本發(fā)明涉及核電池，尤其是涉及一種GaN(GalliumNitride)肖特基結(jié)型核電池及其制備方法。

背景技術(shù)：
核電池(BetavoltaicBattery)是一種依靠半導(dǎo)體結(jié)型器件的特性將放射性同位素輻射出的β射線能量直接轉(zhuǎn)換成電能的器件。由于β放射源有很長的半衰期(幾十年甚至上百年)，而且放射特性不受外界的干擾，因此核電池非常適合于調(diào)節(jié)惡劣長期無人看管又需要提供電源的場合，比如航空航天、深海、極地以及植入式器件等。由于核電池與半導(dǎo)體工藝的兼容，使得它具有成為MEMS器件片上電源的優(yōu)點(diǎn)。在核電池發(fā)展的幾十年里，由于硅工藝的成熟和材料的易得性和微電子的迅猛發(fā)展，基于硅的PN結(jié)型核電池一直占據(jù)主導(dǎo)地位。同時(shí)，人們也對(duì)其它半導(dǎo)體材料在核電池上的應(yīng)用做了探討。在文獻(xiàn)“Reviewofbetavoltaicenergyconversion(Proceedingsofthe12thSpacePhotovoltaicResearchandTechnologyConference(SPRAT12)p256-267)”中OlsenLarryC.指出核電池的轉(zhuǎn)換效率η滿足下面的關(guān)系式：其中，ε＝2.8Eg+0.5(eV)也就是說在其他條件不變的情況下，核電池的轉(zhuǎn)換效率η和所采用的半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg滿足上述關(guān)系，可以看出，半導(dǎo)體材料的禁帶寬度越大，核電池的轉(zhuǎn)換效率就越高。所以采用寬禁帶的半導(dǎo)體材料有助于提高核電池的性能。在文獻(xiàn)“Demonstrationofa4HSiCbetavoltaiccell(APPLIEDPHYSICSLETTERS88,033506,2006)”中作者公布了一種基于寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅(SiC)的核電池。與基于窄禁帶半導(dǎo)體硅的核電池相比，該電池的轉(zhuǎn)換效率有了大幅度的提高。隨著GaN材料生產(chǎn)和加工技術(shù)的成熟，GaN寬禁帶、抗輻照能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)使它成為一種可用于核電池制備的申請(qǐng)?zhí)枮?00910030431.1的中國專利“一種PN型核電池和其制備方法”中，公開了一種基于GaN的PN結(jié)型核電池。然而，由于P型GaN的生長的晶體質(zhì)量有待提高并且摻雜得到的空穴濃度不高，這都限制了PN結(jié)型GaN核電池的性能。而N型GaN的晶體質(zhì)量已經(jīng)可以做到很好，摻雜濃度都可以做到很高，所以基于N型GaN的肖特基結(jié)型核電池就能在利用GaN寬禁帶和抗輻照能力強(qiáng)的有點(diǎn)的同時(shí)避免P型GaN生長困難的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對(duì)硅基核電池由于禁帶窄而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率偏低、而PN結(jié)型GaN核電池又難于得到質(zhì)量好的P型GaN問題，提供一種轉(zhuǎn)換效率高、抗輻照能力強(qiáng)、工藝簡易可靠的GaN肖特基結(jié)型核電池及其制備方法。所述GaN肖特基結(jié)型核電池從下至上依次包括藍(lán)寶石襯底層、GaN緩沖層、n+GaN層、n-GaN層、肖特基金屬層、歐姆接觸層和放射性同位素層；藍(lán)寶石襯底層、GaN緩沖層和n+GaN層的尺寸相同，n-GaN層和肖特基金屬層是在藍(lán)寶石襯底層、GaN緩沖層、n+GaN層上刻蝕出兩個(gè)電極窗口，歐姆接觸層將電極窗口填滿。所述藍(lán)寶石襯底層、GaN緩沖層和n+GaN層的尺寸可為(0.3μm×0.3μm)～(3mm×3mm)；所述n+GaN層的厚度可為1～3μm；所述n-GaN層的厚度可為0.3～1μm。