本發(fā)明屬于微電子領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)及其制備方法，具體地說(shuō)是一種碳化硅基的外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池及其制備方法，可用于微納機(jī)電系統(tǒng)等微小電路和航空航天、深海、極地等需長(zhǎng)期供電且無(wú)人值守的場(chǎng)合。技術(shù)背景1953年由Rappaport研究發(fā)現(xiàn)，利用同位素衰變所產(chǎn)生的貝塔(β-Particle)射線能在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，此現(xiàn)象則被稱為β-VoltaicEffect。1957年，Elgin-Kidde首先將β-VoltaicEffect用在電源供應(yīng)方面，成功制造出第一個(gè)同位素微電池β-VoltaicBattery。從1989年以來(lái)，GaN、GaP、AlGaAs、多晶硅等材料相繼被利用作為α-Voltaic電池的材料。自2006年，隨著寬禁帶半導(dǎo)體材料SiC制備和工藝技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了基于SiC的同位素微電池的相關(guān)報(bào)道。作為一種重要的第三代半導(dǎo)體，近年來(lái)人們對(duì)GaN的關(guān)注越來(lái)越多。由于其禁帶寬度大，熱導(dǎo)率高，制作的器件工作溫度和擊穿電壓高。另外，GaN材料一直被認(rèn)為是一種理想的抗輻照半導(dǎo)體材料，隨著核技術(shù)和空間技術(shù)的發(fā)展，GaN材料及其器件被用于輻射很強(qiáng)的極端惡劣的條件下工作。中國(guó)專利CN101325093A中公開(kāi)了由張林、郭輝等人提出的基于SiC的肖特基結(jié)式輻照電池。該肖特基結(jié)輻照電池中肖特基接觸層覆蓋整個(gè)電池區(qū)域，入射粒子到達(dá)器件表面后，都會(huì)受到肖特基接觸層的阻擋，只有部分粒子能進(jìn)入器件內(nèi)部，而進(jìn)入耗盡區(qū)的粒子才會(huì)對(duì)電池的輸出功率有貢獻(xiàn)，因此，這種結(jié)構(gòu)的輻照電池入射粒子能量損失大，能量轉(zhuǎn)換效率較低。文獻(xiàn)“Demonstrationofatadiationresistant,hightefficiencySiCbetavoltaic”介紹了由美國(guó)新墨西哥州QynergyCorporation的C.J.Eiting,V.Krishnamoorthy和S.Rodgers,T.George等人共同提出了碳化硅p-i-n結(jié)式核電池，如圖1所示。該P(yáng)IN核電池自上而下依次為，放射性源7、P型歐姆接觸電極6、P型高摻雜SiC層4、P型SiC層3、本征i層2、n型高摻雜SiC襯底1和N型歐姆接觸電 極5。這種結(jié)構(gòu)中，只有耗盡層內(nèi)及其附近一個(gè)少子擴(kuò)散長(zhǎng)度內(nèi)的輻照生載流子能夠被收集。并且，為避免歐姆接觸電極阻擋入射離子，將P型歐姆電極做在器件的一個(gè)角落，使得離P型歐姆電極較遠(yuǎn)的輻照生載流子在輸運(yùn)過(guò)程中被復(fù)合，降低了能量轉(zhuǎn)化率，減小了電池的輸出電流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池，以增強(qiáng)α放射源的有效利用率，提高電池的輸出電流和輸出電壓。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)思路是：通過(guò)將α放射源完全包裹在電池內(nèi)部，消除金屬電極對(duì)α放射源輻射出的高能α粒子的阻擋作用，提高α放射源的利用率；通過(guò)兩個(gè)PIN結(jié)相串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，提高輸出電壓；使用GaN材料的外延層，進(jìn)一步提高輸出電壓。