Способ получения наномодифицированной структуры на поверхности кремния



Способ получения наномодифицированной структуры на поверхности кремния
Способ получения наномодифицированной структуры на поверхности кремния
H01L31/1804 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Владельцы патента RU 2649223:

Общество с ограниченной ответственностью "СОЛЭКС-С" (RU)

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в том числе солнечных фотоэлектрических элементов (СФЭ). Сущность способа состоит в следующем. Для снижения энергетических затрат и уменьшения геометрических размеров формируемых на поверхности пластины кремния наноструктур, перед лазерной обработкой на поверхности пластины формируется тонкая оптически прозрачная пленка диэлектрика, после чего осуществляется обработка лазерным излучением наносекундной длительности длиной волны от 193 до 355 нм. Техническим результатом изобретения является возможность создания на поверхности кремния равномерной, наноструктурированной, кристаллической, колончатой поверхности с помощью импульсного лазерного излучения с плотностью энергии и числом импульсов, существенно меньшими, чем в известных аналогичных способах. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области изготовления оптоэлектронных приборов, в частности солнечных фотоэлектрических элементов. (СФЭ), в частности к способам структурирования поверхности монокристаллического кремния с помощью лазера.

Уровень техники

Для уменьшения коэффициента отражения света от поверхности СФЭ используется процесс структурирования полупроводниковой пластины с применением лазерного излучения.

Известен способ обработки поверхности мультикристаллического кремния (Е.В. Хайдуков «Лазерное текстурирование кремния для создания солнечных элементов». Известия Вузов. Приборостроение. - 2011. - Т. 54. - №2), включающий обработку с помощью импульсного излучения лазера, сфокусированного перпендикулярно поверхности обработки с длительностью импульса 15 нс, длиной волны 532 нм и частотой 10 Гц в вакууме и в атмосфере диоксида углерода. Предпочтительным режимом обработки, при котором происходит формирование равномерной столбчатой текстуры на поверхности кремния, является его обработка в вакууме при остаточном давлении 10-6 мм рт.ст. и плотности энергии 3-5 Дж/см2 и числом импульсов 10000.

Недостатками способа являются большие размеры столбчатой структуры, достигающей размеров до 10 мкм, а также высокие трудоемкость и энергозатратность процесса. Кроме этого необходимость использования вакуума и атмосферы диоксида углерода значительно усложняют процесс лазерного структурирования.

Прототипом изобретения является патент RU 2501057, 10.12.2013 «Способ обработки поверхности монокристаллического кремния ориентации (111)». В соответствии с этим способом обработку ведут с помощью импульсного излучения лазера, сфокусированного перпендикулярно поверхности обработки с длительностью импульса 15 нс, длиной волны 266 нм и частотой 6 Гц на воздухе. Предпочтительный режим обработки, при котором происходит формирование равномерной текстуры на поверхности кремния: число импульсов составляет 5500-7000 с плотностью энергии на обрабатываемой поверхности 0,3 Дж/см2.

Недостатками способа являются: большие размеры пирамидальной структуры, достигающей размеров до 5-8 мкм, а также высокие трудоемкость и энергозатратность процесса.

Техническая задача

Технической задачей изобретения является: снижение времени и энергозатратности процесса обработки поверхности кремния; улучшение морфологии и геометрических размеров сформированных структур.

Решение

Технический результат достигается за счет способа равномерного структурирования поверхности монокристаллического кремния, включающего обработку с помощью импульсного излучения лазера наносекундной длительности, направленного перпендикулярно поверхности обработки. Причем предварительно на пластину монокристаллического кремния наносится тонкая пленка оптически прозрачного диэлектрика, а обработку лазером ведут импульсами с длиной волны от 193 до 355 нм с плотностью энергии на обрабатываемой поверхности менее 0,3 Дж/см2.

Способ может быть реализован таким образом, что количество импульсов для обработки каждого участка поверхности кремния составляет от 300 до 1800.

Описание чертежей

На фиг. 1 и 2 показаны фотографии среза кремниевой пластины в разных масштабах, полученных на растровом электронном микроскопе Jeol JSM66110LV, где 1 - тело исходной кремниевой пластины, 2 - колончатые кремниевые наноструктуры, формируемые на поверхности кремниевой пластины.

На фиг. 3 показана спектральная характеристика колончатой структуры, сформированной на поверхности кремниевой пластины, полученная с помощью установки NTEGRA Spectra.

Детальное описание

Задача решается за счет того, что при обработке поверхности монокристаллического кремния, включающей обработку с помощью импульсного излучения лазера, предварительно на поверхность монокристаллического кремния наносится слой тонкого оптически прозрачного диэлектрика (например: нитрид кремния, окись кремния, окись цинка), после чего поверхность монокристаллического кремния обрабатывают с помощью импульсного излучения лазера, сфокусированного перпендикулярно поверхности обработки наносекундной длительности, длиной волны от 193 до 355 нм с плотностью энергии на обрабатываемой поверхности менее 0,3 Дж/см2.

