一种制造黑硅材料的方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种制造黑硅材料的方法，包括：制备硅衬底材料；在氮气和六氟化硫的混合气氛中用激光脉冲照射硅衬底材料；在经过了激光脉冲照射之后的硅衬底材料表面沉积钝化层；对沉积了钝化层的硅衬底材料进行高温退火处理。本发明专利技术的实施例的方法中，在制造黑硅材料时，在氮气和六氟化硫的混合气氛下用激光脉冲进行照射，然后经过表面沉积钝化层等过程形成黑硅材料，这样形成的黑硅材料在250nm至2500nm整个波段都有高于93%的吸收，而且在经过高温退火处理之后吸收率也只是有一点点上下偏移，还是保持着在整个波段有着高吸收率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术实施例公开了，包括：制备硅衬底材料；在氮气和六氟化硫的混合气氛中用激光脉冲照射硅衬底材料；在经过了激光脉冲照射之后的硅衬底材料表面沉积钝化层；对沉积了钝化层的硅衬底材料进行高温退火处理。本专利技术的实施例的方法中，在制造黑硅材料时，在氮气和六氟化硫的混合气氛下用激光脉冲进行照射，然后经过表面沉积钝化层等过程形成黑硅材料，这样形成的黑硅材料在250nm至2500nm整个波段都有高于93%的吸收，而且在经过高温退火处理之后吸收率也只是有一点点上下偏移，还是保持着在整个波段有着高吸收率。【专利说明】
本专利技术涉及光电敏感材料
，尤其是涉及。
技术介绍
在半导体行业中，晶体硅材料由于其资源丰富、易获取、易提纯、易掺杂、耐高温等诸多优点，使得其在微电子、光伏产业、通信等领域有着非常广泛的应用。但同时晶体硅本身也有其固有的缺陷:首先，晶体硅表面对可见一红外光的反射很高，如果晶体贵的表面不做任何处理，它对可见一红外光的反射率在30%以上，对紫外光的反射高达50%以上；其次，晶体硅材料禁带宽度在室温(300K)下为1.124eV，这导致它对波长大于IlOOnm的近红外光的吸收率大大降低。因此在探测这些波段时，需要采用锗、铟镓砷等红外敏感的材料来替代，但这些材料价格昂贵、热力学性能和晶体质量较差而且不能与现有的成熟硅工艺兼容等缺点限制了其在硅基器件方面的应用。 黑硅材料作为一种对普通晶体硅材料微结构化后得到的新型功能材料，其对近紫外一近红外波段(250-2500nm)的光的吸收率比普通晶体硅材料高出很多。由于其超高的光电导增益，黑硅材料产生的光电流是传统硅材料的几百倍，而且由于其与现有成熟的硅工艺兼容性很好等优点，吸引了国内外众多的研究人员进行研究。 前面提到，普通硅材料的禁带宽度为1.124eV。采用湿法(酸法或者碱法)对硅表面进行微结构处理之后，得到的黑硅材料在可见光区域到100nm左右都有很高的吸收率，但是到IlOOnm之后的吸收率仍然不是很高。采用单纯的反应离子刻蚀(RIE)硅材料得到的黑硅材料吸收率在IlOOnm之后的吸收率一样不是很理想。前面采用的方法都没有对硅片进行掺杂，而采用飞秒激光器照射的方法得到的黑硅材料由于引入了杂质离子的掺杂，且对硅表面进行了为结构化处理，导致其对近紫外一近红外光的吸收率可以达到90%以上的高吸收率。 由上述所述，可以看出，飞秒激光照射法制备的黑硅材料不仅吸收波段范围宽，而且在整个宽波段都保持这很高的吸收率。但是，飞秒激光器设备较昂贵，而且不适合大面积制备黑硅材料。因此，探索更简易且有效的方法是必要的。 而且，黑硅材料是在硅材料基础上进行处理之后得到的，其表面是森林状的尖锥、金字塔或者针状，这使得黑硅具有很大的表面缺陷，而且引入了掺杂之后更是降低了材料的光电转换性能。黑硅材料由于表面不平整以及较多的缺陷，导致其暗电流较大，如何降低黑娃材料的暗电流是亟待解决的问题。 退火工艺和表面钝化可以降低黑硅材料的表面缺陷，降低暗电流，但是由于退火后硅材料进过飞秒照射引入的杂质会向硅衬底晶粒边界扩散，导致杂质浓度降低，从而导致黑硅材料对光的吸收下降，使得黑硅材料的性能降低。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供，其中使用该方法制造的黑硅材料即使经过了表面沉积钝化层以及高温退火处理之后，仍然能够保持对近紫外一近红外波段(250-2500nm)的光的高吸收率。 