Способ получения фотоактивной многослойной гетероструктуры на основе микрокристаллического кремния

Авторы патента:

H01L31/18 - способы и устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей (не предназначенные специально для этих приборов H01L 21/00)

B82B3/00 - Изготовление или обработка наноструктур

Владельцы патента RU 2599769:

Общество с ограниченной ответственностью специальное конструкторско-технологическое бюро "Инверсия" (RU)

Изобретение относится к технологии устройств нано- и микроэлектроники, нанофотоники. Сущность изобретения заключается в получении многослойной фотоактивной гетероструктуры на основе монолитно-стыкованных последовательно осажденных гидрогенизированных слоев микрокристаллического кремния µc-Si:H(i) и двуокиси кремния µc-SiO₂(n), µc-SiO₂(p) плазмохимическим осаждением с горячей нитью при температуре процесса, не превышающей 180°C, на подложки из боросиликатного стекла, на которые методом ВЧ-магнетронного осаждения наносится связующий слой толщиной не более 100 нм из прозрачного проводящего оксида, например ZnO, для улучшения адгезии и уменьшения плотности дефектов в микрокристаллической n-i-p гетероструктуре. Техническим результатом изобретения является выращивание на подложке боросиликатного стекла большой площади тонкопленочной структуры с однородными по толщине и малодефектными слоями гидрогенизированного микрокристаллического кремния и двуокиси кремния n-, i-, р-типа проводимости.

Изобретение относится к технологии устройств нано- и микроэлектроники, нанофотоники. Может быть использовано в солнечной энергетике и при разработке фотодетекторов и устройств типа КНИ (кремний на изоляторе).

Известен способ получения тонкой кристаллической пленки методом лазерной кристаллизации [Н. Kummori "Location control of crystal grains in excimer laser crystallization of silicon thin films" // Applied Physics Letters. Vol.83, (2003), pp.434-436; B. Rezek, C.E. Nebel, M. Stutzmann "Laser beam induced currents in polycrystalline silicon thin films prepared by interference laser crystallization"// Journal of Applied Physics. Vol.91, (2002), pp.4220-4228], который включает в себя нанесение на стеклянную подложку пленки кремния и последующую кристаллизацию пленки при помощи лазерного излучения. Недостатком метода является высокая стоимость технологического процесса, использующего длительные по времени режимы работы интерференционных лазерных систем, а также значительная зависимость однородности пленки от мощности излучения. Полученные поликристаллы имеют случайную форму и границы, которые определяются наличием распределения дефектов в аморфной пленке кремния.

Наиболее близким к изобретению является способ получения тонких пленок кремния с толщинами менее 100 нм на стекле [Патент РФ "Способ изготовления тонких кристаллических пленок кремния для полупроводниковых приборов", патент № RU 2333567 С2, автор(ы): Миловзоров Д.Е.]. Его сущность заключается в способе изготовления тонких кристаллических пленок кремния с толщинами менее 100 нм на стекле для полупроводниковых приборов, включающем очистку в вакууме поверхности слабоионизованной плазмой водорода, вакуумно-плазменное осаждение из газовой фазы кремнийсодержащих газов, формирование тонкой кристаллической пленки на подложку стекла, нанесение тонкопленочных металлических электродов. Недостатком данного метода является высокая температура вакуумного плазменного напыления тонкой кристаллической пленки кремния на металлическую сетку из тугоплавких металлов Мо, W, Та, V и их сплавов, находящуюся при температуре 800°C. Кроме того, требуется дополнительная технологическая операция по нанесению слоя двуокиси церия для формирования полностью кристаллической пленки кремния.

Целью изобретения является получение многослойной фотоактивной гетероструктуры из гидрогенизированных слоев микрокристаллического кремния и двуокиси кремния на подложке стекла с малой концентрацией дефектов и низкой температурой процесса осаждения. Задачей изобретения является разработка способа выращивания слоев микрокристаллического кремния и оксида кремния из смеси газов силана и водорода плазмохимическим осаждением с горячей нитью.