本發(fā)明的技術(shù)思路是這樣實(shí)現(xiàn)的：一、本發(fā)明的外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池，包括：PIN單元和α放射源，其特征在于：所述PIN單元采用上下兩個(gè)PIN結(jié)串聯(lián)構(gòu)成；上PIN結(jié)自下而上依次為N型GaN外延層歐姆接觸電極5、N型GaN外延層4、P型SiC外延層3、P型SiC襯底2、P型歐姆接觸電極1，下PIN結(jié)自下而上依次為N型歐姆接觸電極10、N型SiC襯底9、N型SiC外延層8、P型GaN外延層7、P型GaN外延層歐姆接觸電極6；所述每個(gè)PIN結(jié)中均設(shè)有n個(gè)溝槽11，其中n≥2；所述上PIN結(jié)的N型GaN外延層歐姆接觸電極5與下PIN結(jié)的P型GaN外延層歐姆接觸電極6接觸在一起，使上下PIN結(jié)中溝槽11形成鏡面對(duì)稱，相互貫通的一體結(jié)構(gòu)，每個(gè)溝槽內(nèi)均填滿α放射源12。作為優(yōu)選，所述α放射源12采用相對(duì)原子質(zhì)量為241的镅元素或相對(duì)原子質(zhì)量為238的钚元素，即Am241或Pu238。作為優(yōu)選，所述電池的P型SiC襯底2、P型SiC外延層3、N型SiC外延層8、N型SiC襯底9均為4H-SiC材料，以提高電池的使用壽命和開(kāi)路電壓。作為優(yōu)選，所述溝槽11的寬度L滿足L≤2g，其中，g為α放射源12釋放的高能α粒子在α放射源中的平均入射深度，對(duì)于α放射源為Am241的，其取值為：g＝7.5μm，對(duì)于α放射源為Pu238的，其取值為：g＝10μm。作為優(yōu)選，所述溝槽11的深度h滿足m+q<h<m+q+r，其中，對(duì)于上PIN結(jié)，m為N型GaN外延層4的厚度，q為N型GaN外延層歐姆接觸電極5的厚度，r為 P型SiC外延層3的厚度；對(duì)于下PIN結(jié)，m為P型GaN外延層7的厚度，q為P型GaN外延層歐姆接觸電極6的厚度，r為N型SiC外延層8的厚度。作為優(yōu)選，所述相鄰兩個(gè)溝槽11的間距d滿足d≥i，其中，i為α放射源12釋放的高能α粒子在4H-SiC中的平均入射深度，對(duì)于α放射源為Am241的，其取值為：i＝10μm，對(duì)于α放射源為Pu238的，其取值為：i＝18.2μm。作為優(yōu)選，所述N型GaN外延層歐姆接觸電極5和P型GaN外延層歐姆接觸電極6均由金屬層Ti/Au構(gòu)成，其厚度為Ti＝100nm，Au＝200nm；P型歐姆接觸電極1和N型歐姆接觸電極10均采用厚度為300nm的Ni金屬層。二、本發(fā)明的制備方法包括以下步驟：(1)制作上PIN結(jié)：1.1)選用濃度為lx1018cm-3的P型SiC襯底，對(duì)該P(yáng)型SiC襯底進(jìn)行清洗，以去除表面污染物；1.2)生長(zhǎng)P型SiC外延層：利用化學(xué)氣相淀積CVD法在清洗后的P型SiC襯底表面外延生長(zhǎng)一層摻雜濃度為1x1015～3x1015cm-3，厚度為4～9μm的P型SiC外延層；1.3)生長(zhǎng)N型GaN外延層：利用化學(xué)氣相淀積CVD法在P型SiC外延層表面外延生長(zhǎng)一層摻雜濃度為1x1019～3x1019cm-3，厚度為0.5～1μm的N型GaN外延層；1.4)淀積接觸電極：在N型GaN外延層表面利用電子束蒸發(fā)法淀積Ti/Au金屬層，作為刻蝕溝槽的掩膜和N型GaN外延層歐姆接觸金屬；利用電子束蒸發(fā)法在P型SiC襯底未外延的背面淀積金屬層Ni，作為P型歐姆接觸電極；1.5)光刻圖形：按照核電池溝槽的位置制作成光刻版，在淀積的金屬Au表面旋涂一層光刻膠，利用光刻版對(duì)光刻膠進(jìn)行電子束曝光，形成腐蝕窗口；對(duì)腐蝕窗口處的Au、Ti金屬層進(jìn)行腐蝕，露出N型GaN外延層，得到溝槽刻蝕窗口和N型GaN外延層歐姆接觸電極；1.6)刻蝕溝槽：利用電感耦合等離子體ICP刻蝕技術(shù)，在露出的N型GaN外延層上刻出深度為3～7μm，寬度為5～14μm，間距為12～24μm的n個(gè)溝槽，并去除所有溝槽外部金屬Au表面的光刻膠；(2)制作下PIN結(jié)：2.1)選用濃度為lx1018cm-3的N型SiC襯底，對(duì)該N型SiC襯底進(jìn)行清洗，以 