[发明专利]包含有多晶半导体层的半导体元件

说明书

同对电子器件的需求量增加了一样，对半导体元件的需求量也增加了。这些半导体元件包括基本元件或晶圆，利用该基本元件或晶圆制作集成电路或者独立的零部件(single component parts)，而且还利用了太阳能电池以通过光照获得电流。

在生产中，目前半导体材料的晶体层已经在基板上生长形成，例如采用外延附生的方法。这种生产方法比较耗时，而且通常来说，还必须在真空条件下进行。

从这点出发，本发明的任务就是提供一种新颖的元件，其中多晶半导体层能够以一种更简单的方式在产业上进行制造。

此外，本发明的任务是提供一种用于本发明元件的合适的生产方法。

根据本发明，具有权利要求1所述特征的元件可以解决本发明的任务。根据权利要求18所述的方法会进一步解决本发明的任务。

所述元件包括具有表面的基板。半导体材料的多晶层设置在所述表面的至少一部分上。所述多晶层包含多个散布的晶核。因此，可以实现快速结晶且所述散布的晶核不影响所述多晶层的电学性能。

所述基板可以优选地由在温度为800℃与900℃之间时尺寸稳定的材料构成。这个温度范围是有利的，因为在这个温度范围内晶核附近的结晶进行得更为迅速，直到整个涂敷的涂层完全结晶为止。由于所述晶核以均匀的方式散布在整个涂敷的物质中，所以这道工序进行得相对要快。这个温度更加有利，是因为所述半导体供体发生热分离并释放半导体原子级物质。

有了所述新元件，所述半导体层的涂敷不需要在真空条件下进行，而在保护性气体环境下已经足够。

适合做基板的材料可以是不锈钢(镍-铬钢)，玻璃或碳，或相似的材料。

所述基板可以是平板型的或者薄膜型的。它也可以是由纺织物薄片材料构成的，或者具有长条型形状。

根据所述基板的材料，适合在所述基板与第一层多晶半导体材料之间填充扩散膜层。为此目的，钼是一种可选的材料。

用于制作所述多晶半导体层的母材可以是一种适合作为半导体材料供体的物质，例如当与硅半导体层有关时可以是液态或者气态硅烷，或者当所述层是多晶锗时可以是锗烷。

所述多晶半导体层通过相应的掺杂原子可以容易地进一步成为p型导电或者n型导电。

所述晶核可以由与所述多晶半导体层的主要成分相同的材料构成，因此例如，就硅层来说所述晶核可以由硅构成，乃至对想要的材料而言作为晶种的其他材料。在这里锗也是一种选择。

所述元件还可以包含多个彼此堆叠的多晶半导体材料层。大表面半导体元件可以采用此种方式制造，例如，具有适合作为太阳能电池的相应尺寸的光电二极管。所述半导体层按照相同的工艺一个接一个地被涂敷，并因此具有相同的纳米结构。

这样，为了生成所要的p-n节，其中一层被掺杂成p型导电，另一层成为n型导电。

在朝向远离基板且距所述基板最远的所述半导体层的侧面上，可以为所述元件设置一种层，该层分别是本征型导电的或金属型导电的。

在所述元件作为太阳能电池的应用中，例如适合以光电二极管/光生伏打电池的方式在基板的两侧面进行涂覆。使用时，一个侧面接收直射阳光，而另一个侧面则从环境中接收漫射光，借此作为整体而言功效增加。

所述晶核的密度相当于半导体层的每立方毫米(mm³)排列100到100000个粒子，取决于所述粒子的尺寸。

根据本发明的另一方面，上面所述的任务在于提出一种用于生产所述发明性元件的方法。

所述方法提供将由晶核与液态或气态形式的流体组成的气雾剂或者悬浮液喷涂到所述基板上。想要的半导体材料在所述流体内部化学键连。在将所述气雾剂或者胶状液喷涂到所述基板上以后，对所形成的层进行热处理以产生多晶层。在此过程中，会促使包含有半导体材料的化学物质以原子形式释放半导体材料，这样它能够以晶体形式沉积在晶核周围。

硅烷或锗烷，可从其中释放用作结晶化原子的硅/锗，适合作为所述气态或液态形式的流体。

所述晶核的尺寸可以在100nm与10000nm之间，优选在500nm与2000nm之间，更有选在700nm与1400nm之间。

在需要的结晶化温度下尺寸足够稳定的任何材料都可以考虑作为所述基板的材料。适合材料的实例有不锈钢(镍-铬钢)，碳，玻璃以及其他类似材料。

所述基板可以是平板型的或长条型的，或者也可以是纺织物薄片，如编织物(woven fabric)，针织物或毛织物。甚至也可以是非纺织物。

为产生多个叠加层上述方法可以应用多次。这样，能够向所述气雾剂或者流体添加掺杂剂来制作p型导电的半导体层或者n型导电的半导体层。