特征在于 適用的砷化鎵同位素微電池優(yōu)選為P+PN型GaAs同位素微電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低砷化鎵同位素電池暗電流的方法，屬于微機(jī)電系統(tǒng)中的能源領(lǐng)域。本發(fā)明的方法首先在砷化鎵同位素微電池上刻蝕隔離槽作為電池耗盡區(qū)，采用PECVD技術(shù)對(duì)隔離槽蒸渡SiO2鈍化層，電池邊緣鈍化層要能覆蓋電池耗盡區(qū)；然后加工同位素微電池導(dǎo)電電極，采用PECVD技術(shù)在電池表層蒸渡SiO2鈍化層；最后在砷化鎵同位素微電池隔離槽中心位置進(jìn)行刻蝕輔助電極槽，加工輔助電極。本發(fā)明的方法操作簡單，成本低，工藝穩(wěn)定，通過半導(dǎo)體的鈍化，以及利用輔助電極結(jié)構(gòu)形成肖特基勢(shì)壘，有效降低砷化鎵同位素微電池的暗電流，進(jìn)而增大開路電壓，提高輸出效率。本發(fā)明的方法也適用于具有類似鈍化思路的其它同位素電池。
文檔編號(hào)H01L31/0352GK102024879SQ20101053472
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者姜瀾, 尹建華, 李大讓, 蔡勝國, 陳海洋 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)