一种制备黑硅的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种制备黑硅的装置，包括激光器、整形聚焦装置、密闭气体腔和外循环装置，所述激光器发射的光经整形聚焦装置后射入密闭气体腔；所述密闭气体腔的上部设有激光通光口，侧面分别设有真空抽气口、气体输入口和抽尘输出口；所述外循环装置包括外循环管道及设置在外循环管道上的过滤器，所述外循环管道的一端与抽尘输出口连通，另一端与气体输入口连通。本实用新型专利技术可满足工程应用需求，加工效率高，且装置的结构集成度高、稳定性好，成本较低。低。低。

【技术实现步骤摘要】
一种制备黑硅的装置


[0001]本技术属于超快激光加工
，具体为一种制备黑硅的装置。

技术介绍

[0002]硅的特殊化学性质决定了硅材料是绝佳的半导体材料，其资源丰富，在地壳中的含量仅次于氧元素，约为27.6％，而且具有易提纯，易掺杂，耐高温的优点。因此广泛应用于半导体行业，成为光电器件的主要制作材料。然而，晶体硅表面对紫外
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红外光的反射很高，如果晶体硅的表面不做任何处理，它对可见
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红外光的反射达30％以上，对紫外光的反射高达50％以上。在现有工业化生产中，即使是制绒过后的单晶硅和多晶硅的表面反射率仍然较高，在可见光范围内分别为13％和22％，且短波方向上的反射率明显增加。
[0003]高反射率显然影响了硅材料在一些领域的应用和发展，尤其是太阳能电池和光电探测器等领域。近年来，光伏产业发展迅猛，其中85％是基于晶体硅的太阳能电池，根据预测结果，光电转换效率每提高1％，太阳能电池成本将降低6％
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8％，而晶体硅的高表面反射率正是导致太阳能电池光电转换效率较低的重要原因之一，尽管后续工艺中的SiNx薄膜可以进一步起到减反射的作用，但其只能对一定范围的光起减反射作用，尤其在短波长范围内的反射率还是很高。同样，晶体硅的高表面反射率也严重的影响了传统硅光电探测器的光电响应率和灵敏度，虽然目前有一些方法(比如：镀减反射膜、化学腐蚀等)可以在一定程度上减少硅表面的反射率，但是所能产生的减反效果仍然有限。
[0004]因此，要解决以上问题，必须制备黑硅材料，以尽量降低整个光谱范围的入射光在硅片表面的反射率，从而提升硅器件的整体性能。目前制备黑硅主要有化学制绒、反应离子刻蚀、电化学腐蚀、金属催化酸腐蚀和超快激光直接刻蚀等方法，这些方法可以在硅表面形成尖锥状的表面形貌，而尖锥的表面形貌可以使入射光在表面被多次反射，相当于增大了有效吸收厚度，因此可在一定范围内减少反射率，但是对于较宽的光谱范围，尤其是近红外波段，并不具备很好的吸收特性。原因在于硅材料的禁带宽度为1.124eV，对应的波长约为1100nm，因此硅对大于该波长的红外波段吸收率很低。而在硅材料中掺杂硫族元素可以在硅的禁带宽度中生成杂质能级，能很好地改善这一情况，但是仅采用离子注入不会改变硅表面的平整度，无法形成尖锥的表面形貌，对入射光的吸收有限。综合以上结果，在硅表面形成尖锥状形貌以及硫族元素掺杂是实现硅材料在光波段到近红外波段均具备高吸收率的必备条件。
[0005]目前实现上述目标的方法多采用800nm的飞秒激光器对在SF6气体氛围中的硅片进行刻蚀，可以获得对250nm
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2500nm波段吸收率均高于90％的黑硅材料。然而800nm激光器多为科研级激光器，稳定性、集成度方面均存在较大问题，难以实现工程化应用，而且800nm飞秒激光器的重复频率很低，一般仅有1kHz，这会极大地影响黑硅的加工效率，难以实现量产。
[0006]为了克服这一问题，提高黑硅的加工效率，促进其工业化生产，非常有必要提出一套适用于工程化的黑硅解决方案以及加工装备。