去除表面污染物；2.2)生長(zhǎng)N型SiC外延層：利用化學(xué)氣相淀積CVD法在清洗后的N型SiC襯底表面外延生長(zhǎng)一層摻雜濃度為1x1015～3x1015cm-3，厚度為4～9μm的N型SiC外延層；2.3)生長(zhǎng)P型GaN外延層：利用化學(xué)氣相淀積CVD法在N型SiC外延層表面外延生長(zhǎng)一層摻雜濃度為1x1019～3x1019cm-3，厚度為0.5～1μm的P型GaN外延層；2.4)淀積接觸電極：在P型GaN外延層表面利用電子束蒸發(fā)法淀積Ti/Au金屬層，作為刻蝕溝槽的掩膜和P型GaN外延層歐姆接觸金屬；利用電子束蒸發(fā)法在N型SiC襯底未外延的背面淀積金屬層Ni，作為N型歐姆接觸電極；2.5)光刻圖形：按照核電池溝槽的位置制作成光刻版，在淀積的金屬層Au表面旋涂一層光刻膠，利用光刻版對(duì)光刻膠進(jìn)行電子束曝光，形成腐蝕窗口；對(duì)腐蝕窗口處的Au、Ti金屬層進(jìn)行腐蝕，露出P型GaN外延層，得到溝槽刻蝕窗口和P型GaN外延層歐姆接觸電極；2.6)刻蝕溝槽：利用電感耦合等離子體ICP刻蝕技術(shù)，在露出的P型GaN外延層上刻出深度為3～7μm，寬度為5～14μm，間距為12～24μm的n個(gè)溝槽，并去除所有溝槽外部金屬層Au表面的光刻膠；(3)填充α放射源：采用淀積或涂抹的方法，在上PIN結(jié)和下PIN結(jié)的溝槽中填滿α放射源；(4)利用鍵合法將下PIN結(jié)的P型GaN外延層歐姆接觸電極與上PIN結(jié)的N型GaN外延層歐姆接觸電極壓合在一起，使上下PIN結(jié)中的溝槽形成鏡面對(duì)稱、相互貫通的一體結(jié)構(gòu)，從而完成外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池的制作。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.本發(fā)明由于高摻雜外延層采用GaN材料，其禁帶寬度比SiC大，抗輻照特性更好，進(jìn)一步提高了電池的工作電壓。2.本發(fā)明由于將兩個(gè)PIN結(jié)串聯(lián)放置，提高了電池的輸出電壓。3.本發(fā)明將α放射源置于溝槽中，使得α放射源產(chǎn)生的高能α粒子直接射入PIN結(jié)的空間電荷區(qū)，減小了高能α粒子的能量損耗，從而提高了能量收集率和電池的輸出電流；4.本發(fā)明由于溝槽寬度不大于α放射源釋放的高能α粒子在α放射源材料中平均入射深度的兩倍，顯著減少了高能α粒子在α放射源內(nèi)部的能量衰減，提高了能量收集率和電池的輸出電流；附圖說(shuō)明圖1是現(xiàn)有的PIN核電池的截面示意圖；圖2是本發(fā)明外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池的截面示意圖；圖3是本發(fā)明制作外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池的流程圖；圖4是本發(fā)明制作上PIN結(jié)的流程示意圖；圖5是本發(fā)明制作下PIN結(jié)的流程示意圖；圖6是本發(fā)明在上、下PIN結(jié)溝槽填充α放射源的示意圖。具體實(shí)施方式參照?qǐng)D2，本發(fā)明的外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池，包括：PIN單元和α放射源，所述PIN單元采用上下兩個(gè)PIN結(jié)串聯(lián)構(gòu)成，其中：上PIN結(jié)，包括P型歐姆接觸電極1、P型SiC襯底2、P型SiC外延層3、N型GaN外延層4、N型GaN外延層歐姆接觸電極5。