橫向陣列結(jié)構(gòu)肖特基結(jié)輻照電池設(shè)計(jì).pdf

1、近些年來(lái)，由于微機(jī)電系統(tǒng)的出現(xiàn)使人們對(duì)體積小、能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定提供電能的電池的需求越來(lái)越迫切。傳統(tǒng)類型的電池因其各自的局限性無(wú)法很好滿足需求，而輻照電池的出現(xiàn)有望從根本上解決這一問(wèn)題。在所有類型輻照電池中，碳化硅（SiC）基輻照電池因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而受到很大的重視。碳化硅與硅材料相比，其禁帶寬度遠(yuǎn)大于前者，并且還具有較高的熱穩(wěn)定性、熱導(dǎo)率以及載流子飽和速率。此外，碳化硅自身具備優(yōu)良抗輻照特性，這也使其成為制造輻照電池的首選材料。
　　

2、本文首先對(duì)現(xiàn)有的輻照電池的研究成果進(jìn)行了深入分析研究，在此基礎(chǔ)上歸納出提高輻照電池性能的主要方法。當(dāng)前對(duì)輻照電池性能的改進(jìn)措施主要集中在輻照源的選取、電極的設(shè)計(jì)以及器件表面結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新三個(gè)方面。 首先，通過(guò)選取具有更高能量及更長(zhǎng)半衰期的輻照源以獲得更多輻照粒子來(lái)激發(fā)更多的電子-空穴對(duì)；其次，通過(guò)采用巧妙的電極設(shè)計(jì)來(lái)減小金屬電極對(duì)輻照粒子的阻擋作用使得更多粒子能夠進(jìn)入換能結(jié)；另外，利用在器件表面制作三維結(jié)構(gòu)的方式來(lái)增加器件的輻照接觸

3、面積以提高對(duì)輻照粒子的吸收效率。這些技術(shù)手段都可以提升電池的性能，其中以采用三維表面結(jié)構(gòu)形式的輻照電池性能提升最為明顯。然而，即便是采用三維表面結(jié)構(gòu)的輻照電池也無(wú)法解決輻照粒子吸收效率低這一根本問(wèn)題。通過(guò)對(duì)這類電池結(jié)構(gòu)上的共性研究發(fā)現(xiàn)該類型輻照電池都采用了縱向的換能結(jié)分布結(jié)構(gòu)，即換能結(jié)與中性區(qū)沿垂直于器件表面方向分布。這樣中性區(qū)和金屬電極會(huì)遮擋掉很大一部分的輻照粒子導(dǎo)致實(shí)際進(jìn)入電池內(nèi)部的輻照粒子非常少，因此降低了對(duì)輻照粒子利用率低。這種

4、結(jié)構(gòu)的固有缺陷嚴(yán)重制約了電池性能的提高。針對(duì)這一問(wèn)題提出了一種基于肖特基結(jié)的橫向分布輻照電池，其中性區(qū)與換能結(jié)平行器件表面呈橫向陣列排布。通過(guò)這一結(jié)構(gòu)創(chuàng)新可有效解決傳統(tǒng)縱向結(jié)構(gòu)輻照電池中性區(qū)對(duì)輻照的遮擋問(wèn)題，輻照粒子的利用率得以大幅度的提高，在不改變輻照源的情況下輻照電池的轉(zhuǎn)換效率和輸出功率也會(huì)得到大幅度的提升。本文在給出電池設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過(guò)模擬仿真得到了輻照粒子的入射分布情況進(jìn)而得到電池外延層厚度及金屬溝槽深度；通過(guò)模擬離

5、子注入及肖特基接觸計(jì)算得出電極間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)；此外，通過(guò)對(duì)碳化硅歐姆接觸及摻雜相關(guān)成果的研究總結(jié)，給出了輻照電池各個(gè)區(qū)域摻雜濃度以及歐姆接觸制作方法。本文最后在參考 SiC器件制造工藝基礎(chǔ)上結(jié)合橫向陣列輻照電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)參數(shù)給出了一套完整的工藝制備流程。工藝流程中在外延層上進(jìn)行溝槽刻蝕是本流程的核心部分，制造這一結(jié)構(gòu)的電池要求具有較好的刻蝕粗糙度，刻蝕工藝在整個(gè)制備流程中具有很高的重要性。通過(guò)設(shè)置實(shí)際的刻蝕對(duì)照實(shí)驗(yàn)得出了刻蝕 S