[发明专利]利用等离子体浸没离子注入制备黑硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种黑硅制备方法，尤其是涉及一种利用等离子体浸没离子注入制备黑硅的方法。

背景技术

黑硅是一种电子产业革命性的新型材料结构，通常是指吸收率很高的硅表面或硅基薄膜。与一般的硅材料结构相比，黑硅具有很强的吸光能力。如果将黑硅应用于光学传感器或太阳能电池，那么感光效率会提高上百倍，太阳能电池的转换效率也得以显著提高。

黑硅的制备，开始于1999年美国哈佛大学Eric Mazur教授的实验。在实验中，Eric Mazur教授和他的研究生把硅片放进一个充满卤素气体的真空环境里面，然后用超强和超短时间激光束(飞秒激光器)对硅片进行扫描。经扫描后，硅片表面变成黑色，但不是烧焦所引起的黑色。通过电子显微镜，研究人员观察到硅片的表面形成了一个森林状的钉状表面。这种表面结构有利于减小光线反射，增强对光线的吸收能力。

此后，Eric Mazur教授和他的团队还使用了在半导体工业常见的六氟化硫气体(SF₆)，即把普通硅放在充满六氟化硫气体的封闭空间内，然后用飞秒激光器的强力脉冲去轰击硅。经过500次脉冲扫描后，用肉眼观看硅晶片呈黑色。利用电子显微镜，研究人员发现硅片的表面呈现出超细的钉状结构，这一过程可以把硅的表面变粗糙。然而，采用飞秒激光器来制备黑硅，工艺相当复杂，过程控制繁琐，设备成本极为昂贵，维护不便，不利于大规模的生产制造。

中国专利说明书CN 101734611A(公开日：2010年6月16日)公开了一种基于无掩模深反应离子刻蚀制备黑硅的方法。该方法包括如下步骤：对所述制备黑硅的方法的所采用的设备进行初始化和等离子稳定，以使等离子体进行辉光放电；控制所述深反应离子刻蚀制备黑硅的工艺参数，采用刻蚀与钝化的方式交替对硅片进行处理；其中，所述参数包括：等离子体气体流量、刻蚀平板功率、钝化平板功率、线圈功率和刻蚀、钝化周期、温度。虽然该方法比采用飞秒激光器的制备方法效率更高，成本更低，但是由于其需要交替地对硅片进行刻蚀和钝化处理，即依次反复充入刻蚀气体和钝化气体，并且调节相应的流量、功率、时间和环境参数，因此，利用该方法来制备黑硅，存在着工艺较为复杂、过程控制较繁琐和效率低等问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种利用等离子体浸没离子注入制备黑硅的方法，采用本方法，能够在硅片上形成具有很强吸光特性、对光极其敏感的黑硅，制备效率高，成本低廉，过程控制简单方便。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用等离子体浸没离子注入制备黑硅的方法，所述方法为将硅片放置于黑硅制备装置内，采用等离子体浸没离子注入工艺来制备黑硅。

进一步地，本发明还具有如下特点，所述方法包括：

(a)将所述硅片放置于所述黑硅制备装置的注入腔室内；

(b)调整所述黑硅制备装置的工艺参数进入预先设置的数值范围；

(c)所述黑硅制备装置产生等离子体，所述等离子体中的反应离子注入至所述硅片内；

(d)所述反应离子与所述硅片发生反应，形成黑硅。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述步骤(a)进一步包括将所述硅片与可施加偏置电压的电源电气连接。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述工艺参数包括所述注入腔室的本底压强和工作压强。

进一步地，本发明还具有如下特点，所述步骤(b)包括如下步骤：

抽取所述注入腔室内的气体，使得所述注入腔室的压强进入预先设置的本底压强范围，所述预先设置的本底压强范围为10^-7Pa～1000Pa；

向所述注入腔室充入可与所述硅片发生反应的混合气体，调整所述混合气体的流量，使得所述注入腔室的压强进入预先设置的工作压强范围，所述预先设置的工作压强范围为10^-3Pa～1000Pa。

进一步地，本发明还具有如下特点，所述步骤(b)包括如下步骤：

抽取所述注入腔室内的气体，使得所述注入腔室的压强进入预先设置的本底压强范围，所述预先设置的本底压强范围为10^-7Pa～1000Pa；

向所述注入腔室充入可与所述硅片发生反应的混合气体，调整所述黑硅制备装置抽取所述注入腔室内的气体的抽取速度，使得所述注入腔室的压强进入预先设置的工作压强范围，所述预先设置的工作压强范围为10-3Pa～1000Pa。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述混合气体由具有刻蚀作用的气体和具有钝化作用的气体组成。