阵列结构绒面及其制法和应用制造技术

本发明专利技术提供了一种阵列结构绒面及其制法和应用。具体的，本发明专利技术提供了一种锥阵列结构绒面的制备方法，通过在半导体基片表面铺设一层聚合物微球的单层薄膜，以聚合物微球为保护层，在其表面刻蚀出柱阵列结构，然后将其中的基柱进行氧化，去除氧化层，得到锥阵列结构的绒面。本发明专利技术的方法制备出的锥阵列结构绒面的比表面积小、光生载流子的表面复合几率低，且其制备工艺简单，无需模板，成本低廉，克服了现有技术无法大规模生成，制备步骤繁琐，成本高等缺点。

【技术实现步骤摘要】
阵列结构绒面及其制法和应用
本专利技术涉及微纳米加工领域，具体地涉及阵列结构绒面及其制法和应用。
技术介绍
纳米科学与技术所涉及的是制备和表征尺寸在纳米范围内的物理结构。普通光学光刻的分辨率极限是200nm，所以目前制作纳米尺寸的单元通常采用X射线光刻(X-raylithography,XRL)技术和电子束光刻(Electron-BeamLithography,EBL)，其中XRL是并行处理模式，精度一般为20～50nm；而EBL是串行处理模式，极限精度为1～2nm，但刻蚀速度只有1cm2/s，不利于商业运用，因为将EBL的精度和XRL的并行处理能力相结合，人们开发了基于扫描隧道显微镜(STM)的纳米光刻技术，但它同样受到串行处理的限制。故开发价廉且具有并行处理能力的纳米刻蚀技术是纳米科学的研究重点之一。由于传统的光学系统十分容易受到杂光干扰，因而光学学系统中的光学元件的透过率和图像解析能力难以得到有效提高，致使其分辨率和灵敏度下降，严重地影响了光学及光电子学器件的性能，例如太阳能电池、光学传感器、显示器、偏振片、光学镜头等。为了提高这些器件的性能，需要降低基底表面对光的反射率，而其中太阳能发电系统对于陷光结构的技术需求极其迫切。在各种太阳电池(PV)技术中，硅(Si)基电池技术占据主导地位，然而基于降低成本的内在要求，必须考虑缩减单位功率的电池材料使用量。一个可行的选择就是采用更薄的硅片技术，然而薄硅片技术必然需要更高效的陷光技术。综上所述，目前尚缺乏令人满意的、具有高精度和高刻蚀速率、以及可大规模生产的陷光技术(即制绒方法)，因此，本领域迫切需要开发新的具有高精度和高刻蚀速率、以及可大规模生产的陷光技术。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高精度、高刻蚀速率并可大规模生产的阵列结构绒面的制备方法及其应用。在本专利技术的第一方面，提供了一种阵列结构绒面的制备方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供半导体基片；(b)在所述基片的至少一个主表面上铺设一层聚合物微球单层薄膜，并对所述单层薄膜中的所述聚合物微球进行刻蚀处理，形成带有经刻蚀的聚合物微球单层薄膜的基片；(c)对上一步骤获得的所述基片进行金属镀膜处理，从而形成覆盖所述经刻蚀的聚合物微球的上表面以及覆盖至少部分所述基片主表面的金属薄膜层，所述的金属薄膜层含有用于金属催化腐蚀的催化成分；和(d)以所述聚合物微球为保护层，在所述催化成分存在下，对所述基片进行金属催化腐蚀，从而得到具有柱阵列结构的绒面，其中所述柱阵列结构由经所述聚合物微球保护而保留下的基柱构成。在另一优选例中，所述金属薄膜包括：金和/或银。在另一优选例中，所述金属薄膜的厚度为10～200nm。在另一优选例中，生成所述金属薄膜的镀膜工艺包括：热蒸发镀膜、溅射镀膜，或其组合。