一种多孔结构的衬底及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种多孔结构的衬底，所述衬底的表面形貌呈无序多孔状，所述孔的深度小于所述衬底的厚度，所述孔相互独立，孔内各不连通。本发明专利技术还提供一种制备所述多孔结构的衬底的方法，包括将所述衬底放置于所述衬底制备装置的注入腔室内；调整所述衬底制备装置的工艺参数进入预先设置的数值范围；将所述衬底制备装置产生的等离子体中的反应离子注入至所述衬底内；及所述反应离子与所述衬底发生反应，形成多孔衬底。本发明专利技术所述的多孔结构的衬底底部无连通，利用此多孔结构的衬底来制造太阳能电池有利于光的吸收、载流子输运和收集；本发明专利技术所提供的制备多孔结构的衬底的方法工艺简单，控制方便，无需清洗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体结构及其制备方法，特别涉及一种多孔结构的衬底及其制 备方法。
技术介绍
目前，太阳能电池由于生产成本太高而无法取代传统能源，因此降低太阳能电池 的生产成本就成为这一行业最大的问题，而太阳能电池的生产成本与太阳能电池的效率密 切相关。由于目前太阳能电池所采用的衬底——硅具有高折射率，其反射损失达40%以上， 由此使得太阳能电池的光反射率较高，从而大大降低了太阳能电池的光电转换效率。降低太阳能电池的光反射效率方法之一就是在衬底的入射面制作绒面结构减少 入射光的反射。美国哈佛大学的Eric Mazur等人在1996年利用飞秒激光方法制备了一 种针状结构的硅材料，如图1所示，并由此制备了太阳能电池，光电转换效率为8. 8% 13.9%。但此种方法制备的针状结构的硅基衬底存在两个缺点a.由该针状结构的硅基衬 底所制备的太阳能电池结构参见图2，包括背电极1、单晶硅2、针状结构的硅层3、钝化层4 和栅极5，太阳能电池的光生电流流过针状结构的硅层3被栅极5收集到，这种针状结构的 硅层不利于光生电流的收集；b.所述方法中采用了飞秒激光，工艺复杂，过程控制繁琐，设 备成本极为昂贵，维护不便，不利于大规模的生产制造。中国专利CN 101673785A(公开日为2010年3月17日)公开了一种基于电化学 腐蚀制备多孔硅的方法。该方法要点如下首先，在硅片背面用丝网印刷法制备金属铝薄 膜阳电极，并使铝与硅具有良好的欧姆接触，另以钼片或钼丝为阴电极；然后将硅片正面放 在HF 吐0=1 10的腐蚀液中浸泡1分钟，温度26°C;然后将硅片正面在放入带有超声 波频率为40 60Hz的超声条件下的容器中，并在电解液HF H2O C2H5OH = 2 1 1 的混合液中进行电化学腐蚀处理，电解温度为40°C。电解腐蚀电流密度为5 lOmA/cm2， 时间为40 60s。然而，利用电化学腐蚀方法制备的多孔硅呈现海绵状，孔内存在串孔，经 腐蚀后，多孔硅内的残留电解液无法清除干净，影响结构的最终形状，从而使得结构控制困 难，不利于太阳能电池的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的之一提供，该多孔结构的衬底不 存在串孔，利用此多孔结构的衬底来制造太阳能电池有利于光的吸收、载流子输运和收集； 制备多孔结构的衬底的方法工艺简单，控制方便，无需清除电解液。根据本专利技术的一个方面提供一种多孔结构的衬底，所述衬底的表面形貌呈无序多 孔状，所述孔的深度小于所述衬底的厚度，所述孔相互独立，孔内各不连通。进一步地，本专利技术具有如下特点所述孔的平均孔径大小在10纳米到2微米之间； 所述孔在所述衬底表面上的面积密度为0. 01 0. 91 ；所述孔的平均孔深在50纳米到10 微米之间；所述衬底由Si基材料、GaN基材料、InP基材料、GaAs基材料、Ge基材料、碳基材料、SiNx、SiO2, SiC、GeSi、ZnO、TiO2 或 CdS 制成。根据本专利技术的另一个方面提供一种制备多孔结构的衬底的方法，包括如下步骤将所述衬底放置于所述衬底制备装置的注入腔室内；调整所述衬底制备装置的工艺参数进入预先设置的数值范围；将所述衬底制备装置产生的等离子体中的反应离子注入至所述衬底内；及所述反应离子与所述衬底发生反应，形成多孔衬底；其中，所述多孔衬底的表面形 貌呈无序多孔状，所述孔的深度小于所述衬底的厚度，所述孔相互独立，孔内各不连通。进一步地，本方法还具有如下特点，将所述衬底放置于所述衬底制备装置的注入 腔室内还包括将所述衬底与施加偏置电压的电源电气连接。进一步地，本方法还具有如下特点，所述调整所述衬底制备装置的工艺参数进入 预先设置的数值范围包括抽取所述注入腔室内的气体，使得所述注入腔室的压强进入预先设置的本底压强 范围，所述预先设置的本底压强范围为10_7Pa IOOOPa ；向所述注入腔室充入混合气体，调整所述混合气体的流量，使得所述注入腔室的 压强进入预先设置的工作压强范围，所述预先设置的工作压强范围为10_3Pa IOOOPa ；及调整所述混合气体中的所述具有刻蚀作用的气体与所述具有钝化作用的气体之 间的体积比进入预先设置的体积比范围，所述预先设置的体积比范围为0. 