Преимущество заявляемого способа заключается в том, что данный способ позволяет при минимальных временных и энергозатратах формировать равномерные периодические структуры, имеющие монокристаллическую колончатую структуру с нанокристаллической вершиной с характерным размером порядка 1-2 мкм.

Пример реализации

Конкретный пример реализации способа обработки поверхности монокристаллического кремния ориентации (100). На пластины монокристаллического кремния ориентации (100) размером 156×156 мм, прошедшие операцию травления нарушенного слоя, нанесли пленку силикатного стекла из золь-гель раствора следующего состава, %:

бутанол 30-80
тетраэтоксисилан 10-19
вода деионизованная 5-30

После деструкции при температуре 700°C толщина пленки силикатного стекла на различных образцах варьировалась от 100 нм до 300 нм.

Далее пластины монокристаллического кремния закреплялись в держателе перпендикулярно импульсному излучению Nd:YAG лазера. Лазерное излучение с длиной волны λ=266 нм фокусировалось посредством линзы и гомогенизатора на обрабатываемой поверхности. После чего проводили обработку поверхности пластины наносекундными импульсами с длительностью τ=18 нс, частотой 10 Гц и плотностью энергии 0,3 Дж/см2 на обрабатываемой поверхности. Количество импульсов составляло N=1000 в атмосфере воздуха при комнатной температуре. При этих условиях на поверхности кремния сформировались колончатые наноструктуры размером 200×1000 нм (фиг. 1 и фиг. 2). Увеличение плотности энергии до 0,6-0,7Дж/см2 или количества импульсов более 5000 приводило к пропаданию эффекта образования данных структур. Процесс формирования структур происходил без плавления поверхности кремния. Оставшаяся после обработки лазером пленка силикатного стекла стравливалась в 5% растворе плавиковой кислоты.

При исследовании полученных таким образом структур с помощью установки NTEGRA Spectra была получена карта спектров комбинационного рассеяния света (КРС) торцевой поверхности пластины, содержащей столбчатые образования (фиг. 3). Анализ данных колончатых наноструктур показал, что это монокристаллический кремний.

1. Способ равномерного структурирования поверхности монокристаллического кремния, включающий обработку с помощью импульсного излучения лазера наносекундной длительности, направленного перпендикулярно поверхности обработки, отличающийся тем, что предварительно на пластину монокристаллического кремния наносится тонкая пленка оптически прозрачного диэлектрика, а обработку лазером ведут импульсами с длиной волны от 193 до 355 нм с плотностью энергии на обрабатываемой поверхности менее 0,3 Дж/см2.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пленки используется силикатное стекло.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве материала диэлектрической пленки используется нитрид кремния, или окись кремния, или окись цинка.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что количество импульсов для обработки каждого участка поверхности кремния составляет от 300 до 1800.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к структуре двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля (фотопреобразователя) на основе аморфного и микрокристаллического кремния. Тонкопленочный солнечный модуль состоит из последовательно расположенных: фронтальной стеклянной подложки, фронтального контактного слоя из прозрачного проводящего оксида, подслоя из нестехиометрического карбида кремния р-типа, аморфного и микрокристаллического каскадов, соединенных последовательно.

Изобретение относится к оптоэлектронной технике. Способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра включает выращивание на подложке из арсенида индия твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои p- и n-типа проводимости, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление по крайней мере части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании мез(ы), подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии, при этом согласно изобретению способ включает финальную стадию процесса удаления подложки или ее части при химическом травлении в водном растворе соляной кислоты.

Настоящее изобретение относится к способу формирования сильнолегированного серой микроструктурированного кристаллического слоя на поверхности кремния, который может быть использован в солнечной энергетике, оптоэлектронике, приборах ночного и тепловидения.

Изобретение относится к технологии изготовления фотопреобразователя с повышенным коэффициентом полезного действия (КПД). Предложен способ изготовления фотопреобразователя путем формирования в pin-структуре i-слоя на основе арсенида индия InGaAs между слоями GaAs и AlGaAs на подложках GaAs, при давлении 4⋅10-7-10-8 Па, температуре 600-800°С и скорости роста 2 Å/с.

Многопереходной солнечный элемент включает первый субэлемент, состоящий из соединения из InGaAs, причем первый субэлемент имеет первую постоянную решетки, и второй субэлемент со второй постоянной решетки, причем первая постоянная решетки по меньшей мере на 0,008 больше, чем вторая постоянная решетки, и, кроме того, предусмотрен метаморфный буфер, который выполнен между первым субэлементом и вторым субэлементом.

Солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль содержит первичный оптический концентратор (3) в виде линзы Френеля, с линейным размером D, оптическая ось (4) которой проходит через центр (5) фотоактивной области фотоэлемента (1), выполненной в виде круга диаметром d, и соосный с ним вторичный концентратор (6), выполненный в виде четвертьволнового радиального градана диаметром d и высотой h1, установленный на расстоянии h2 от фронтальной поверхности линзы Френеля, при этом величины h1, h2, и D удовлетворяют определенным соотношениям.

Настоящее изобретение относится к многомодульным устройствам, сформированным на общей подложке, которые более предпочтительны, чем одиночные модульные устройства, особенно в фотоэлектрических областях применения.