在另一优选例中，所述方法还包括步骤：(e)对步骤(d)的基片上的柱阵列结构进行清洗处理，从而去除所述金属镀膜层和所述的聚合物微球；(f)对所述基柱进行氧化处理，从而形成表面被氧化的经氧化处理的基柱；和(g)对所述经氧化处理的基柱进行腐蚀处理，使所述基柱转变为锥形，形成具有锥阵列结构的绒面。在另一优选例中，所述经氧化处理的基柱表面为非均一厚度的氧化层。在另一优选例中，所述步骤(e)包括：利用硝酸或王水对步骤(d)的基片上的柱阵列结构进行清洗处理，从而去除所述金属镀膜层。在另一优选例中，所述步骤(e)包括：利用硝酸或王水对步骤(d)的基片上的柱阵列结构进行清洗处理，从而去除所述的聚合物微球。在另一优选例中，所述步骤(b)包括：(b1)对所述基片进行清洗和活化处理，使所述基片具有亲水性；(b2)通过自组装技术在液体表面生成一层聚合物微球单层薄膜，并将所述聚合物微球薄膜到铺设所述基片主表面上；(b3)利用反应离子刻蚀系统对所述单层薄膜中的所述聚合物微球进行刻蚀处理，形成带有经刻蚀的聚合物微球单层薄膜的基片。在另一优选例中，所述自组装技术包括：表面张力自组装、静电自组装、漂移法、或电场作用自组装。在另一优选例中，所述反应离子刻蚀包括选择下组的一个或多个特征：刻蚀气体包括氧气和氩气，其中，氧气和氩气的体积比为2:1～7:1；刻蚀功率为30～60W；刻蚀偏压为200～500V；刻蚀时间为0～1000S；氧气的流速为15～200sccm/min；氩气的流速为10～100sccm/min。在另一优选例中，所述聚合物微球包括：聚苯乙烯纳米微球和/或聚甲基丙烯酸甲醋纳米微球。在另一优选例中，所述聚合物微球的平均直径为40～10000nm。在另一优选例中，所述自组装技术为漂移法。在另一优选例中，所述步骤(b3)包括：将所述亲水性的基片放入液面浮有聚合物微球薄膜的溶液，捞取所述聚合物微球薄膜到所述基片的主表面；或通过利用液面沉降法降低所述液面浮有聚合物微球薄膜的溶液液面，将所述聚合物微球薄膜沉降到事先放置好的所述基片表面。在另一优选例中，所述活化是指将所述基片在体积比为10～20％的十二烷基磺酸钠水溶液中浸泡1～4h。在另一优选例中，所述步骤(d)包括：在HF和H2O2的混合溶液中，以所述金属薄膜层包含的银为催化成分腐蚀所述基片，得到具有柱阵列结构的绒面。在另一优选例中，所述HF、H2O2和H2O的体积比为HF:H2O2:H2O＝50～100:5～20:100～2000。在另一优选例中，所述步骤(f)包括：利用干法氧化对所述基柱进行氧化处理，从而形成表面被氧化的经氧化处理的基柱。在另一优选例中，所述干法氧化包括选自以下的一组或多组特征：氧化气体为氧气；氧化时间为1～100000S；氧化温度为60～1400℃，较佳地，为900～1000℃。在另一优选例中，所述氧化气体为空气。在另一优选例中，利用湿法氧化，对所述基柱进行氧化处理，从而形成表面被氧化的经氧化处理的基柱。在另一优选例中，所述步骤(g)包括：使用对所述基柱非氧化部分无损伤，对基柱表面的氧化部分具有选择性腐蚀的湿法腐蚀工艺去除或部分去除所述基柱表面的氧化部分。在另一优选例中，使用对所述基柱非氧化部分无损伤，对基柱表面的氧化部分具有选择性腐蚀的干法腐蚀工艺去除或部分去除所述基柱表面的氧化部分。在另一优选例中，所述半导体基片包括：硅、锗、砷化镓、磷化铟，或其组合。在另一优选例中，所述硅基片包括：多晶硅、单晶硅、非晶硅，或其组合。在另一优选例中，所述硅基片包括：：P型太阳能级硅片、N型太阳能级硅片、P型集成电路级硅片或N型集成电路级硅片。