Для выполнения поставленной задачи предлагается способ получения многослойной тонкопленочной фотоактивной гетероструктуры на основе монолитно-стыкованных последовательно осажденных слоев n-, i- и р-типа проводимости гидрогенизированного микрокристаллического кремния плазмохимическим осаждением с горячей нитью на подложки боросиликатного стекла.

Получение фотоактивной гетероструктуры осуществляется по следующему алгоритму. Предварительно подготовленная (химическим травлением) подложка загружается в камеру ростовой установки. Для повышения адгезии полупроводникового материала с подложкой стекла необходимо вырастить связующий слой из прозрачного проводящего оксида (например, ZnO). В качестве мишени для формирования связующего слоя используются кристаллические пластины ZnO. Для создания плазмы используется газ Ar особо чистый. Процесс напыления слоя ZnO осуществляется методом ВЧ-магнетронного напыления с частотой 13.56 МГц. Мощность плазмы 100 Вт. Температура подложки 200°C. Скорость потока аргона 10 см³/мин. Давление в камере после напуска аргона - 10² Па. В указанных условиях скорость осаждения ZnO не превышала 50 нм/мин. Выращивался слой ZnO толщиной не более 100 нм. После чего проводилось формирование n-i-p гетероструктуры на основе микрокристаллического кремния. Особенностью процесса напыления является наличие легированных слоев оксида кремния µc-SiO₂(n) и µc-SiO₂(p). Первым этапом является выращивание µc-SiO₂(n) эмиттера. Для получения легированного слоя µс-SiO₂(n) использовалась газовая смесь: силан (SiH₄) + двуокись углерода (СО₂) + водород (H₂) + фосфин (РН₃). Соотношение скоростей газовых потоков задавалось следующее: SiH₄ - 2 см³/мин, CO₂ - 5 см³/мин, Н₂ - 10 см³/мин, РН₃ - 0,8 см³/мин. Температура подложки 180°C, температура нити накала 1800°C. Давление после закачки газовой смеси 8·10³ Па. В указанных условиях скорость осаждения не превышала 18 нм/мин. Выращивался слой толщиной 15 нм.

Получение микрокристаллического слоя абсорбера µc-Si:H(i) собственного типа проводимости проводилось следующим образом. Реагентами являлись газы силан (SiH₄) и водород (Н₂). В процессе плазменного напыления микрокристаллического кремния температура подложки составляла 180°C, температура нити накала 1800°C. Расход Н₂ в процессе химического осаждения i-слоя составлял 5 см³/мин, SiH₄ - 2 см³/мин. Давление газов в ростовой камере 10¹ Па. Скорость осаждения составляла 60 нм/мин. Наносился слой толщиной 1.8 мкм.

Для получения легированного слоя µc-SiO₂(p) эмиттера использовался газ диборан (В₂Н₆). Соотношение скоростей газовых потоков SiH₄ - 2 см³/мин, CO₂ - 5 см³/мин, Н₂ - 10 см³/мин, В₂Н₆ - 0,6 см³/мин. Температура подложки 180°C, температура нити накала 1800°C. Давление газов в камере 2·10³ Па. Скорость осаждения не превышала 19,2 нм/мин. Толщина слоя 15 нм.

Легирование фосфором и бором проводилось до уровня 10¹⁹ см^-3. После процесса выращивания многослойной гетероструктуры на основе микрокристаллического кремния производилась операция релаксационного отжига в установке быстрых термических процессов. Температура процесса 300°C, время отжига - 1 мин. Толщина гетероструктуры µc-SiO₂(n)/µc-Si:H(i)/µc-SiO₂(p) составляет 1.8 мкм. Общая толщина структуры 3.35 мм.

Техническим результатом изобретения является выращивание на стеклянной подложке большой площади тонкопленочной многослойной фотоактивной гетероструктуры µc-SiO₂(n)/µc-Si:H(i)/µc-SiO₂(p) с однородными по толщине и малодефектными слоями гидрогенизированного микрокристаллического кремния.