技术实现思路

[0007]为克服上述现有技术的不足，本技术提供一种制备黑硅的装置，以解决上述至少一个技术问题。
[0008]本技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0009]一种制备黑硅的装置，包括激光器、整形聚焦装置、密闭气体腔和外循环装置，所述激光器发射的光经整形聚焦装置后射入密闭气体腔；所述密闭气体腔的上部设有激光通光口，侧面分别设有真空抽气口、气体输入口和抽尘输出口；所述外循环装置包括外循环管道及设置在外循环管道上的过滤器，所述外循环管道的一端与抽尘输出口连通，另一端与气体输入口连通。
[0010]上述技术方案中，密闭气体腔内放置样品，通过真空抽气口将密闭气体腔抽真空，然后关闭真空抽气口；通过气体输入口通入SF6气体；激光器发出的激光束经由整形聚焦装置聚焦，通过激光通光口射入气体腔内，激光束聚焦在样品表面或上方；开启外循环装置，通过外循环管道及抽尘输出口将密闭气体腔内的气体抽出，经由过滤器过滤后再通过气体输入口将无粉尘的气体送回到密闭气体腔内，进而去除密闭气体腔内的粉尘。
[0011]进一步地，所述外循环管道上连接有SF6气体源。SF6气体源通过气体输入口进行补气。
[0012]进一步地，所述整形聚焦装置包括依次设置的扩束准直镜、第一反射镜、第二反射镜、振镜和场镜。激光器发出的激光束依次经过扩束准直镜、第一反射镜、第二反射镜后，进入高速振镜，再经由场镜聚焦。
[0013]进一步地，所述第一反射镜、第二反射镜在竖直方向上平行设置。这样设置可实现光路偏转，减小装置体积。
[0014]进一步地，所述真空抽气口连接有真空泵。利用真空泵通过真空抽气口将密闭气体腔内的空气抽出，抽气完毕之后关闭真空抽气口及真空泵。
[0015]进一步地，所述激光器的波长为1030nm或1064nm，脉宽小于12ps。
[0016]进一步地，所述密闭气体腔设置在位移台上，所述位移台与工控机连接；所述工控机还与激光器连接。通过工控机控制位移台及激光器的工作。
[0017]进一步地，所述激光通光口设有透明介质。这样设置以便于激光束射入密闭气体腔内。
[0018]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0019]本技术在密闭气体腔内放置样品，首先通过真空抽气口将密闭气体腔抽真空，关闭真空抽气口；然后通过气体输入口通入SF6气体；接着，激光器发出的激光束经由整形聚焦装置聚焦，通过激光通光口射入气体腔内，激光束聚焦在样品表面或上方，对密闭气体腔内的样品进行蚀刻；同时，开启外循环装置，通过外循环管道及抽尘输出口将密闭气体腔内的气体抽出，经由过滤器过滤后再通过气体输入口将无粉尘的气体送回到密闭气体腔内，去除密闭气体腔内的粉尘。
附图说明
[0020]图1为根据本技术的制备黑硅的装置示意图。
[0021]图2为根据本技术的循环除尘示意图。
[0022]图3为根据本技术实施例一的黑硅加工样品图。
[0023]图4为根据本技术实施例一的黑硅加工样品表面微结构形貌。
[0024]图5为根据本技术实施例一的黑硅吸收率测试曲线示意图。
[0025]图6为根据本技术实施例二的黑硅加工样品图。
[0026]图7为根据本技术实施例二的黑硅加工样品表面微结构形貌。
[0027]图8为根据本技术实施例二的黑硅吸收率测试曲线示意图。
[0028]图中：1、激光器；2、扩束准直镜；3、第一反射镜；4、第二反射镜；5、振镜；6、场镜；7、激光通光口；8、密闭气体腔；9、硅材料；10、气体输入口；11、真空抽气口；12、抽尘输出口；13、真空泵；14、过滤器；15、SF6气体源；16、外循环管道。
具体实施方式
[0029]以下将结合附图对本技术各实施例的技术方案进行清本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备黑硅的装置，其特征在于，包括激光器、整形聚焦装置、密闭气体腔和外循环装置，所述激光器发射的光经整形聚焦装置后射入密闭气体腔；所述密闭气体腔的上部设有激光通光口，侧面分别设有真空抽气口、气体输入口和抽尘输出口；所述外循环装置包括外循环管道及设置在外循环管道上的过滤器，所述外循环管道的一端与抽尘输出口连通，另一端与气体输入口连通。2.根据权利要求1所述一种制备黑硅的装置，其特征在于，所述外循环管道上连接有SF6气体源。3.根据权利要求1所述一种制备黑硅的装置，其特征在于，所述整形聚焦装置包括依次设置的扩束准直镜、第一反射镜、第二反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪辉，陈航，冯新康，
申请(专利权)人：武汉华工激光工程有限责任公司，
类型：新型
国别省市：