薄膜沉积系统及沉积方法、应用技术方案

本发明专利技术公开了一种薄膜沉积系统，包括：真空腔室，真空腔室内设有：阴极；阳极，设置在阴极的相对面，在阴极与阳极之间形成电磁场空间，在电磁场空间内产生等离子体；靶材，设置在阴极和/或阳极上，适用于在电磁场空间内在等离子体的溅射下产生靶材粒子；配有加热器的衬底基板，设置在阴极和阳极的侧面，适用于支撑衬底，以使被等离子体激发活性的靶材粒子和被等离子体激活的第一流体扩散输运至衬底上热生长成膜；运动装置，设置在衬底基板上，适用于控制衬底基板沿阳极与阴极相对的方向运动；以及进气系统，适用于将第一流体输运至真空腔室内。本发明专利技术提供的薄膜沉积系统和沉积方法，可以在避免直接轰击损伤衬底及低温条件下在衬底上生长薄膜。底上生长薄膜。底上生长薄膜。

【技术实现步骤摘要】
薄膜沉积系统及沉积方法、应用


[0001]本专利技术的至少一种实施例涉及一种薄膜沉积系统，尤其涉及一种无损伤衬底并可低衬底温度沉积的真空薄膜沉积系统及沉积方法、应用。

技术介绍

[0002]相关技术中提出了一种性能优越的化合物晶硅异质结HCT(Heterojunction with Compound Thin layer)太阳电池结构。以晶体硅为吸收层，引入更宽带隙及迁移率更高的化合物半导体薄膜替代HJT太阳电池结构中的非晶硅p型或n型载流子传输层，构成化合物半导体晶硅异质结(HCT)太阳电池，开路电压可提升至900mV，理论极限效率提高到31％。这里所指的化合物半导体除了GaAs基
Ⅲ‑Ⅴ
族化合物外，还包括过渡金属氧化物、金属硫化物等作为p型或n型半导体传输层，如MoO
x
、VO
x
、WO
x
等高功函材料，或p型NiO
x
、Cu
x
O为空穴传输层；MgO
x
、TiO
x
、Zn(O
x
,S)低功函材料、或n型TiO
x
、Zn(O
x
,S)为电子传输层，与晶硅构建HCT电池(参考图1所示)。
[0003]作为异质结的发射层或背电场等载流子传输层的厚度约10nm左右，对薄膜致密性及包覆性、材料结构等均有很高的要求。薄膜的制备方法通常有化学气相沉积(CVD)与物理气相沉积(PVD)两大类。CVD包括金属有机化学气相沉积(MOCVD)、常压化学气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)和原子层沉积(ALD)。对于异质结纳米结构传输层要求低温沉积，沉积速率不宜过快，CVD中的很多方法不适用。ALD沉积的纳米薄膜具有均匀性好、厚度可精确控制、包覆性好的特点，采用等离子体辅助原子层沉积技术(PA
‑
ALD)可以在较低的温度下实现原子层沉积，很适合于制备纳米薄膜传输层；但用于金属氧化物或硫化物半导体传输层其气源种类有限，导致能够制备的材料种类也有限，而且气源价格昂贵，这也是CVD方法普遍存在的问题。PVD法包括蒸发法与磁控溅射法(Magnetron Sputtering，简称MS)，可进行低温沉积，但蒸发法很难调节金属氧化物或硫化物纳米结构中氧含量或硫含量及杂质掺杂，对于超薄薄膜大面积均匀性及致密性更难保证。MS(磁控溅射)可以很方便调节薄膜中氧或硫的含量，溅射材料种类十分宽泛，而且成本低廉，但是由于待沉积的衬底设置在阳极上，且与设置在阴极上的靶材相对，薄膜制备过程中有大量的电子及负离子在电场作用下轰击衬底，会损坏异质结器件。若改变溅射功率、气压、靶极距用以调节材料性质，甚至使轰击更为严重，这是异质结器件不可承受的。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种薄膜沉积系统及沉积方法、应用，通过将适用于放置衬底的衬底基板设置在阳极与阴极的侧面，可以在避免直接轰击损伤的衬底上热生长薄膜，并可较好地控制大面积纳米薄膜沉积。
[0005]本专利技术提供一种薄膜沉积系统，包括：真空腔室，真空腔室内设有：阴极；阳极，设置在阴极的相对面，阴极和/或阳极内部装有永磁铁，阴极和/或阳极外接功率源，以在阳极
和阴极之间形成电磁场空间，当真空腔室达到预设压强后，由外接功率源激发产生等离子体；靶材，设置在阴极和/或阳极上，适用于在电磁场空间内在等离子体的溅射下产生靶材粒子；衬底基板，设置在阴极和阳极相对的侧面，适用于支撑衬底，被等离子体激活的靶材粒子和被等离子体激活的第一流体扩散输运至衬底上热生长成膜；运动装置，设置在衬底基板上，适用于控制衬底基板沿阳极与阴极相对的方向运动；以及进气系统，适用于将第一流体输运至真空腔室内。
[0006]本专利技术还提供一种利用上述的薄膜沉积系统实现的薄膜沉积方法。