Изобретение относится к сканирующим матричным фотоприемным устройствам (МФПУ) - устройствам, преобразующим входное оптическое изображение, формируемое объективом, в заданный спектральный диапазон, а затем в выходной электрический видеосигнал с помощью сканирования изображения.

Оптопара // 2633934
Изобретение относится к области к технике преобразования световой энергии в электрическую и предназначено для преобразования световой энергии в электрическую. Заявленная оптопара содержит источник света, фотопреобразователь и корпус.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, а именно к структуре фотопреобразователей на основе монокристаллического или поликристаллического кремния и к линии по производству фотопреобразователей.

Изобретение относится к структуре двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля (фотопреобразователя) на основе аморфного и микрокристаллического кремния. Тонкопленочный солнечный модуль состоит из последовательно расположенных: фронтальной стеклянной подложки, фронтального контактного слоя из прозрачного проводящего оксида, подслоя из нестехиометрического карбида кремния р-типа, аморфного и микрокристаллического каскадов, соединенных последовательно.

Изобретение относится к оптоэлектронной технике. Способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра включает выращивание на подложке из арсенида индия твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои p- и n-типа проводимости, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление по крайней мере части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании мез(ы), подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии, при этом согласно изобретению способ включает финальную стадию процесса удаления подложки или ее части при химическом травлении в водном растворе соляной кислоты.

Изобретение относится к оптоэлектронной технике. Способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра включает выращивание на подложке из арсенида индия твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои p- и n-типа проводимости, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление по крайней мере части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании мез(ы), подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии, при этом согласно изобретению способ включает финальную стадию процесса удаления подложки или ее части при химическом травлении в водном растворе соляной кислоты.

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для детектирования и испускания инфракрасного ИК излучения при комнатной температуре.

Использование: для изготовления устройств рентгеновской маммографии и томосинтеза. Сущность изобретения заключается в том, что по меньшей мере один матричный фотоприемник контролируемо юстируют путем вращения и перемещения по жидкой фазе оптического полимера, предварительно нанесенного на по меньшей мере часть поверхности волоконно-оптической плиты, с последующей фиксацией отверждением указанного полимера.

Настоящее изобретение относится к способу формирования сильнолегированного серой микроструктурированного кристаллического слоя на поверхности кремния, который может быть использован в солнечной энергетике, оптоэлектронике, приборах ночного и тепловидения.

Изобретение может быть использовано при изготовлении металлооксидных солнечных элементов, сенсоров, систем запасания энергии, катализаторов. Для получения мезопористой наноструктурированной пленки металлооксида методом электростатического напыления напыляемый материал помещают в контейнер с выпускным отверстием.

Способ изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом относится к солнечной энергетике, в частности к способам изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенных на германиевой подложке.

Изобретение относится к технологиям преобразования солнечной энергии в электрическую. Перовскитная солнечная ячейка представляет собой слоистую структуру, включающую, по меньшей мере, три слоя: два проводящих слоя - р-проводящий и n-проводящий, а также размещенный между ними светопоглощающий слой, при этом один из проводящих слоев выполнен пористым, а светопоглощающий слой имеет перовскитную структуру общей структурной формулой АВХ3, где в качестве А используют Cs+, или СН3МН3+, или (NH2)2CH+, в качестве В используют Pb2+ или Sn2+, в качестве X используют I-, или Br-, или Cl-.

Изобретение относится к технологии изготовления фотопреобразователя с повышенным коэффициентом полезного действия (КПД). Предложен способ изготовления фотопреобразователя путем формирования в pin-структуре i-слоя на основе арсенида индия InGaAs между слоями GaAs и AlGaAs на подложках GaAs, при давлении 4⋅10-7-10-8 Па, температуре 600-800°С и скорости роста 2 Å/с.

Настоящее изобретение относится к области технологий отображения жидкокристаллическими устройствами и, в частности, к способу изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния, включающему: выращивание буферного слоя и затем слоя аморфного кремния на подложке; нагрев слоя аморфного кремния до температуры выше комнатной и выполнение предварительной очистки поверхности слоя аморфного кремния; использование отжига эксимерным лазером (ELA) для облучения слоя аморфного кремния, предварительно очищенного на предыдущем этапе, чтобы преобразовать аморфный кремний в поликремний.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в том числе солнечных фотоэлектрических элементов. Сущность способа состоит в следующем. Для снижения энергетических затрат и уменьшения геометрических размеров формируемых на поверхности пластины кремния наноструктур, перед лазерной обработкой на поверхности пластины формируется тонкая оптически прозрачная пленка диэлектрика, после чего осуществляется обработка лазерным излучением наносекундной длительности длиной волны от 193 до 355 нм. Техническим результатом изобретения является возможность создания на поверхности кремния равномерной, наноструктурированной, кристаллической, колончатой поверхности с помощью импульсного лазерного излучения с плотностью энергии и числом импульсов, существенно меньшими, чем в известных аналогичных способах. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

Наверх