Способ получения многослойной фотоактивной гетероструктуры на основе монолитно-стыкованных последовательно осажденных слоев µс-SiO₂(n), µc-Si:H(i), µc-SiO₂(p) плазмохимическим осаждением с горячей нитью при давлении в ростовой камере не более 8·10³ Па, температуре процесса, не превышающей 180°С, на специально подготовленные подложки из боросиликатного стекла, на которые предварительно методом ВЧ-магнетронного осаждения наносится связующий слой из прозрачного проводящего оксида толщиной не более 100 нм для улучшения адгезии и уменьшения плотности дефектов в микрокристаллической n-i-p гетероструктуре.

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию. Предложена конструкция планарного преобразователя ионизирующих излучений, содержащая слаболегированную полупроводниковую пластину n (p) типа проводимости, в которой расположена сильнолегированная n+ (p+) область, на поверхности которой расположен электропроводящий электрод катода (анода), на верхней поверхности пластины расположена сильнолегированная p+ (n+) область, образующая с полупроводниковой пластиной p-n-переход, на поверхности p+ (n+) области расположен слой изолирующего диэлектрика и электропроводящий электрод анода (катода), являющийся радиоактивным изотопом, при этом на верхней и нижней поверхностях слаболегированной полупроводниковой пластины n- (p-) типа проводимости расположены сильнолегированные соответственно верхняя и нижняя горизонтальные p+ (n+) области, образующие с пластиной p-n-переходы p-i-n-диода, при этом они соединены между собой вертикальной р+ (n+) кольцевой областью, при этом верхняя горизонтальная p+ (n+) область образует со слоем изолирующего диэлектрика и электропроводящим электродом катода (анода) МОП структуру накопительного конденсатора, на верхней поверхности пластины также расположена n+ (p+) контактная область к пластине n- (p-) типа проводимости, на верхней и нижней поверхности горизонтальных p+ (n+) областей расположены соответственно слои верхнего и нижнего диэлектрика, содержащие контактные окна соответственно к n+ (p+) контактной области и нижней горизонтальной p+ (n+) области, на поверхности верхнего и нижнего диэлектриков расположены соответственно верхний и нижний слои радиоактивного изотопа - металла, образующие омические контакты соответственно с n+ (p+) контактной областью и нижней горизонтальной p+ (n+) областью, являющиеся электродами катода (анода) и анода (катода) соответственно p-i-n-диода.

Способ изготовления многопереходного солнечного элемента // 2589464

Изобретение относится к солнечной энергетике и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую. Способ изготовления многопереходного солнечного элемента согласно изобретению включает последовательное формирование субэлемента из Ge с p-n переходом, первого туннельного диода, субэлемента Ga(In)As с p-n переходом, второго туннельного диода, субэлемента из GaInP с p-n переходом и контактного слоя из GaAs, нанесение тыльного омического контакта р-типа на тыльную сторону субэлемента из Ge и нанесение через первую маску первого омического контакта n-типа на контактный слой GaAs, удаление химическим травлением через вторую маску участков контактного слоя из GaAs, где отсутствует первый омический контакт, и нанесение на эти участки просветляющего покрытия, создание ступенчатой разделительной мезы путем травления через третью маску контактного слоя из GaAs и субэлемента из GaInP на глубину 0,2-0,4 мкм, осаждения через третью маску первого пассивирующего покрытия, вскрытия через четвертую маску первых окон в первом пассивирующем покрытии, осаждения второго омического контакта p-типа на вскрытые первые окна, травления через пятую маску, закрывающую второй омический контакт, субэлемента из GaInP и субэлемента из Ga(In)As до субэлемента из Ge, осаждения через пятую маску второго пассивирующего покрытия, вскрытия через шестую маску вторых окон во втором пассивирующем покрытии, осаждения третьего омического контакта n-типа на вскрытые вторые окна, травления через седьмую маску, закрывающую третий омический контакт, субэлемента из Ge на глубину 2-10 мкм и осаждения через седьмую маску третьего пассивирующего покрытия.