[0007]根据本专利技术上述实施例提供的薄膜沉积系统，通过将适用于放置衬底的衬底基板设置在阳极与阴极的侧面，可以在避免直接轰击损伤衬底条件下接收被等离子体激活扩散输运而来的靶材粒子和被激活的第一流体，在衬底上热生长薄膜，适用于形成衬底需要保护的器件，并可较好地控制大面积纳米薄膜沉积。
附图说明
[0008]图1为相关技术中HCT太阳电池结构的示意图；
[0009]图2为根据本专利技术实施例的薄膜沉积系统的示意图；以及
[0010]图3为磁控溅射法和根据本专利技术实施例的活化粒子扩散输运法沉积薄膜过程中衬底位置的示意图。
[0011]【附图标记说明】
[0012]1‑
阴极；
[0013]2‑
阳极；
[0014]3‑
靶材；
[0015]4‑
屏蔽罩；
[0016]5‑
挡板；
[0017]6‑
功率源；
[0018]7‑
进气系统；
[0019]8‑
抽气系统；
[0020]9‑
衬底基板；
[0021]10
‑
衬底加热器；
[0022]11
‑
运动装置；
[0023]x
‑
阴极与阳极之间的距离；
[0024]y
‑
衬底与阳极/阴极之间的距离；
[0025]1’‑
金属背电极；
[0026]2’‑
电子传输层；
[0027]31
’‑
第一钝化层；
[0028]32
’‑
第二钝化层；
[0029]4’‑
n型c
‑
Si；
[0030]5’‑
空穴传输层；
[0031]6’‑
透明导电层；
[0032]7’‑
栅线电极。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。但是，本专利技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使专利技术彻底和完全，并且将本专利技术的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。
[0034]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本专利技术。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0035]需要说明的是，作为薄膜晶体管(TFTs)的有源通道层，宽带隙金属氧化物半导体具有合理的场效应迁移率(μFE)，超过10cm2V
‑1s
‑1，极低漏电流，可广泛用于下一代平板显示器、非易失性存储器、逆变器、各种传感器、肖特基器件等领域，同样也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜沉积系统，其特征在于，包括：真空腔室，所述真空腔室内设有：阴极(1)；阳极(2)，设置在所述阴极(1)的相对面，所述阴极(1)与所述阳极(2)之间形成电磁场空间，以在所述电磁场空间内产生等离子体；靶材(3)，设置在所述阴极(1)和/或所述阳极(2)上，适用于在所述电磁场空间内在所述等离子体的溅射下产生靶材粒子；衬底基板(9)，设置在所述阴极(1)和所述阳极(2)的侧面，适用于支撑衬底，其中被等离子体激活的靶材粒子和被等离子体激活的第一流体扩散输运至所述衬底上并在所述衬底上热生长成膜；运动装置(11)，设置在所述衬底基板(9)上，适用于控制所述衬底基板(9)沿所述阳极(2)与所述阴极(1)相对的方向运动；以及进气系统(7)，适用于将所述第一流体输运至所述真空腔室内。2.根据权利要求1所述的薄膜沉积系统，其特征在于，所述衬底基板(9)与所述阴极(1)和所述阳极(2)垂直；优选地，沿着垂直于所述衬底基板(9)的方向上，所述衬底基板(9)与阳极(2)/阴极(1)之间的距离为5mm～150mm。3.根据权利要求1所述的薄膜沉积系统，其特征在于，还包括：衬底加热器(10)，设置在所述衬底基板(9)的后方，适用于调控所述衬底的温度。4.根据权利要求1所述的薄膜沉积系统，其特征在于，在所述阳极(2)上未设置有所述靶材(3)、所述阴极(1)上设置有所述靶材(3)的情况下，在所述阳极(2)相对于所述阴极(1)的一侧设置有挡板(5)，适用于阻挡所述靶材粒子在所述阳极(2)上沉积。5.根据权利要求1所述的薄膜沉积系统，其特征在于，所述阳极(2)和所述阴极(1)的长度大于所述衬底沿所述阳极(2)与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙云，刘玮，杨旭东，李银龙，周志强，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：