一种采用近空间升华技术在衬底沉积形成半导体薄膜的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种采用近空间升华技术在衬底沉积形成半导体薄膜的方法，包括１）将半导体材料填加到坩埚内：用运载气体携带半导体材料通过通道到达置于薄膜真空沉积腔内的坩埚；２）加热坩埚使半导体材料受热升华成气相并沉积在衬底上。本发明专利技术的有益效果：用运载气体携带半导体材料通过通道到达置于真空沉积腔内的坩埚内，无需打开薄膜真空沉积腔而直接向薄膜真空沉积装置连续或间隙供应半导体材料，由运载气体携带的半导体材料通过进料分配器均匀地分布在坩埚底部，解决了现有技术中存在的随着半导体材料在玻璃衬底上沉积形成薄膜，坩埚内半导体材料容量随之减少，导致玻璃衬底和原材料之间距离增大的问题，在同一衬底上所得到的薄膜的均匀度能有效控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种沉积半导体薄膜的技术，特别是涉及一种采用 近空间升华技术在衬底沉积形成半导体薄膜的方法和装置。
技术介绍
目前在硫化镉/碲化镉太阳能电池制造领域， 一种在近空间内升 华沉积得到高质量碲化镉的方法正引起人们的关注，应用这种方法得到的硫化镉/碲化镉太阳能电池的转化率高达16.8%，是目前世界最 高的(参见X. Wu et al. ， 17th European Photovoltaic Solar Energy Conversion Conference, Munich, Germany, 22—26 Oct. 2001， II， 995-1000)。近空间升华过程是气相沉积方法中的一种，形成碲化镉 薄膜的材料(以下简称原材料)被放置到一个以石墨制成的坩埚内， 原材料在石墨坩埚内近空间升华后沉积在玻璃衬底上形成薄膜，该玻 璃衬底放置在坩埚的顶部，在传热性能良好的石墨坩埚和玻璃衬底之 间用耐热绝缘垫片隔开，石墨坩埚内原材料表面与玻璃衬底之间的距 离大约为0. 5-5厘米，这样，原材料在一定的温度下经过升华后变成 气相，然后沉积在玻璃衬底上形成一层半导体薄膜。但是，以前一般 传统的做法是预先在常温下直接将原材料碲化镉填加到坩埚内，然后 近空间升华沉积形成碲化镉薄膜，按照这种传统的做法，随着碲化镉 在玻璃衬底上沉积形成薄膜，坩埚内的碲化镉的容量就随之减少，导 致玻璃衬底和原材料之间距离的增大，这样一来，碲化镉薄膜的显微 结构和光电性能也随时间发生改变。根据美国4207119号，6444043号和7220321号专利的描述，在 他们采用的近空间升华过程中，首先在沉积前将原材料填加到坩埚 内，填加的量为坩埚可承受的最大容量，为了补充在薄膜沉积中消耗 的原材料，就需要向坩埚内定期的重复填加原材料，然而如此操作存 在安全隐患，因为受热的容器中含有有毒气体，在沉积过程中重复打 开真空腔填加原材料，就会有有毒气体散发出来，因此就必须先冷却 设备才能填加原材料，但是，这样一来，为了填加原材料到坩埚内， 碲化镉薄膜在玻璃衬底上的沉积过程势必被打断，根据美国7220321 号专利的记载，在实际操作中，因为形成碲化镉薄膜只需要少量的碲 化镉，所以填加满一坩埚就足以为碲化镉沉积提供几天的原材料，尽 管如此，随着碲化镉薄膜在玻璃衬底上的沉积，坩埚内剩下的碲化镉 量也随时间减少，玻璃衬底和原材料之间的距离就增大了，导致多晶 碲化镉薄膜的形态和光电性能发生变化。随着碲化镉薄膜的反复沉 积，薄膜厚度和质量的重现性逐渐下降，因此，当使用大面积衬底时， 由于同一坩埚内原材料的长时间重复使用，在同一衬底上所得到的薄 膜的均匀度就无法控制了，另外，留在坩埚内的碲化镉微粒的显微结 构和形态随着沉积时间的变化也会发生改变，这样就进一步增加了薄 膜均匀度和质量的不确定性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无需打开薄膜真空沉积 腔而直接向薄膜真空沉积装置输送半导体材料的方法和装置，从而连 续或间隙供应半导体材料。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案 一种采用近空间升华技术在衬底沉积形成半导体薄膜的方法，包括1) 将半导体材料填加到坩埚内用运载气体携带半导体材料通过通 道到达置于薄膜真空沉积腔内的坩埚；2) 加热坩埚使半导体材料受热升华成气相并沉积在衬底上。提供一进料分配器，由运载气体携带的半导体材料通过该进料分 配器均匀地分布在坩埚底部。