本专利技术第二方面提供了一种晶硅，所述晶硅包括本专利技术第一方面所述的方法制备的柱阵列结构绒面，所述柱阵列结构的周期尺寸为50～10000nm，所述基柱横向截面的直径平均为50～10000nm，基柱的竖向高度平均为50～3000nm，所述基片的面积为0.25cm2～900m2。在另一优选例中，所述周期尺寸是指相邻两个纳米柱中心的间距。在另一优选例中，所述基柱的竖向高度为100～800nm。本专利技术第三方面提供了一种晶硅，所述晶硅包括本专利技术第一方面所述的方法制备的锥阵列结构绒面，其中，所述锥阵列结构绒面中的锥形的底面直径平均为：50～950nm，锥形的高度平均为：100nm～1000nm，所述基片的面积为0.25cm2～900m2。在另一优选例中，所述锥阵列结构具有顶部间隙大，底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阵列结构绒面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)提供半导体基片；(b)在所述基片的至少一个主表面上铺设一层聚合物微球单层薄膜，并对所述单层薄膜中的所述聚合物微球进行刻蚀处理，形成带有经刻蚀的聚合物微球单层薄膜的基片；(c)对上一步骤获得的所述基片进行金属镀膜处理，从而形成覆盖所述经刻蚀的聚合物微球的上表面以及覆盖至少部分所述基片主表面的金属薄膜层，所述的金属薄膜层含有用于金属催化腐蚀的催化成分；和(d)以所述聚合物微球为保护层，在所述催化成分存在下，对所述基片进行金属催化腐蚀，从而得到具有柱阵列结构的绒面，其中所述柱阵列结构由经所述聚合物微球保护而保留下的基柱构成。

【技术特征摘要】
1.一种阵列结构绒面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)提供半导体基片；(b)在所述基片的一个主表面上铺设一层聚合物微球单层薄膜，并对所述单层薄膜中的所述聚合物微球进行刻蚀处理，形成带有经刻蚀的聚合物微球单层薄膜的基片；(c)对上一步骤获得的所述基片进行金属镀膜处理，从而形成覆盖所述经刻蚀的聚合物微球的上表面以及覆盖至少部分所述基片主表面的金属薄膜层，所述的金属薄膜层含有用于金属催化腐蚀的催化成分，其中所述金属薄膜包括：金和/或银；和(d)以所述聚合物微球为保护层，在所述催化成分存在下，对所述基片进行金属催化腐蚀，从而得到具有柱阵列结构的绒面，其中所述柱阵列结构由经所述聚合物微球保护而保留下的基柱构成；其中，所述步骤(b)包括：(b1)对所述基片进行清洗和活化处理，使所述基片具有亲水性；(b2)通过自组装技术在液体表面生成一层聚合物微球单层薄膜，并将所述聚合物微球薄膜铺设到所述基片主表面上；(b3)利用反应离子刻蚀系统对所述单层薄膜中的所述聚合物微球进行刻蚀处理，形成带有经刻蚀的聚合物微球单层薄膜的基片；并且，所述步骤(b2)包括：将所述亲水性的基片放入液面浮有聚合物微球薄膜的溶液，捞取所述聚合物微球薄膜到所述基片的主表面；并且，所述方法还包括步骤：(e)对步骤(d)的基片上的柱阵列结构进行清洗处理，从而去除所述金属镀膜层和所述的聚合物微球；(f)对所述基柱进行氧化处理，从而形成表面被氧化的经氧化处理的基柱；和(g)对所述经氧化处理的基柱进行腐蚀处理，使所...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶继春，李思众，高平奇，韩灿，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33