黑硅材料主要制備方法周艦波.ppt

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1、黑硅材料的主要制備方法：等離子體浸沒離子注入法硅太陽能電池6/14/2013華東師范大學(xué)微電子器件大論文1硅在地球上的儲存豐富，易提純，耐高溫，容易形成自然氧化物，具有良好的半導(dǎo)體絕緣層界面，因此晶體硅被大量的用于半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，在光電器件中也大量應(yīng)用。單晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池非晶硅太陽能電池硅的高反射率——損失40%以上抗反射膜法：硅表面制備一層抗反射膜(Si0，Ti0，Zn0，IT0或者Si3N4)，而抗反射膜膜厚與入射光波長和抗反射膜的折射率有關(guān)，這就決定了抗反射膜只能起到有限光譜范圍的抗反射作用，并且對入射光角度也有限制。

2、制絨法：在硅片表面用KOH(或NaOH)和乙醇(或異丙醇)混合液濕法制備，表面結(jié)構(gòu)呈金字塔形，但是制絨方法對晶體材料的晶向有要求，并且反射率隨著入射角度變化劇烈。6/14/2013華東師范大學(xué)微電子器件大論文2由于禁帶寬度大,晶體硅不能吸收波長大于1100nm的光波,當(dāng)入射光的波長大于1100nm時,硅探測器對光的吸收率和響應(yīng)率將大大降低。黑硅20世紀(jì)90年代末，美國哈佛大學(xué)物理實驗室教授用超短波、高強度激光脈沖掃描普通的硅片，經(jīng)過500次脈沖掃描后，用肉眼觀看硅晶片呈黑色，研究人員將這種物質(zhì)命名為“黑硅”黑硅作為一種反射率很低的硅表面或硅基

3、薄膜，具有奇特的光電性質(zhì)，對近紫外一近紅外波段的光(0.25~2.5um)幾乎全部吸收特性，具有良好的可見和近紅外發(fā)光特性以及良好的場致發(fā)射特性。6/14/2013華東師范大學(xué)微電子器件大論文3黑硅幾大制備方法化學(xué)腐蝕法：反射率仍較高飛秒激光掃描法：工藝復(fù)雜，成本高昂反應(yīng)離子刻蝕法：造成離子損傷等離子體浸沒離子注入法6/14/2013華東師范大學(xué)微電子器件大論文4利用等離子體中所產(chǎn)生的離子，直接把它“注入”晶片里，能量較低，可屬于淺結(jié)工藝。硅晶片可利用PIII技術(shù)進行碳、氮、氧和氬離子等的離子注入。等離子體浸沒離子注入處理對硅表面的影響可由顯

4、微拉曼光譜和原子力顯微技術(shù)探測到。6/14/2013華東師范大學(xué)微電子器件大論文5等離子體浸沒離子注入法plasmaimmersionionimplantation——PIII裝置的方框圖在圓柱形真空室中用電容射頻放電產(chǎn)生等離子體，工作氣體一般為氮氣，也可根據(jù)需要使用氫氣、氦氣、氬氣或甲烷。真空室的壓強為4*10-2Pa，真空可通過裝置的真空系統(tǒng)來獲得，工作氣體的壓力用電離規(guī)精確測量。等離子體密度和電子溫度用雙探針方法測出。脈沖發(fā)生器可以給靶提供直到-100kV的脈沖偏壓，脈沖的幅度、脈寬及間距可以根據(jù)注入?yún)?shù)和注入工藝的需要進行調(diào)節(jié)，脈沖的

5、電壓、波形等由脈沖測量裝置監(jiān)控6/14/2013華東師范大學(xué)微電子器件大論文6PIII用于黑硅材料制備采用等離子體表面處理制備黑硅可以減少67%的硅材料損失，并且對黑硅表面形貌晶向影響較小，適用于多晶硅材料制備。在現(xiàn)在的調(diào)查研究中，具有極低反射比的黑硅是采用PIII方法制備的。等離子體處理制備黑硅的方法一般采用流量比為4/1的SF6/O2反應(yīng)離子刻蝕硅片表面形成黑硅。作用機制：SF6產(chǎn)生F*基團?硅襯底?生成揮發(fā)性的SiF4氣體刻蝕作用O*基團與SiF4?鈍化物(SixOyFz)?沉積到硅?阻止F*與硅的繼續(xù)反應(yīng)鈍化作用直流脈沖偏壓作用下加速

6、的高能離子?撞擊沉積的SixOyFz?使F*繼續(xù)與硅反應(yīng)——最終硅片表面形成隨機分布的結(jié)構(gòu)6/14/2013華東師范大學(xué)微電子器件大論文7黑硅表面形貌6/14/2013華東師范大學(xué)微電子器件大論文8AFM顯微鏡下的黑硅的結(jié)構(gòu)形貌，可見其針狀結(jié)構(gòu)高度分布在0-550nm，即抗反射涂層厚550nm，結(jié)構(gòu)周期約為300nm，通過計算可得黑硅樣品的加權(quán)平均反射率低至6%總結(jié)目前，我國中科院各研究人員自行研制出的的等離子體浸沒離子注入設(shè)備，制備了納米表面結(jié)構(gòu)的黑硅材料。黑硅的納米結(jié)構(gòu)具有良好的吸光性能，也可以提高電池的填充因子與短路電流，從而大幅度提高

7、電池的轉(zhuǎn)換效率。黑硅優(yōu)異的光電特性注定了其未來具有不可限量的發(fā)展前景,尤其是黑硅的寬波段吸收性質(zhì),存在巨大的潛在應(yīng)用價值。此外,黑硅的強吸收特性也使其成為制備高效太陽能電池的理想材料。然而,將黑硅材料應(yīng)用在器件上還需要解決大量的科學(xué)技術(shù)問題,例如了解黑硅的熱力學(xué)性質(zhì)和黑硅制備工藝的重復(fù)性,如何精確控制黑硅表面微錐的形狀及均勻性,如果用其他方法制備出具有與黑硅同樣結(jié)構(gòu)以及同樣摻雜的硅物質(zhì)后,是否也能具備與黑硅同樣優(yōu)異的光電性質(zhì)等。6/14/2013華東師范大學(xué)微電子器件大論文9謝謝大家！謝謝大家！謝謝大家！謝謝大家！謝謝大家！謝謝大家！謝謝大家

8、！謝謝大家！6/14/201310