黑硅材料的主要制备方法：周舰波

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1、黑硅材料的主要制备方法：等离子体浸没离子注入法硅太阳能电池6/14/2013华东师范大学微电子器件大论文1硅在地球上的储存丰富，易提纯，耐高温，容易形成自然氧化物，具有良好的半导体绝缘层界面，因此晶体硅被大量的用于半导体集成电路领域，在光电器件中也大量应用。单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池硅的高反射率——损失40%以上抗反射膜法：硅表面制备一层抗反射膜(Si0，Ti0，Zn0，IT0或者Si3N4)，而抗反射膜膜厚与入射光波长和抗反射膜的折射率有关，这就决定了抗反射膜只能起到有限光谱范围的抗反射作用，并且对入射光角度也有限制。制绒法：在

2、硅片表面用KOH(或NaOH)和乙醇(或异丙醇)混合液湿法制备，表面结构呈金字塔形，但是制绒方法对晶体材料的晶向有要求，并且反射率随着入射角度变化剧烈。6/14/2013华东师范大学微电子器件大论文2由于禁带宽度大,晶体硅不能吸收波长大于1100nm的光波,当入射光的波长大于1100nm时,硅探测器对光的吸收率和响应率将大大降低。黑硅20世纪90年代末，美国哈佛大学物理实验室教授用超短波、高强度激光脉冲扫描普通的硅片，经过500次脉冲扫描后，用肉眼观看硅晶片呈黑色，研究人员将这种物质命名为“黑硅”黑硅作为一种反射率很低的硅表面或硅基薄膜，具有奇特的光电

3、性质，对近紫外一近红外波段的光(0.25~2.5um)几乎全部吸收特性，具有良好的可见和近红外发光特性以及良好的场致发射特性。6/14/2013华东师范大学微电子器件大论文3黑硅几大制备方法化学腐蚀法：反射率仍较高飞秒激光扫描法：工艺复杂，成本高昂反应离子刻蚀法：造成离子损伤等离子体浸没离子注入法6/14/2013华东师范大学微电子器件大论文4利用等离子体中所产生的离子，直接把它“注入”晶片里，能量较低，可属于浅结工艺。硅晶片可利用PIII技术进行碳、氮、氧和氩离子等的离子注入。等离子体浸没离子注入处理对硅表面的影响可由显微拉曼光谱和原子力显微技术探测

4、到。6/14/2013华东师范大学微电子器件大论文5等离子体浸没离子注入法plasmaimmersionionimplantation——PIII装置的方框图在圆柱形真空室中用电容射频放电产生等离子体，工作气体一般为氮气，也可根据需要使用氢气、氦气、氩气或甲烷。真空室的压强为4*10-2Pa，真空可通过装置的真空系统来获得，工作气体的压力用电离规精确测量。等离子体密度和电子温度用双探针方法测出。脉冲发生器可以给靶提供直到-100kV的脉冲偏压，脉冲的幅度、脉宽及间距可以根据注入参数和注入工艺的需要进行调节，脉冲的电压、波形等由脉冲测量装置监控6/14/

5、2013华东师范大学微电子器件大论文6PIII用于黑硅材料制备采用等离子体表面处理制备黑硅可以减少67%的硅材料损失，并且对黑硅表面形貌晶向影响较小，适用于多晶硅材料制备。在现在的调查研究中，具有极低反射比的黑硅是采用PIII方法制备的。等离子体处理制备黑硅的方法一般采用流量比为4/1的SF6/O2反应离子刻蚀硅片表面形成黑硅。作用机制：SF6产生F*基团硅衬底生成挥发性的SiF4气体刻蚀作用O*基团与SiF4钝化物(SixOyFz)沉积到硅阻止F*与硅的继续反应钝化作用直流脉冲偏压作用下加速的高能离子撞击沉积的SixOyFz使F*继续与

6、硅反应——最终硅片表面形成随机分布的结构6/14/2013华东师范大学微电子器件大论文7黑硅表面形貌6/14/2013华东师范大学微电子器件大论文8AFM显微镜下的黑硅的结构形貌，可见其针状结构高度分布在0-550nm，即抗反射涂层厚550nm，结构周期约为300nm，通过计算可得黑硅样品的加权平均反射率低至6%总结目前，我国中科院各研究人员自行研制出的的等离子体浸没离子注入设备，制备了纳米表面结构的黑硅材料。黑硅的纳米结构具有良好的吸光性能，也可以提高电池的填充因子与短路电流，从而大幅度提高电池的转换效率。黑硅优异的光电特性注定了其未来具有不可限量的

7、发展前景,尤其是黑硅的宽波段吸收性质,存在巨大的潜在应用价值。此外,黑硅的强吸收特性也使其成为制备高效太阳能电池的理想材料。然而,将黑硅材料应用在器件上还需要解决大量的科学技术问题,例如了解黑硅的热力学性质和黑硅制备工艺的重复性,如何精确控制黑硅表面微锥的形状及均匀性,如果用其他方法制备出具有与黑硅同样结构以及同样掺杂的硅物质后,是否也能具备与黑硅同样优异的光电性质等。6/14/2013华东师范大学微电子器件大论文9谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！6/14/201310