其中：N型GaN外延層歐姆接觸電極5由100nm、200nm厚的Ti/Au金屬層構(gòu)成；N型GaN外延層4的厚度為0.5～1μm，其位于N型GaN外延層歐姆接觸電極5的上方；P型SiC外延層3的厚度為4～9μm，其位于N型GaN外延層4的上方；P型SiC襯底2濃度為lx1018cm-3，其位于P型SiC外延層3上方；P型歐姆接觸電極1采用厚度為300nm的金屬層Ni，其位于P型SiC襯底2的上方。下PIN結(jié)，包括P型GaN外延層歐姆接觸電極6、P型GaN外延層7、N型SiC外延層8、N型SiC襯底9、N型歐姆接觸電極10。其中：N型歐姆接觸電極10采用厚度為300nm金屬層Ni作為接觸電極；N型SiC襯底9濃度為lx1018cm-3，其位于N型歐姆接觸電極10的上方；N型SiC外延層8的厚度為4～9μm，其位于N型SiC襯底9的上方；P型GaN外延層7的厚度為0.5～1μm，其位于N型SiC外延層8的上方；P型GaN外延層歐姆接觸電極6由100nm、200nm厚的Ti/Au金屬層構(gòu)成，其位于P型GaN外延層7的上方。每個(gè)PIN結(jié)中均設(shè)有n個(gè)溝槽11，其中n≥2，溝槽11的深度h滿足m+q<h< m+q+r，m為N型GaN外延層4或P型GaN外延層7的厚度，q為N型GaN外延層歐姆接觸電極5或P型GaN外延層歐姆接觸電極6的厚度，r為P型SiC外延層3或N型SiC外延層8的厚度；每個(gè)溝槽11的寬度L滿足L≤2g，其中g(shù)為α放射源12釋放的高能α粒子在α放射源中的平均入射深度，對(duì)于α放射源為Am241的，其取值為：g＝7.5μm，對(duì)于α放射源為Pu238的，其取值為：g＝10μm；而相鄰兩個(gè)溝槽11的間距d滿足d≥i，對(duì)于α放射源為Am241的，其取值為：i＝10μm，對(duì)于α放射源為Pu238的，其取值為：i＝18.2μm；α放射源12放置在每個(gè)溝槽11中，以產(chǎn)生高能α粒子。上PIN結(jié)的N型GaN外延層歐姆接觸電極5與下PIN結(jié)中的P型GaN外延層歐姆接觸電極6鍵合在一起，從而組成一個(gè)PIN單元。上PIN結(jié)與下PIN結(jié)的每個(gè)溝槽11在PIN單元中呈鏡面對(duì)稱分布，貫通在一起。上述PIN單元中的P型SiC襯底2、P型SiC外延層3、N型SiC外延層8、N型SiC襯底9，均為4H-SiC材料。器件工作狀態(tài)下，大部分從α放射源12所釋放的高能α粒子直接入射于N型GaN外延層4和P型SiC外延層3交界處附近的空間電荷區(qū)，以及P型GaN外延層7和N型SiC外延層8交界處附近的空間電荷區(qū)，進(jìn)而激發(fā)載流子，最終形成輸出電流。參照?qǐng)D3，本發(fā)明制作外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池的方法，給出如下三個(gè)實(shí)施例：實(shí)施例1，制備α放射源為Am241，具有2個(gè)溝槽的外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池。步驟1:制作上PIN結(jié)。參照?qǐng)D4，本步驟的實(shí)施如下：(1a)清洗P型SiC襯底，以去除表面污染物，如圖4(a)所示。(1a.1)將摻雜濃度為lx1018cm-3的P型SiC襯底樣片在NH4OH+H2O2試劑中浸泡樣品10min，取出后烘干，以去除樣品表面有機(jī)殘余物；(1a.2)將去除表面有機(jī)殘余物后的P型SiC襯底再使用HCl+H2O2試劑浸泡10min，取出后烘干，以去除離子污染物。(1b)外延生長(zhǎng)P型SiC外延層，如圖4(b)所示。在清洗后的P型SiC襯底上利用化學(xué)氣相淀積CVD方法外延生長(zhǎng)鋁摻雜的P型摻雜SiC外延層。其工藝條件為：外延溫度為1550℃，壓強(qiáng)為100mbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載氣為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁，得到鋁摻雜濃度為1x1015cm-3，厚度為4μm的P型SiC外延層。(1c)外延生長(zhǎng)N型GaN外延層，如圖4(c)所示。