Способ формирования активной n-области солнечных элементов // 2586267

Изобретение относится к солнечной энергетике. Способ формирования активной n- области солнечных элементов включает процесс образования фосфоросиликатного стекла на поверхности полупроводниковой пластины из газовой фазы, при этом в качестве источника диффузанта используется жидкий источник оксихлорид фосфора (POCl3) при следующем соотношении компонентов: азот N2=280 л/ч, кислород O2=300 л/ч, кислород O2=15 л/ч, азот через питатель N2=14 л/ч.

Способ обработки поверхности пластин для формирования солнечных элементов // 2586266

Изобретение относится к технологии обработки поверхности полупроводниковых пластин, в частности к процессам очистки поверхности пластин между технологическими операциями, для изготовления солнечных элементов.

Способ осаждения тонких пленок на поверхности подложек для изготовления солнечных элементов // 2586265

Изобретение относится к технологии изготовления солнечных элементов. Способ согласно изобретению заключается в том, что на поверхности подложки формируют тонкий слой пленки диоксида кремния за счет горения водорода и сухого кислорода в среде азота при расходе газов: N2=450 л/ч; H2=75 л/ч; O2=750±50 л/ч.

Полупроводниковый детектор с внутренним усилением на основе полуизолирующего арсенида галлия и способ его изготовления // 2586081

Изобретение относится к радиографии, в частности к системам цифрового изображения в рентгеновских и гамма-лучах с помощью многоканальных полупроводниковых детекторов на основе полуизолирующего арсенида галлия.

Способ сборки фоточувствительного модуля на растр // 2580184

Изобретение относится к конструкции матричных полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения.

Способ вытравливания контактной площадки встроенного диода фотопреобразователя // 2577826

Изобретение относится к технологии изготовления трехкаскадных фотопреобразователей со встроенным диодом. Согласно изобретению на трехкаскадной полупроводниковой структуре GaInP/GaAs/Ge, выращенной на германиевой подложке с p-AlGaInP слоем потенциального барьера, p++-AlGaAs и n++-GaInP слоями туннельного перехода верхнего каскада, создают фоторезистивную маску с окнами лицевых контактов фотопреобразователя и диода, удаляют в диодном окне маски полупроводниковые слои, причем вытравливают p-AlGaInP слой потенциального барьера полностью или частично в смеси концентрированных соляной и фтористоводородной кислот в количественном соотношении объемных частей 5÷7 и 3÷5 соответственно, p++-AlGaAs слой туннельного перехода удаляют в смеси концентрированных соляной и лимонной (50%) кислот в количественном соотношении объемных частей 6÷10 и 8÷12 соответственно.

Способ изготовления гетероструктурного солнечного элемента // 2575974

Способ изготовления гетероструктурного солнечного элемента включает выращивание полупроводниковой гетероструктуры на германиевой подложке, создание омических контактов со стороны тыльной поверхности германиевой подложки и со стороны фронтальной поверхности гетероструктуры, нанесение просветляющего покрытия на фронтальную поверхность гетероструктуры, создание разделительной мезы через маску фоторезиста путем травления первой канавки в полупроводниковой гетероструктуре до германиевой подложки.

Способ изготовления фотопреобразователя на основе gasb // 2575972

При изготовлении фотопреобразователя согласно изобретению на тыльной стороне подложки GaSb n-типа проводимости выращивают методом эпитаксии высоколегированный контактный слой n+-GaSb, а на лицевой стороне подложки - буферный слой n-GaSb.

Способы повышения прочности бетона при сжатии с использованием нанокремнезёма, полученного из гидротермального раствора // 2599739

Изобретение относится к составу высокопрочного бетона и может быть использовано для изготовления изделий в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.

Способ очистки детонационных нанодисперсных алмазов // 2599665

Изобретение относится к физико-технологическим процессам обработки алмазосодержащих суспензий. Твердую углеродную массу, выделенную после завершения детонационного синтеза, обрабатывают в автоклаве водным раствором нитрата аммония с добавками азотной кислоты при температуре 200-260°С до прекращения газовыделения, при этом концентрация твердой фазы в суспензии составляет 5%, на 1 вес.ч.

