[发明专利]一种黑硅钝化方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子器件制造技术领域，尤其是涉及一种黑硅钝化方法。

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。

20世纪90年代末，哈佛大学Eric Mazur教授研究组在飞秒激光与物质相互作用研究的过程中，发现利用飞秒激光在一定气体环境下照射硅片可在硅表面激光辐照区产生微米量级的尖峰结构。接着他们发展了这种微观构造硅表面的新技术一利用飞秒激光在一定气体环境下刻蚀硅，制备出具有一定刻蚀面积的新材料，原本是灰色有光泽的硅表面在刻蚀过的地方肉眼看去完全变成了黑色，因而这种新的硅材料也被称为“黑硅”。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膜深反应离子刻蚀制备黑硅的方法，其原理是将硅片浸没在等离子体气氛中，采用刻蚀与钝化的方式交替对硅片进行处理，一段时间的数次交替处理后硅片表面形成倒立金字塔结构。

黑硅由于其特殊的结构使其在多个领域都有广泛的应用。Eric Mazur等在研究黑硅的光电性质时惊奇地发现这种表面微结构的硅材料具有奇特的光学性质，它对近紫外-近红外波段的光(波长为0.25-2.5um)几乎全部吸收，并具有良好的可见和红外发光特性，同时还具有良好的场致发射特性等。这使得黑硅在红外探测器、太阳能电池以及平板显示器等领域具有重要的潜在应用价值。尤其是黑硅的强吸收特性，使其成为制备高效太阳能电池的理想材料。

但是，黑硅由于其表面为非平坦的倒立金字塔、森林状的钉状或针状等结构，使得黑硅表面面积存在很大的表面态，且表面的悬挂键多，从而降低了黑硅制备的太阳能电池的转换效率。另外，黑硅由于具有倒立金字塔、森林状的钉状或针状等结构，使得黑硅钝化变得更加困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种黑硅钝化方法，以减小黑硅表面态密度。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种黑硅钝化方法，所述方法包括：

将利用等离子体浸没离子注入技术制备的黑硅放置于钝化装置的腔室内；

调整所述钝化装置工艺参数达到预设定的工作范围，向所述钝化装置通入混合气体，所述混合气体包括反应气体；

利用等离子体增强化学气相沉积，在所述黑硅表面沉积钝化薄膜。

上述方案中，所述利用等离子体增强化学气相沉积，在所述黑硅表面沉积钝化薄膜的步骤具体包括：

在等离子体电源的作用下，所述混合气体在所述钝化装置中放电产生等离子体；

所述反应气体在等离子体气氛中发生反应，生成物沉积在所述黑硅表面形成钝化薄膜。

上述方案中，所述工艺参数包括腔室的本底压强和工作压强，样片台的温度，混合气体的流量、比例，抽取气体的速度，以及等离子体电源的输出功率和频率。

上述方案中，所述腔室的本底压强范围为10^-12Pa～1Pa，工作压强范围为10^-3Pa～10000Pa，样片台的温度范围为10～1000℃，等离子体电源的输出功率为0～2000w，频率为13.56MHz。

上述方案中，所述钝化薄膜为氮化硅或氧化硅薄膜。

上述方案中，当利用等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜钝化黑硅时，所述反应气体包括硅烷和氨气，或硅烷和氮气；所述硅烷气体流量为1～1000sccm，所述氨气或氮气气体流量为1～1000sccm，所述硅烷与氨气或氮气的体积比为0.01～100。

上述方案中，当利用等离子体增强化学气相沉积氧化硅薄膜钝化黑硅时，所述反应气体包括硅烷和笑气；所述硅烷气体流量为1～1000sccm，所述笑气气体流量为1～1000sccm，所述硅烷与笑气的体积比为0.01～100。

上述方案中，所述混合气体中还包括稀释气体，用来稀释所述硅烷；所述稀释气体为氩气、氦气、氮气和氢气中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果如下：

本发明采用等离子体增强化学气相沉积法，对利用等离子体浸没离子注入技术制备的黑硅进行钝化，饱和了黑硅表面大量的悬挂键，减小了黑硅表面态密度，从而提高了利用黑硅制备的太阳能电池的转换效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种利用等离子体增强化学气相沉积钝化黑硅的方法流程图；

图2为利用等离子体浸没离子注入制备的一种黑硅结构扫描电子显微镜形貌图；

图3为利用等离子体浸没离子注入制备的另一种黑硅结构扫描电子显微镜形貌图；