本专利技术公开的技术方案包括:提供了，其特征在于，包括:制备硅衬底材料；在氮气和六氟化硫的混合气氛中用激光脉冲照射所述硅衬底材料；在经过了所述激光脉冲照射之后的所述硅衬底材料表面沉积钝化层；对沉积了所述钝化层的所述硅衬底材料进行高温退火处理。 本专利技术的一个实施例中，所述硅衬底材料为N型硅衬底材料。 本专利技术的一个实施例中，在所述混合气氛中，所述氮气与所述六氟化硫的摩尔比为 3:1 至 1:3。 本专利技术的一个实施例中，所述激光脉冲的波长为100纳米至800纳米。 本专利技术的一个实施例中，所述激光脉冲的宽度为200飞秒至800飞秒。 本专利技术的一个实施例中，所述激光脉冲的能量密度为I千焦每平方米至8千焦每平方米。 本专利技术的一个实施例中，用原子层沉积法在经过了所述激光脉冲照射之后的所述硅衬底材料表面沉积所述钝化层。 本专利技术的一个实施例中，所述钝化层为氧化铝层、二氧化硅层或者氮化硅层。 本专利技术的一个实施例中，所述高温退火处理的退火温度为550摄氏度至750摄氏度。 本专利技术的一个实施例中，所述高温退火处理的退火时间为15分钟至35分钟。 本专利技术的实施例的方法中，在制造黑硅材料时，在氮气和六氟化硫的混合气氛下用激光脉冲进行照射，然后经过表面沉积钝化层等过程形成黑硅材料，这样形成的黑硅材料在250 nm至2500nm整个波段都有高于93%的吸收，而且在经过高温退火处理之后吸收率也只是有一点点上下偏移，还是保持着在整个波段有着高吸收率。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术一个实施例的制造黑硅材料的方法的流程示意图。 图2是本专利技术一个实施例的经过激光脉冲照射之后的硅衬底材料的示意图。 图3是本专利技术一个实施例的沉积了钝化层之后的硅衬底材料的示意图。 图4是根据本专利技术的一个实施例的方法制造的黑硅材料的吸收示意图。 【具体实施方式】 下面将结合附图详细说明本专利技术的实施例的制造黑硅材料的方法的具体步骤。 图1为本专利技术一个实施例的制造黑硅材料的方法的流程示意图。如图1所示，本实施例中，制造黑硅材料的方法可以包括步骤10、步骤12、步骤14和步骤16。下面将参考非限制性的具体的实施例对这些步骤进行详细说明。 步骤10:制备硅衬底材料。 本专利技术的实施例中，首先制备硅衬底材料。本专利技术的实施例的高红外吸收硅材料将基于该娃衬底材料制成。 本专利技术的实施例中，首先获得硅衬底材料，这里的硅衬底材料可以是N型硅材料。N型娃是电子导电的娃材料。例如,一个实施例中，这里的N型娃材料可以是其中掺杂了磷的硅材料。当然，也可以是掺杂了其它元素的N型硅材料。 然后，对获得的硅衬底材料进行清洗。例如，一个实施例中，可以采用RCA标准清洗法对该硅衬底材料进行清洗。 步骤12:在混合气氛下用激光脉冲照射硅衬底材料。 制备了硅衬底材料之后，在步骤12中，可以在氮气和六氟化硫的混合气氛中用激光脉冲照射该娃衬底材料，从而在娃衬底材料表面形成微结构。 本专利技术的一个实施例中，这里，该混合气氛中，氮气与六氟化硫的摩尔比可以为3:1 至 1:3，例如，3:1、2:1、1:1、1:2或者 1:3 等等。 本专利技术的实施例中，在氮气和六氟化硫的混合气氛下进行激光脉冲照射处理，此时，混合气氛中的N可以阻止激光脉冲照射引入的杂质元素(例如，S元素)向晶粒边界扩散，从而保持其在表面的浓度，这样，可以保持制造的黑硅材料对光的良好吸收性。 本专利技术的一个实施例中，这里，在混合气氛下照射硅衬底材料所用的激光脉冲的波长可以为100纳米至800纳米。 本专利技术的一个实施例中，这里，在混合气氛下照射硅衬底材料所用的激光脉冲的宽度可以为200飞秒至800飞秒。 本专利技术的一个实施例中，这里，在混合气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造黑硅材料的方法，其特征在于，包括：制备硅衬底材料；在氮气和六氟化硫的混合气氛中用激光脉冲照射所述硅衬底材料；在经过了所述激光脉冲照射之后的所述硅衬底材料表面沉积钝化层；对沉积了所述钝化层的所述硅衬底材料进行高温退火处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李世彬，王健波，杨光金，黄俊龙，吴志明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51