在生長(zhǎng)的P型SiC外延層上利用化學(xué)氣相淀積CVD法外延生長(zhǎng)N型GaN外延層，其工藝條件為：外延溫度為940℃，壓強(qiáng)為100mbar，反應(yīng)物是TEGa和氨氣，載氣為純氫氣，形成載流子濃度為1x1019cm-3，厚度為0.5μm的N型GaN外延層，得到P型SiC樣片。(1d)淀積金屬接觸電極，如圖4(d)所示。(1d.1)對(duì)完成N型GaN外延層生長(zhǎng)后的P型SiC樣片進(jìn)行RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗；(1d.2)將清洗后的樣片放入電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)中的載玻片上，調(diào)整載玻片到靶材的距離為50cm，并將反應(yīng)室壓強(qiáng)抽至5×10-4Pa，調(diào)節(jié)束流為40mA，在P型SiC樣片的N型GaN外延層的表面依次淀積厚度為100nm的Ti金屬層與厚度為200nm的Au金屬層；(1d.3)利用電子束蒸發(fā)法，在P型SiC樣片未外延的背面淀積厚度為300nm的Ni金屬層。(1e)在P型SiC樣片外延一側(cè)淀積的Au金屬層上刻出結(jié)構(gòu)圖形窗口，如圖4(e)所示。(1e.1)在P型SiC樣片外延一側(cè)淀積的Au金屬層表面上旋涂一層光刻膠，按照電池2個(gè)溝槽的位置制作成光刻版，用電子束對(duì)光刻膠曝光，形成腐蝕窗口；(1e.2)利用反應(yīng)離子工藝刻蝕Au、Ti金屬層，反應(yīng)氣體采用氧氣，直至在腐蝕窗口露出N型GaN外延層，得到N型GaN外延層歐姆接觸電極和溝槽刻蝕窗口。(1f)刻蝕溝槽，如圖4(f)所示。利用電感耦合等離子體ICP刻蝕技術(shù)，在溝槽刻蝕窗口露出的N型GaN外延層上刻出深度為3μm，寬度為5μm，間距為12μm的2個(gè)溝槽，并去除所有溝槽外部金屬Au表面的光刻膠。步驟2:制作下PIN結(jié)。參照?qǐng)D5，本步驟的實(shí)施如下：(2a)清洗N型SiC襯底，以去除表面污染物，該N型SiC襯底的摻雜濃度為lx1018cm-3，如圖5(a)所：本步驟與實(shí)施例1的步驟(1a)相同。(2b)外延生長(zhǎng)N型SiC外延層，如圖5(b)所示。在清洗后的SiC樣片上利用化學(xué)氣相淀積CVD方法外延生長(zhǎng)氮摻雜的N型摻雜SiC外延層。其工藝條件為：外延溫度為1550℃，壓強(qiáng)為100mbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載氣為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)?，得到氮摻雜濃度為1x1015cm-3，厚度為4μm的N型SiC外延層。(2c)外延生長(zhǎng)P型GaN外延層，如圖5(c)所示。(2c.1)將生長(zhǎng)N型SiC外延層的N型SiC襯底放入化學(xué)氣相淀積CVD爐中，在H2氛圍下加熱到1100℃，保持10min；(2c.2)將反應(yīng)室的壓強(qiáng)設(shè)為200mbar，用N2和H2的混合氣體作為載氣，向反應(yīng)室內(nèi)通入流量分別為52.3μmol·min-1和0.035mol·min-1的三甲基鋁和NH3，在SiC外延層上生長(zhǎng)60nm厚的AlN；(2c.3)將反應(yīng)室降溫至1050℃，向反應(yīng)室內(nèi)通入流量分別為6.5μmol·min-1、8.93mmol·min-1和0.18μmol·min-1的三乙基鎵、NH3和CP2Mg，完成鎂摻雜濃度為1x1019cm-3，厚度為0.5μm的P型GaN外延層，得到N型SiC樣片。(2d)淀積金屬接觸電極，如圖5(d)所示。