Способ изготовления фотопреобразователя

 

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых фотопреобразователей и решает техническую задачу, состоящую в получении планарного p-n-перехода, контактной сетки и выводе ее на тыльную сторону фотопреобразователя в едином термическом цикле. Цель изобретения - повышение качества фотопреобразователя при упрощении технологии. Формируют p-n-переход из слоя стекла, содержащего примесь легирующего элемента, который наносится на поверхность кременной подложки из раствора боросодержащей композиции. В слое стекла методом фотолитографии или лазерного скрайбирования вскрывают "окна" до поверхности кремния по форме контактного рисунка. Подложку разделяют на части в местах вывода лицевой контактной сетки на тыльную сторону фотопреобразователя, устанавливая между ними зазор от 10^-5 до 10^-4м м. Затем подложку приводят в контакт с жидким алюминием или его сплавом, насыщенным от 10 до 50 мас. % акцепторным элементом. Температура контактирования 927-1173 К время изменяется от 0,3 до 2 с. После этого подложку выдерживают при температуре диффузии 1123-1373 К в течение 6·10² - 1,8·10³ с. . Способ позволяет обеспечить низкую энергоемкость процесса и высокую производительность. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии полупроводниковых фотопреобразователей (ФП) и может найти применение в технологии твердотельных интегральных и гибридных схем. Цель изобретения - повышение качества ФП при упрощении технологии изготовления. На чертеже схематически представлена кремниевая подложка, в сечении. На чертеже обозначены подложка 1, лицевая контактная сетка 2, слой 3, эвтектики, выводящей контактную сетку на тыл ФП; рабочий р-n-переход 4, тыльный контакт 5. П р и м е р 1. На поверхность монокристаллической кремниевой пластины n-типа проводимости наносят слой боросиликатного стекла толщиной 0,5-0,05 мкм. В слое стекла вскрывают "окна" по форме контактной гребенки с основным собирающим контактом, проходящим через центр пластины. Пластину разделяют пополам вдоль основного собирающего контакта с зазором, равным 10^-5 м. При температуре 927 К подложку приводят в контакт с жидким алюминием на время 2 с. Затем подложку выдерживают при температуре диффузии 1123 К в течение времени 1,8 х 10 с³ и охлаждают со скоростью, не превышающей 10 К/мин. Металлографические исследования шлифов полученных структур показали следующие значения для ширины алюминиевой прослойки эвтектического состава (11,7% Si) и толщины слоя твердых растворов кремния: у лицевой поверхности подложки ширина эвтектики составляла 40-42 мкм, у тыльной 48-50 мкм, толщиной твердого раствора составляла 10-12 мкм. Концентрация акцепторов и твердом растворе близка к предельной 2˙10¹⁹ атм/см³. Проводимость электрического слоя близка к проводимости чистого алюминия. Средний КПД ФП с двойным просветлением при интенсивности падающего излучения 55 МВт/см² и температуре 25^оС составлял 15,5%. Тыльный контакт создавался напылением. П р и м е р 2. Условия подготовки пластин аналогичны примеру 1. Перед контактированием подложки с расплавом алюминия подложку разделяют с зазором 10^-4 м. При температуре 1173 К подложку приводят в контакт с жидким алюминием или его сплавом с галлием (30 мас.%) на время 0,3 с. Температурно-временные режимы диффузии: температура 1373 К, время 6˙10² с. Скорость охлаждения 5 К/мин. Замеры параметров эвтектического слоя дали следующие результаты: ширина эвтектики у лицевой поверхности подложки составляла 50-60 мкм, у тыльной 45-50 мкм; толщина твердого раствора кремния составляла 20-25 мкм. Средний КПД ФП при тех же условиях составлял 15,5%. П р и м е р 3. Условия подготовки пластин аналогичны примеру 1. Перед контактированием подложку разделяют пополам с зазором 5˙10^-5 м. В контакт подложку проводят при температуре 1023 К на время 0,8 с. После удаления с поверхности подложки, закрытой боросиликатным стеклом алюминия, подложку выдерживают при температуре диффузии, равной 1123 К в течение 9˙10² с. При этом ширина слоя эвтектики у лицевой поверхности подложки составляла 30-35 мкм, у тыльной 25-30 мкм; толщина твердого раствора кремния 15-18 мкм. Концентрация алюминия в твердом растворе близка к предельной 18˙10¹⁹ атм/см³. Максимальный КПД ФП под осветителем (мощность 55 мВт/см², t = 25^оС) приближался к 16%. П р и м е р 4. На кремниевую монокристаллическую