橫向陣列結構肖特基結輻照電池設計.pdf

1、近些年來，由于微機電系統(tǒng)的出現(xiàn)使人們對體積小、能夠長時間穩(wěn)定提供電能的電池的需求越來越迫切。傳統(tǒng)類型的電池因其各自的局限性無法很好滿足需求，而輻照電池的出現(xiàn)有望從根本上解決這一問題。在所有類型輻照電池中，碳化硅（SiC）基輻照電池因其獨特的優(yōu)勢而受到很大的重視。碳化硅與硅材料相比，其禁帶寬度遠大于前者，并且還具有較高的熱穩(wěn)定性、熱導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、本文首先對現(xiàn)有的輻照電池的研究成果進行了深入分析研究，在此基礎上歸納出提高輻照電池性能的主要方法。當前對輻照電池性能的改進措施主要集中在輻照源的選取、電極的設計以及器件表面結構的創(chuàng)新三個方面。 首先，通過選取具有更高能量及更長半衰期的輻照源以獲得更多輻照粒子來激發(fā)更多的電子-空穴對；其次，通過采用巧妙的電極設計來減小金屬電極對輻照粒子的阻擋作用使得更多粒子能夠進入換能結；另外，利用在器件表面制作三維結構的方式來增加器件的輻照接觸

3、面積以提高對輻照粒子的吸收效率。這些技術手段都可以提升電池的性能，其中以采用三維表面結構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構的輻照電池也無法解決輻照粒子吸收效率低這一根本問題。通過對這類電池結構上的共性研究發(fā)現(xiàn)該類型輻照電池都采用了縱向的換能結分布結構，即換能結與中性區(qū)沿垂直于器件表面方向分布。這樣中性區(qū)和金屬電極會遮擋掉很大一部分的輻照粒子導致實際進入電池內部的輻照粒子非常少，因此降低了對輻照粒子利用率低。這種

4、結構的固有缺陷嚴重制約了電池性能的提高。針對這一問題提出了一種基于肖特基結的橫向分布輻照電池，其中性區(qū)與換能結平行器件表面呈橫向陣列排布。通過這一結構創(chuàng)新可有效解決傳統(tǒng)縱向結構輻照電池中性區(qū)對輻照的遮擋問題，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換效率和輸出功率也會得到大幅度的提升。本文在給出電池設計結構的基礎上，進一步通過模擬仿真得到了輻照粒子的入射分布情況進而得到電池外延層厚度及金屬溝槽深度；通過模擬離

5、子注入及肖特基接觸計算得出電極間距等結構參數(shù)；此外，通過對碳化硅歐姆接觸及摻雜相關成果的研究總結，給出了輻照電池各個區(qū)域摻雜濃度以及歐姆接觸制作方法。本文最后在參考 SiC器件制造工藝基礎上結合橫向陣列輻照電池的結構特點以及結構參數(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行溝槽刻蝕是本流程的核心部分，制造這一結構的電池要求具有較好的刻蝕粗糙度，刻蝕工藝在整個制備流程中具有很高的重要性。通過設置實際的刻蝕對照實驗得出了刻蝕 S