(2d.1)對(duì)完成P型GaN外延層生長(zhǎng)后的N型SiC樣片進(jìn)行RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗；(2d.2)將清洗后的樣片放入電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)中的載玻片上，調(diào)整載玻片到靶材的距離為50cm，并將反應(yīng)室壓強(qiáng)抽至5×10-4Pa，調(diào)節(jié)束流為40mA，在N型SiC樣片的P型GaN外延層的表面表面依次淀積厚度為100nm的Ti金屬層與厚度為200nm的Au金屬層；(2d.3)利用電子束蒸發(fā)法，在襯底N型SiC樣片未外延的背面淀積厚度為300nm的Ni金屬層。(2e)在N型SiC樣片外延一側(cè)淀積的Au金屬層上刻出結(jié)構(gòu)圖形窗口，如圖5(e)所示。(2e.1)在N型SiC外延一側(cè)淀積的Au金屬層表面上旋涂一層光刻膠，使用上PIN結(jié)工藝中的光刻版，用電子束對(duì)光刻膠曝光，形成腐蝕窗口；(2e.2)利用反應(yīng)離子工藝刻蝕Au、Ti金屬層，反應(yīng)氣體采用氧氣，直至在腐蝕窗口露出P型GaN外延層，得到P型GaN外延層歐姆接觸電極和溝槽刻蝕窗口。(2f)刻蝕溝槽，如圖5(f)所示。利用電感耦合等離子體ICP刻蝕技術(shù)，在溝槽刻蝕窗口露出的P型GaN外延層上刻出深度為3μm，寬度為5μm，間距為12μm的2個(gè)溝槽，并去除所有溝槽外部金屬Au表面的光刻膠。步驟3：填充α放射源，如圖6所示。采用涂抹的方法，在上PIN結(jié)的所有溝槽中填滿α放射源Am241，如圖6(a)；采用涂抹的方法，在下PIN結(jié)的所有溝槽中填滿α放射源Am241，如圖6(b)。步驟4：利用鍵合法，將上方PIN結(jié)的P型歐姆接觸電極與下方PIN結(jié)的P型歐姆接觸電極壓合在一起，使上下PIN結(jié)中的溝槽形成鏡面對(duì)稱、相互貫通的一體結(jié)構(gòu)，從而得到外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池，如圖2所示。實(shí)施例2，制備α放射源為Am241，具有10個(gè)溝槽的外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池。步驟一:制作上PIN結(jié)。參照?qǐng)D4，本步驟的實(shí)施如下：1)清洗P型SiC襯底，以去除表面污染物，該P(yáng)型SiC襯底的摻雜濃度為lx1018cm-3，如圖4(a)所示：本步驟與實(shí)施例一的步驟(1a)相同。2)外延生長(zhǎng)P型SiC外延層，如圖4(b)所示。在清洗后的P型SiC襯底上利用化學(xué)氣相淀積CVD方法外延生長(zhǎng)鋁摻雜的P型摻雜外延層。其工藝條件為：外延溫度為1550℃，壓強(qiáng)為100mbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載氣為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁，得到鋁摻雜濃度為2x1015cm-3，厚度為6μm的P型SiC外延層。3)外延生長(zhǎng)N型GaN外延層，如圖4(c)所示。在生長(zhǎng)的P型SiC外延層上利用化學(xué)氣相淀積CVD法外延生長(zhǎng)N型GaN外延 層，其工藝條件為：外延溫度為940℃，壓強(qiáng)為100mbar，反應(yīng)物是TEGa和氨氣，載氣為純氫氣，形成載流子濃度為2x1019cm-3，厚度為0.7μm的N型GaN外延層，得到P型SiC樣片。4)淀積金屬接觸電極，如圖4(d)所示。本步驟與實(shí)施例一的步驟(1d)相同。5)在P型SiC樣片外延一側(cè)淀積的Au金屬層上刻出結(jié)構(gòu)圖形窗口，如圖4(e)所示。5.1)在P型SiC樣片外延一側(cè)淀積的Au金屬層表面上旋涂一層光刻膠，按照電池10個(gè)溝槽的位置制作成光刻版，用電子束對(duì)光刻膠曝光，形成腐蝕窗口；5.2)利用反應(yīng)離子工藝刻蝕Au、Ti金屬層，反應(yīng)氣體采用氧氣，直至在腐蝕窗口露出N型GaN外延層，得到N型GaN外延層歐姆接觸電極和溝槽刻蝕窗口。6)刻蝕溝槽，如圖4(f)所示。利用電感耦合等離子體ICP刻蝕技術(shù)，在溝槽刻蝕窗口露出的N型GaN外延層上刻出深度為5μm，寬度為10μm，間距為18μm的10個(gè)溝槽，并去除所有溝槽外部金屬Au表面的光刻膠。