所述電極窗口的尺寸可為200μm×200μm。所述放射性同位素層可采用放射源Ni-63或Pm-147；放射性同位素層可直接用電鍍的方法與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)耦合，或先將放射源電鍍?cè)诮饘俦∑?，再將其覆蓋在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上。所述n+GaN層的摻雜濃度可為1×1018～1×1019/cm3。所述n-GaN層的摻雜濃度可為1×1016～1×1017/cm3。所述肖特基金屬層可為5～30nm的Au，或5～30nm的Ni和5～30nm的Au。所述歐姆接觸可為10～20nm/100～200nm/10～50nm/100～200nm的Ti/Al/Ti/Au合金。所述GaN肖特基結(jié)型核電池的制備方法，包括以下步驟：1)在藍(lán)寶石襯底上生長GaN緩沖層；2)在GaN緩沖層上繼續(xù)生長n+GaN層；3)在n+GaN層上繼續(xù)生長n-GaN層；4)在n-GaN層上通過光刻和刻蝕的方法得到兩個(gè)暴露出n+GaN層的窗口；5)通過光刻和濺射的方法得到肖特基金屬層；6)通過光刻和濺射的步驟得到歐姆接觸層，在400～700℃的溫度下退火，得到良好的歐姆接觸；7)加上放射性同位素層以形成核電池。所述GaN肖特基結(jié)型核電池從下至上依次包括藍(lán)寶石襯底層、GaN緩沖層、n+GaN層、n-GaN層、肖特基金屬層、SiO2保護(hù)層、歐姆接觸層和放射性同位素層；藍(lán)寶石襯底層、GaN緩沖層和n+GaN層的尺寸相同，n-GaN層和肖特基金屬層是在藍(lán)寶石襯底層、GaN緩沖層、n+GaN層上刻蝕出兩個(gè)電極窗口，SiO2保護(hù)層、歐姆接觸層將電極窗口填滿。所述藍(lán)寶石襯底層、GaN緩沖層和n+GaN層的尺寸可為(0.3μm×0.3μm)～(3mm×3mm)；所述n+GaN層的厚度可為1～3μm；所述n-GaN層的厚度可為0.3～1μm；SiO2保護(hù)層的厚度可為0.3～1μm。所述電極窗口的尺寸可為200μm×200μm。所述放射性同位素層可采用放射源Ni-63或Pm-147；放射性同位素層可直接用電鍍的方法與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)耦合，或先將放射源電鍍?cè)诮饘俦∑希賹⑵涓采w在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上。所述n+GaN層的摻雜濃度可為1×1018～1×1019/cm3。所述n-GaN層的摻雜濃度可為1×1016～1×1017/cm3。所述肖特基金屬層可為5～30nm的Au，或5～30nm的Ni和5～30nm的Au。所述歐姆接觸層可為10～20nm/100～200nm/10～50nm/100～200nm的Ti/Al/Ti/Au合金。所述GaN肖特基結(jié)型核電池的制備方法，包括以下步驟：1)在藍(lán)寶石襯底上生長GaN緩沖層；2)在GaN緩沖層上繼續(xù)生長n+GaN層；3)在n+GaN層上繼續(xù)生長n-GaN層；4)在n-GaN層上通過光刻和刻蝕的方法得到兩個(gè)暴露出n+GaN層的窗口；5)在整個(gè)器件的上表面采用PECVD的方法生長SiO2保護(hù)層；6)采用光刻和HF腐蝕的方法在SiO2保護(hù)層上腐蝕出用于肖特基接觸的窗口；7)通過光刻和濺射的方法得到肖特基金屬層；8)光刻并腐蝕出用于歐姆接觸的窗口；9)通過光刻和濺射的步驟得到歐姆接觸層，在400～700℃的溫度下退火，得到良好的歐姆接觸，SiO2保護(hù)層在此過程中起到保護(hù)的作用；10)加上放射性同位素層以形成核電池。本發(fā)明采用了寬禁帶的半導(dǎo)體材料GaN，使得其開路電壓、短路電流和轉(zhuǎn)換效率都得到了明顯的提高。另外，本發(fā)明采用了肖特基結(jié)構(gòu)，避免了P型GaN難于生長或者生長質(zhì)量有待提高的不足，同時(shí)也使制備工藝變得簡單。