本发明涉及光电探测技术领域，特别涉及一种半导体辐射电池。
背景技术：
核电池具有能量密度高、寿命长、不受外界环境影响等特点，在航空航天领域、深海探测领域、微型电机领域都有广泛的应用前景。尤其是利用辐射伏特效应的半导体辐射电池，具有体积小、质量轻、易于集成化的特点。伴随着半导体材料制备工艺的成熟，成为最有潜力的辐射电池能量转换材料。在传统核电池制备工艺中，常用电极材料是al、cu、au、ni、ag、pt等金属或者合金。但发射源在金属电极层中沉积基本上都转换成热能，而且原子序数越高，沉积概率越大。因此，电极一般选择原子序数小的薄层金属电极。但是，目前常用的金属电极原子序数都较大。
技术实现要素：
为了克服已有的技术问题，本发明提供了一种石墨烯电极半导体beta辐射电池。石墨烯是碳元素组成，具有低的原子序数，可以减少发射源的沉积；同时具有高的载流子迁移率，可以实现电子空穴对的迅速分离。因此，可以提高辐射电池的有效吸收效率和能量转换效率。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：一种半导体辐射电池，其特征在于，包括依次形成于衬底上方的半导体转换层和石墨烯上电极、以及形成于衬底下方的金属下电极。
优选地，所述石墨烯上电极层的厚度在1-100nm。
优选地，半导体转换层的材料选择为sic、gan、zno、金刚石中任意一种。
优选地，半导体转换层的结构为pn结结构、pin结结构或肖特基结构中的任意一种。
优选地，下金属电极材料为ti、al、au中的任意一种。
优选地，金属电极的接触类型是欧姆接触。
优选地，半导体beta辐射电池的石墨烯上电极制备方法包括：
s1：碳化硅热分解法，主要应用于碳化硅辐射电池。
s2：湿法转移cvd石墨烯法，可以应用于任何材料的辐射电池，例如sic、gan、zno、金刚石辐射探测器。
s3：旋涂\滴涂\喷涂石墨烯溶液法，可以应用于任何材料的辐射电池，例如sic、gan、zno、金刚石辐射探测器。
优选地，利用掩膜法在石墨烯上电极上制备金属接线点，完成石墨烯电极beta辐射电池的制备。
本发明能够取得以下技术效果：
1、石墨烯原子序数小，突破了传统beta辐射电池中金属电极对beta粒子的沉积作用而导致的电池转换效率降低的弊端，提高电池的转换效率。
2、石墨烯载流子迁移率高，促进了电子和空穴的分离，提高了电池的转换效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种pn型半导体辐射电池的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的一种pin型半导体辐射电池的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的一种肖特基型半导体辐射电池的结构示意图。
其中附图标记包括：
衬底1、半导体转换层2、石墨烯上电极3、金属下电极4。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面将对本发明提供的一种半导体辐射电池进行详细说明。
本发明提供的一种半导体辐射电池主要包括：依次形成于衬底1上的半导体转换层2、上层电极以及形成于衬底1下方的金属下电极4；其中上层电极为具有beta电子高透过率的石墨烯上电极3。利用石墨烯小原子序数的特点，突破传统beta辐射电池中金属上电极对beta粒子的沉积作用而导致的电池转换效率降低的弊端。实现一种beta电子高透过率电极，同时结合石墨烯的高载流子迁移率，增强辐射产生电子-空穴对的分离，进一步提高电池的转换效率。实现高效半导体辐射电池。
衬底1可以是任意满足辐射吸收层生长的基底材料。
半导体转换层2的架构可以是pn结结构、pin结结构或者肖特基结构；
对于金属下电极4的材料选择可以是ti/al/au；
金属下电极4的接触类型为欧姆接触；
对于半导体转换层2的材料选择，可根据不同制备方法选择不同材料；
石墨烯电极制备方法可以根据不同需要进行选择，其中包括：
s1：碳化硅热分解法，主要应用于碳化硅辐射电池。
s2：湿法转移cvd石墨烯法，可以应用于任何材料的辐射电池，例如sic、gan、zno、金刚石辐射探测器。
s3：旋涂\滴涂\喷涂石墨烯溶液法，可以应用于任何材料的辐射电池，例如sic、gan、zno、金刚石辐射探测器。
图1为本发明实施例提供的一种pn型半导体辐射电池的结构示意图。
如图1所示，本发明实施例1中，衬底1为导电碳化硅衬底，pn结型sic外延结构的半导体转换层2制备在导电碳化硅衬底1上；金属下电极4为ti/au欧姆电极利用电子束蒸发和热蒸发工艺在导电碳化硅衬底1下表面形成，并进行退火操作，使金属下电极4稳定形成；然后利用湿法转移cvd石墨烯于p型碳化硅层，即p型层上，形成石墨烯上电极3；最后利用掩膜法，在石墨烯上电极3上制备金属接线点，完成石墨烯电极sicbeta辐射电池的制备。
图2为本发明另一种实施例提供的一种pin型半导体辐射电池的结构示意图。
如图2所示，本发明实施例2中，衬底1为蓝宝石衬底，pin型gan外延结构，即半导体转换层2，利用mocvd法制备在蓝宝石衬底上；金属下电极4为ti/au欧姆电极，利用电子束蒸发和热蒸发工艺在导电碳化硅衬底1下表面形成，并进行退火操作，使金属下电极4稳定形成；然后利用湿法转移工艺将cvd石墨烯转移至p型层上，形成石墨烯上电极3；随后利用半导体刻蚀工艺将p和i层刻蚀，暴露n型层电极连接处；利用紫外光刻中的套刻工艺，制备n型层暴露出的电极区域的掩膜图形，通过电子束蒸发工艺实现n型层电极；利用紫外光刻中套刻工艺，实现石墨烯上电极3的金属接线区域的掩膜图形，制备石墨烯金属接线点，完成石墨烯电极ganbeta辐射电池的制备。
本发明的一种石墨烯半导体beta辐射电池还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。例如，图3为本发明第三种实施例，提供的一种肖特基型半导体辐射电池的结构示意图。其中，半导体转换层2为肖特基结构。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
1.一种半导体辐射电池，其特征在于，包括依次形成于衬底(1)上方的半导体转换层(2)和石墨烯上电极(3)、以及形成于衬底(1)下方的金属下电极(4)。
2.如权利要求1所述的半导体辐射电池，其特征在于，所述石墨烯上电极(3)的厚度在1-100nm。
3.如权利要求1所述的半导体辐射电池，其特征在于，所述半导体转换层(2)的材料选择为sic、gan、zno、金刚石中任意一种。
4.如权利要求1所述的半导体辐射电池，其特征在于，所述半导体转换层(2)的结构为pn结结构、pin结结构或肖特基结构中的任意一种。
5.如权利要求1所述的半导体辐射电池，其特征在于，所述金属下电极(4)材料选择为ti、al、au中的任意一种。
6.如权利要求1所述的半导体辐射电池，其特征在于，所述金属下电极(4)的接触类型是欧姆接触。
7.如权利要求1所述的半导体辐射电池，其特征在于，所述的半导体辐射电池的石墨烯上电极(3)制备方法包括如下步骤：
s1：碳化硅热分解法。
s2：湿法转移cvd石墨烯法。
s3：旋涂\滴涂\喷涂石墨烯溶液法。
8.如权利要求1所述的半导体辐射电池，其特征在于，利用掩膜法在石墨烯上电极(3)制备金属接线点，完成石墨烯电极辐射电池的制备。
技术总结