步驟二:制作下PIN結(jié)。參照?qǐng)D5，本步驟的實(shí)施如下：1)清洗N型SiC襯底，以去除表面污染物，該N型SiC襯底的摻雜濃度為lx1018cm-3，如圖5(a)所示：本步驟與實(shí)施例1的步驟(1a)相同。2)外延生長(zhǎng)N型SiC外延層，如圖5(b)所示。在清洗后的N型SiC襯底上利用化學(xué)氣相淀積CVD方法外延生長(zhǎng)氮摻雜的N型摻雜外延層。其工藝條件為：外延溫度為1550℃，壓強(qiáng)為100mbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載氣為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)?，得到氮摻雜濃度為2x1015cm-3，厚度為6μm的N型SiC外延層。3)外延生長(zhǎng)P型GaN外延層，如圖5(c)所示。3.1)本步驟的實(shí)施與實(shí)施例1的(2c.1)相同；3.2)本步驟的實(shí)施與實(shí)施例1的(2c.2)相同；3.3)將反應(yīng)室降溫至1050℃，向反應(yīng)室內(nèi)通入流量分別為6.5μmol·min-1、8.93mmol·min-1和0.18μmol·min-1的三乙基鎵、NH3和CP2Mg，完成鎂摻雜濃度為2×1019cm-3，厚度為0.7μm的P型GaN外延層，得到N型SiC樣片。4)淀積金屬接觸電極，如圖5(d)所示。本步驟與實(shí)施例一的步驟(2d)相同。5)在N型SiC樣片外延一側(cè)淀積的Au金屬層上刻出結(jié)構(gòu)圖形窗口，如圖5(e)所示。5.1)在N型SiC樣片外延一側(cè)淀積的Au金屬層表面上旋涂一層光刻膠，利用上PIN結(jié)工藝中的溝槽光刻版，用電子束對(duì)光刻膠曝光，形成腐蝕窗口；5.2)利用反應(yīng)離子工藝刻蝕Au、Ti金屬層，反應(yīng)氣體采用氧氣，直至在腐蝕窗口露出P型GaN外延層，得到P型GaN外延層歐姆接觸電極和溝槽刻蝕窗口。6)刻蝕溝槽，如圖5(f)所示。利用電感耦合等離子體ICP刻蝕技術(shù)，在溝槽刻蝕窗口露出的P型GaN外延層上刻出深度為5μm，寬度為10μm，間距為18μm的10個(gè)溝槽，并去除所有溝槽外部金屬Au表面的光刻膠。步驟三：填充α放射源，如圖6所示。采用淀積的方法，在上PIN結(jié)的所有溝槽中填滿α放射源Am241，如圖6(a)；采用淀積的方法，在下PIN結(jié)的所有溝槽中填滿α放射源Am241，如圖6(b)。步驟四：利用鍵合法，將上方PIN結(jié)的P型歐姆接觸電極與下方PIN結(jié)的P型歐姆接觸電極壓合在一起，使上下PIN結(jié)中的溝槽形成鏡面對(duì)稱、相互貫通的一體結(jié)構(gòu)，從而得到外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池，如圖2所示。實(shí)施例3，制備α放射源為Pu238，具有16個(gè)溝槽的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池。步驟A:制作上PIN結(jié)。參照?qǐng)D4，本步驟的實(shí)施如下：A1)清洗P型SiC襯底，以去除表面污染物，該P(yáng)型SiC襯底的摻雜濃度為lx1018cm-3，如圖4(a)所示：本步驟與實(shí)施例一的步驟(1a)相同。A2)外延生長(zhǎng)P型SiC外延層，如圖4(b)所示。在清洗后的P型SiC襯底上利用化學(xué)氣相淀積CVD方法外延生長(zhǎng)鋁摻雜的P型摻雜外延層。其工藝條件為：外延溫度為1550℃，壓強(qiáng)為100mbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載氣為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁，得到鋁摻雜濃度為3x1015cm-3，厚度為9μm的P型SiC外延層。A3)外延生長(zhǎng)N型GaN外延層，如圖4(c)所示。