附圖說明圖1是本發(fā)明的整體機(jī)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中核電池的制備過程。圖3是本發(fā)明中另外一種核電池的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明中另外一種核電池的制備過程。在圖中，各標(biāo)記為：1.藍(lán)寶石襯底層、2.GaN緩沖層、3.n+GaN層、4.n-GaN層、5.肖特基金屬層、6.SiO2保護(hù)層、7.歐姆接觸層、8.放射性同位素層。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1參見圖1，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括8層，從下往上依次為藍(lán)寶石襯底層1、GaN緩沖層2、n+GaN層3、n-GaN層4、肖特基金屬層5、SiO2保護(hù)層6、歐姆接觸層7和放射性同位素層8。其中藍(lán)寶石襯底層1、GaN緩沖層2和n+GaN層3的尺寸一致為0.3μm×0.3～3mm×3mm。n-GaN層4和肖特基金屬層5的尺寸是在前面藍(lán)寶石襯底層1、GaN緩沖層2、n+GaN層3的基礎(chǔ)上刻蝕出兩個(gè)200μm×200μm的電極窗口。而SiO2保護(hù)層6、歐姆接觸層7則將上述提到的電極窗口填滿。放射源為Ni-63或者Pm-147，可以直接用電鍍的方法與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)耦合，也可以先將放射源電鍍?cè)诮饘俦∑?，再將其覆蓋在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上。n+GaN層3的摻雜濃度為1×1018～1×1019/cm3。n-GaN層4的摻雜濃度為1×1016～1×1017/cm3。肖特基金屬層5為5～30nm的Au或者5～30nm的Ni和5～30nm的Au。歐姆接觸層7為10～20nm/100～200nm/10～50nm/100～200nm的Ti/Al/Ti/Au合金。本發(fā)明通過采用寬禁帶的半導(dǎo)體材料GaN，提高了核電池的開路電壓、短路電流和轉(zhuǎn)換效率，并通過采用N型GaN肖特基結(jié)結(jié)構(gòu)避免了P性GaN材料不易生長的不足。參見圖2，此實(shí)施例的制備方法如下1.在藍(lán)寶石襯底1上生長一層GaN緩沖層2；2.在GaN緩沖層2上繼續(xù)生長一層1～3μm厚度的n+GaN層3；3.在n+GaN層3上繼續(xù)生長一層0.3～1μm厚度的n-GaN層4；4.在n-GaN層4上通過光刻和刻蝕的方法得到兩個(gè)暴露出n+GaN層3的窗口；5.在整個(gè)器件的上表面采用PECVD的方法生長一層0.3～1μm后的SiO2保護(hù)層6；6.采用光刻和HF腐蝕的方法在SiO2保護(hù)層6上腐蝕出用于肖特基接觸的窗口；7.通過光刻和濺射的方法得到肖特基金屬層5；8.光刻并腐蝕出用于歐姆接觸的窗口；9.通過光刻和濺射的步驟得到歐姆接觸層7，在400～700℃的溫度下退火，得到良好的歐姆接觸，SiO2保護(hù)層6在此過程中起到保護(hù)的作用；10.加上放射性同位素層8以形成核電池。實(shí)施例2參見圖3，與實(shí)施例1類似，只是結(jié)構(gòu)中將SiO2保護(hù)層去掉。鑒于GaN穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，此中涉及并不會(huì)對(duì)核電池性能造成很大影響，而又能極大地將制備過程簡化。參見圖4，實(shí)施例2的制備方法如下：1)在藍(lán)寶石襯底1上生長一層GaN緩沖層2；2)在GaN緩沖層2上繼續(xù)生長一層1～3μm厚度的n+GaN層3；3)在n+GaN層3上繼續(xù)生長一層0.3～1μm厚度的n-GaN層4；4)在n-GaN層4上通過光刻和刻蝕的方法得到兩個(gè)暴露出n+GaN層3的窗口；5)通過光刻和濺射的方法得到肖特基金屬層5；6)通過光刻和濺射的步驟得到歐姆接觸層7，在400～700℃的溫度下退火，得到良好的歐姆接觸；7)加上放射性同位素層8以形成核電池。