пластину р-типа проводимости наносят с лицевой стороны фосфоросиликатное стекло, с тыла боросиликатное стекло толщиной 0,5-0,6 мкм. В фосфоросиликатном стекле методом фотолитографии вскрывают окна в виде "гребенки" с основным собирающим контактом, проходящим через центр пластины. Пластину механически разделяют на две половины через центр полосы основного собирающего контакта и полученные торцы оттравливают. Затем соединяют обе половины вместе с зазором 10^-5 м. При температуре 1073 К подложку приводят в контакт с жидким оловом, насыщенным сурьмой, в течение 30 с и далее при температуре диффузии 1123 К в течение 1,8˙10³ с, а затем охлаждают. Тыльный контакт наносят напылением. Металлографические исследования шлифов полученных структур ФП позволили установить геометрические параметры эвтектического слоя, выводящего лицевую контактную сетку на тыл ФП. На лицевой стороне ширина слоя составляла 15-20 мкм, на тыльной стороне 12-15 мкм. Проводимость слоя близка к проводимости чистого олова. ФП, изготовленный на такой структуре, под осветителем (W ≈135 мВт/см²; t = 25^оС) дал средний КПД, близкий к 15%. П р и м е р 5. Условия подготовки подложки аналогичны примеру 1. Зазор между обеими половинами пластины устанавливают равным 10^-4 м. В контакт с жидким оловом подложку приводят при температуре 1223 К в течение времени 5 с и далее выдерживают при температуре диффузии, равной 1373 К, в течение 6˙10² с. Подложки охлаждают при скорости охлаждения, не превышающей 10 К/мин. На тыл напыляют контакт Тi-Pd-Ag, на лице формируют просветление. При этом у лицевой стороны ФП ширина слоя олова составляла 120-130 мкм, у тыльной 110-120 мкм. Средняя толщина твердого раствора кремния не превышала 20 мкм. Средняя эффективность ФП составляла 14,5%. П р и м е р 6. Подготовка подложек аналогична условиям примеров 1, 2. Зазор между половинами пластины устанавливается равным 2˙10^-5 м. При температуре 1173 К подложку приводили в контакт с жидким оловом, насыщенным сурьмой, на время 7 с и выдерживали при температуре диффузии 1173 К в течение времени 9˙10² с. Измерения ширины эвтектического слоя олова со стороны его нанесения дали величину 30-35 мкм, со стороны тыла 25-30 мкм. Толщина твердых растворов кремния по обе стороны эвтектического слоя составляла 10-15 мкм. Средний КПД ФП составлял 16%. Способ изготовления фотопреобразователя, основанный на использовании жидкофазного способа формирования контактной сетки с одновременным выводом ее на тыльную сторону ФП посредством эвтектического слоя, сформированного в зазоре между частями подложки, непосредственно в процессе диффузии, в сравнении с прототипом имеет следующие преимущества. Способ позволяет выводить лицевую контактную сетку на тыльную сторону ФП, что упрощает способ, коммутацию и сборку солнечных батарей, а также увеличивает фотоактивную поверхность фотопреобразователей. Простой мультипликацией подобных структур на одной монокристаллической подложке можно легко реализовать структуры ФП на вертикальных мультипереходах и высоковольтных ФП. Отсутствие промежуточных операций между процессами формирования контактной сетки, вывода ее на тыльную сторону и формирования рабочего р-n-перехода повышает качество структур, упрощает технологию, повышает производительность и делает возможным автоматизацию технологического процесса.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, включающий нанесение на поверхность полупроводниковой подложки слоя фосфоро-и(или) боросиликатного стекла с содержанием бора 10 - 50% и фосфора 5 - 45%, формирование контактной сетки путем вскрытия контактных окон в стеклах, нанесение жидкого металла-растворителя и термообработку с последующим охлаждением при скорости охлаждения, не превышающей 10 К/мин, отличающийся тем, что, с целью повышения качества фотопреобразователя при упрощении технологии, перед формированием контактной сетки в местах выхода сетки на тыльную сторону фотопреобразователя подложку разделяют на части с зазором 10^-5 - 10^-4 м, а термообработку проводят при температуре 1123 - 1373 К в течение 6 · 10² - 1,8 · 10³ с. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлрастворителя наносят алюминий или его сплав, насыщенный акцепторным элементом в количестве 10 - 50 мас.%, при температуре 927 - 1173 К в течение 0,3 - 2 с.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---