在生長(zhǎng)的P型SiC外延層上利用化學(xué)氣相淀積CVD法外延生長(zhǎng)N型GaN外延層，其工藝條件為：外延溫度為940℃，壓強(qiáng)為100mbar，反應(yīng)物是TEGa和氨氣，載氣為純氫氣，形成載流子濃度為3x1019cm-3，厚度為1μm的N型GaN外延層，得到P型SiC樣片。A4)淀積金屬接觸電極，如圖4(d)所示。本步驟與實(shí)施例一的步驟(1d)相同。A5)在P型SiC樣片外延一側(cè)淀積的Au金屬層上刻出結(jié)構(gòu)圖形窗口，如圖4(e)所示。A5.1)在P型SiC樣片外延一側(cè)淀積的Au金屬層表面上旋涂一層光刻膠，按照電池16個(gè)溝槽的位置制作成光刻版，用電子束對(duì)光刻膠曝光，形成腐蝕窗口；A5.2)利用反應(yīng)離子工藝刻蝕Au、Ti金屬層，反應(yīng)氣體采用氧氣，直至在腐蝕窗口露出N型GaN外延層，得到N型GaN外延層歐姆接觸電極和溝槽刻蝕窗口。A6)刻蝕溝槽，如圖4(f)所示。利用電感耦合等離子體ICP刻蝕技術(shù)，在溝槽刻蝕窗口露出的N型GaN外延層上刻出深度為7μm，寬度為14μm，間距為24μm的16個(gè)溝槽，并去除所有溝槽外部金屬Au表面的光刻膠。步驟B:制作下PIN結(jié)。參照?qǐng)D5，本步驟的實(shí)施如下：B1)清洗N型SiC襯底，以去除表面污染物，該N型SiC襯底的摻雜濃度為lx1018cm-3，如圖5(a)所示：本步驟與實(shí)施例1的步驟(1a)相同。B2)外延生長(zhǎng)N型SiC外延層，如圖5(b)所示。在清洗后的N型SiC襯底上利用化學(xué)氣相淀積CVD方法外延生長(zhǎng)氮摻雜的N型 摻雜外延層。其工藝條件為：外延溫度為1550℃，壓強(qiáng)為100mbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載氣為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)?，得到氮摻雜濃度為3x1015cm-3，厚度為9μm的N型SiC外延層。B3)外延生長(zhǎng)P型GaN外延層，如圖5(c)所示。B3.1)本步驟的實(shí)施與實(shí)施例1的(2c.1)相同；B3.2)本步驟的實(shí)施與實(shí)施例1的(2c.2)相同；B3.3)將反應(yīng)室降溫至1050℃，向反應(yīng)室內(nèi)通入流量分別為6.5μmol·min-1、8.93mmol·min-1和0.18μmol·min-1的三乙基鎵、NH3和CP2Mg，完成鎂摻雜濃度為3x1019cm-3，厚度為1μm的P型GaN外延層，得到N型SiC樣片。B4)淀積金屬接觸電極，如圖5(d)所示。本步驟與實(shí)施例一的步驟(2d)相同。B5)在N型SiC樣片外延一側(cè)淀積的Au金屬層上刻出結(jié)構(gòu)圖形窗口，如圖5(e)所示。(B5.1)在N型SiC樣片外延一側(cè)淀積的Au金屬層表面上旋涂一層光刻膠，利用上PIN結(jié)的16個(gè)溝槽圖形的光刻版，用電子束對(duì)光刻膠曝光，形成腐蝕窗口；(B5.2)利用反應(yīng)離子工藝刻蝕Au、Ti金屬層，反應(yīng)氣體采用氧氣，直至在腐蝕窗口露出P型GaN外延層，得到P型GaN外延層歐姆接觸電極和溝槽刻蝕窗口。B6)刻蝕溝槽，如圖5(f)所示。利用電感耦合等離子體ICP刻蝕技術(shù)，在溝槽刻蝕窗口露出的P型GaN外延層上刻出深度為7μm，寬度為14μm，間距為24μm的16個(gè)溝槽，并去除所有溝槽外部金屬Au表面的光刻膠。步驟C：填充α放射源，如圖6所示。采用涂抹的方法，在上PIN結(jié)的所有溝槽中填滿α放射源Pu238，如圖6(a)；采用涂抹的方法，在下PIN結(jié)的所有溝槽中填滿α放射源Pu238，如圖6(b)。步驟D：利用鍵合法，將上方PIN結(jié)的P型歐姆接觸電極與下方PIN結(jié)的P型歐姆接觸電極壓合在一起，使上下PIN結(jié)中的溝槽形成鏡面對(duì)稱、相互貫通的一體結(jié)構(gòu)，從而得到外延GaN的串聯(lián)式PIN結(jié)構(gòu)α輻照電池，如圖2所示。