所述进料分配器是多孔歧管。所述多孔歧管由不锈钢或石墨或碳化硅材料制成。 所述的运载气体是氮气、氩气、氦气中的一种或者两种以上的混 合气体。其中步骤2)进一步包括升华成气相的半导体材料同运载气体 一起穿过加热的多孔透气膜，然后沉积在表面温度比气相半导体温度 低的衬底上，没有及时升华成气相的固相半导体材料在加热多孔透气 膜内进一步升华成气相，固相半导体材料被多孔透气膜阻挡而不能沉 积在玻璃衬底上。所述透气膜加热至高于坩埚温度的2 5°C。一种采用近空间升华技术在衬底沉积形成半导体薄膜的装置，包 括一个半导体材料供应装置、 一个真空沉积腔、置于真空沉积腔内的 坩埚和位于坩埚上方的衬底，其特征在于所述半导体材料供应装置 和坩埚由管道连通，所述半导体材料供应装置提供半导体材料和运载 气体，半导体材料由运载气体携带经管道进入坩埚内。所述坩埚内设有进料分配器，由运载气体携带的半导体材料通过进料分配器均匀地分布在坩埚底部。所述进料分配器是多孔歧管，管道连通多孔歧管。 所述坩埚上固定有可加热的、供升华成气相的半导体材料同运载气体一起穿过的多孔透气膜，多孔透气膜上方设置衬底，半导体材料在加热坩埚中受热升华成气相，然后穿过多孔透气膜并沉积在衬底 上。所述的半导体材料供给装置包括一个与管道相连的运载气体罐、 一个与管道连通的料斗和一个控制料斗进料速度的进料控制装置。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果用运载气体携带半导 体材料通过通道到达置于真空沉积腔内的坩埚内，无需打开薄膜真空 沉积腔而直接向薄膜真空沉积装置连续或间隙供应半导体材料，由运 载气体携带的半导体材料通过进料分配器均匀地分布在坩埚底部，解 决了现有技术中存在的随着半导体材料在玻璃衬底上沉积形成薄膜， 坩埚内半导体材料容量随之减少，导致玻璃衬底和原材料之间距离增 大的问题，在同一衬底上所得到的薄膜的均匀度能有效控制，保证在 其表面沉积形成的半导体薄膜的均匀性。透气膜的作用是将未及时升 华的半导体材料控制在坩埚内，而允许已升华的气相半导体同运载气 体一道通过，然后沉积在玻璃衬底上形成半导体薄膜，透气膜具有导 热性，防止气相半导体在透气性膜内冷凝沉积，然后堵住空隙，另外， 到达透气性膜的粉末半导体也能在透气性膜中进一步升华成气相。半 导体材料的进料速度由进料控制装置精确控制，使半导体材料的进料 速度正好满足薄膜沉积的需要。 附图说明图1是本专利技术装置的一种截面剖视图。图2是本专利技术中位于坩埚内的多孔歧管平面图。图3是本专利技术气相沉积器一种实施例的截面剖视图。图4是本专利技术气相沉积器另一种实施例的截面剖视图。图5是在由金属传送带输送的衬底上沉积薄膜的纵向剖视图。图6是本专利技术另一种半导体材料供应装置的结构示意图。具体实施例方式参见图1，半导体薄膜真空沉积装置10包括半导体材料供应装 置20、真空沉积腔14，半导体材料供应装置20的结构和真空沉积腔 14的细节都在后文有详细描述。尝试了用两种不同的方式在玻璃衬 底60上沉积半导体材料形成半导体薄膜。 一种方式是将衬底60安放 在坩埚32的顶部直到半导体薄膜的厚度达到要求；另一种方式是半 导体材料沉积在传送带36上输送的衬底上形成半导体薄膜，衬底随 金属传送带36 —起移动。薄膜真空沉积装置10用于在玻璃衬底60上沉积具有特殊功能的 半导体薄膜，例如，硫化镉/碲化镉太阳能电池中的硫化镉和碲化镉 薄膜。但是，需要指出的是，其它衬底和沉积材料也可以在本专利技术装 置中使用。例如，在一定温度条件下能够升华成气相的材料也可以在 该真空沉积系统中沉积，形成薄膜，所用的衬底也可以采用金属材料。薄膜真空沉积装置10包括一个隔热绝缘壳12，内有一个真空沉 积腔14，半导体材料在真空沉积腔14内沉积到玻璃衬底60上，隔 热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用近空间升华技术在衬底沉积形成半导体薄膜的方法，包括：　１）将半导体材料填加到坩埚内：用运载气体携带半导体材料通过通道到达置于薄膜真空沉积腔内的坩埚；　２）加热坩埚使半导体材料受热升华成气相并沉积在衬底上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏申江，
申请(专利权)人：浙江嘉远格隆能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]