Смазочная композиция с использованием углеродных нанотрубок и нановолокон // 2599632

Настоящее изобретение относится композиционному смазочному материалу на основе смазочных коммерческих масел, при этом он содержит углеродные наноматерилы - нанотрубки и нановолокна - в соотношении 70:30 мас.

Способ получения наночастиц ароматизатора "тропик" в альгинате натрия // 2599486

Изобретение относится к способу получения нанокапсул ароматизатора «тропик» в альгинате натрия. Указанный способ характеризуется тем, что ароматизатор «тропик» растворяют в бутаноле, диспергируют полученную смесь в раствор альгината натрия в метаноле в присутствии сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты при перемешивании 1300 об/мин, далее приливают бутанол и воду, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Способ получения нанокапсул флавоноидов шиповника // 2599485

Изобретение относится к способу получения нанокапсул флавоноидов шиповника. Указанный способ характеризуется тем, что флавоноиды шиповника диспергируют в суспензию альгината натрия в изопропаноле в присутствии сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты при перемешивании 1300 об/мин, далее приливают бутилхлорид, выпавший осадок нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро/оболочка в нанокапсулах составляет 1:3, 1:1 или 5:1.

Способ получения нанокапсул экстракта зеленого чая // 2599484

Изобретение относится к способу получения нанокапсул экстракта зеленого чая. Указанный способ характеризуется тем, что экстракт зеленого чая добавляют в суспензию альгината натрия в бутаноле в присутствии сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты при перемешивании 1300 об/мин, далее приливают этилацетат, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро : оболочка в нанокапсулах составляет 1:3, 1:1 или 1:5.

Способ получения нанокапсул бетулина // 2599483

Изобретение относится к способу получения нанокапсул бетулина. Указанный способ характеризуется тем, что порошок бетулина диспергируют в суспензию альгината натрия в бензоле в присутствии сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты при перемешивании 1300 об/мин, далее приливают бутилхлорид, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро/оболочка в нанокапсулах составляет 1:3 или 1:1.

Способ получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих кардиотоническим действием // 2599481

Изобретение относится к способу получения нанокапсул настойки боярышника. Указанный способ характеризуется тем, что настойку боярышника добавляют в суспензию альгината натрия в петролейном эфире в присутствии сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты при перемешивании 1300 об/мин, далее приливают метиленхлорид, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Способ получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих седативным действием в конжаковой камеди // 2599009

Изобретение относится к способу получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих седативным действием, характеризующемуся тем, что 5 мл настойки пустырника, или 5 мл настойки валерьяны, или 10 мл настойки пиона уклоняющегося добавляют в суспензию, содержащую 3 г конжаковой камеди в гексане, в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, при перемешивании 1300 об/мин, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Способ получения нанокапсул ципрофлоксацина гидрохлорида в альгинате натрия // 2599007

Изобретение относится к области нанотехнологии и медицины. Описан способ получения нанокапсул ципрофлоксацина гидрохлорида в оболочке из альгината натрия.

Способ получения нанокапсул аминогликозидных антибиотиков в альгинате натрия // 2599841

Изобретение относится к области нанотехнологии и медицины. Описан способ получения нанокапсул аминогликозидного антибиотика в оболочке из альгината натрия. Согласно способу по изобретению аминогликозидный антибиотик порциями добавляют в суспензию альгината натрия в бензоле, содержащую препарат Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при массовом соотношении аминогликозидный антибиотик : альгинат натрия 1:1 или 1:3. Смесь перемешивают, затем добавляют метилэтилкетон. Полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают, промывают метилэтилкетоном и сушат. Процесс осуществляют в течение 15 минут. Способ по изобретению обеспечивает упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул в альгинате натрия и увеличение выхода по массе. 1 ил., 7 пр.