01 100。进一步地，本方法还具有如下特点所述具有刻蚀作用的气体包括SF6、CF4, CHF3、 C4F8, NF3> SiF4、C2F6, HF、BF3> PF3> Cl2, HCl、SiH2Cl2, SiCl4, BCl3 或 HBr，所述具有钝化作用的 气体包括O2、N2O或N2。进一步地，本方法还具有如下特点所述孔的平均孔径大小在100纳米到2微米之 间；所述孔的总面积与所述衬底表面积的比率为0. 01 0. 91 ；所述孔的平均孔深在100纳 米到10微米之间。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点A、由于本专利技术多孔结构的衬底表面形貌呈无序多孔状，所述孔相互独立，孔内各 不连通，即不存在串孔，由于这种无串孔的多孔结构的衬底有利于光的吸收、载流子输运和 收集，因此利用该衬底可制备的太阳能电池，电流收集率高，电学特性好，使用寿命长；B、根据本专利技术提供的制备多孔结构的衬底的方法，由于本专利技术采用等离子体浸没 离子注入工艺来制备多孔结构的衬底，即向满足一定真空度要求的注入腔室充入混合气 体，在所施加电场的作用下，将所产生的等离子体注入至衬底内，与衬底发生反应，只需一 次即可制备出多孔衬底，避免繁琐的激光扫描加工，而且本方法为干法工艺，不需要加入电 解腐蚀溶液，因此加工过程无需清除电解液，所以本专利技术结构控制方便，最终形成的结构易 于控制，有利于太阳能电池的制备。附图说明图1是现有一种针状多孔结构的硅的结构示意图；图2是现有一种多孔结构的硅太阳能电池结构示意图；图3是本专利技术实施方式提供的多孔结构的衬底的结构示意图；图4是本专利技术实施方式提供的多孔结构的衬底的显微结构示意图5是本专利技术实施方式提供的多孔结构的衬底的显微结构示意图；图6是本专利技术的一种制备多孔结构的衬底工艺过程实施方式的示意图；图7是本专利技术的另一种制备多孔结构的衬底工艺过程实施方式的示意图；图8是本专利技术的又一种制备多孔结构的衬底工艺过程实施方式的示意图；图9是本专利技术的等离子体浸没离子注入制备多孔结构的衬底过程的示意图；图10是图9中的调整注入工艺参数的第一个实例的流程示意图；图11是图9中的调整注入工艺参数的第二个实例的流程示意图；图12是图9中的调整注入工艺参数的第三个实例的流程示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施方式，对本专利技术技术方案作进一步描述。图3所示为本专利技术所述的多孔结构的衬底的示意图。孔12在衬底11表面排布无 序，孔径尺寸可为相同值或不同值。标号13、15为孔截面；标号14为衬底表面到孔底的高 度即孔深。孔12的深度小于衬底11的厚度，孔12相互独立，孔内各不连通。图4、图5为 本专利技术多孔结构的衬底的一种具体实施方式在扫描电子显微镜下的显微结构图，从图中可 见，本衬底上的孔的数量多，分布无序，而且相互独立，孔内各不连通，即不存在串孔，利用 此多孔结构的衬底来制造太阳能电池有利于光的吸收、载流子输运和收集，从而使得太阳 能电池的电流收集率高，电学特性好，使用寿命长。衬底11可由Si基材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔结构的衬底，其特征在于：所述衬底的表面形貌呈无序多孔状，所述孔的深度小于所述衬底的厚度，所述孔相互独立，孔内各不连通。

【技术特征摘要】
一种多孔结构的衬底，其特征在于所述衬底的表面形貌呈无序多孔状，所述孔的深度小于所述衬底的厚度，所述孔相互独立，孔内各不连通。2.根据权利要求1所述的多孔结构的衬底，其特征在于 所述孔的平均孔径大小在10纳米到2微米之间。3.根据权利要求1所述的多孔结构的衬底，其特征在于 所述孔在所述衬底表面上的面积密度为0. 01 0. 91。4.根据权利要求1所述的多孔结构的衬底，其特征在于 所述孔的平均孔深在50纳米到10微米之间。5.根据权利要求1至4任一项所述的多孔结构的衬底，其特征在于所述衬底由Si基材料、GaN基材料、InP基材料、GaAs基材料、Ge基材料、碳基材料、 SiNx, SiO2, SiC、GeSi、ZnO、TiO2 或 CdS 制成。6.一种制备多孔结构的衬底的方法，其特征在于，包括如下步骤 将所述衬底放置于所述衬底制备装置的注入腔室内；调整所述衬底制备装置的工艺参数进入预先设置的数值范围； 将所述衬底制备装置产生的等离子体中的反应离子注入至所述衬底内；及 所述反应离子与所述衬底发生反应，形成多孔衬底；其中，所述多孔衬底的表面形貌呈 无序多孔状，所述孔的深度小于所述衬底的厚度，所述孔相互独立，孔内各不连通。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述衬底放置于所述衬底制备装置的 注入腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏洋，刘邦武，李超波，刘杰，汪明刚，李勇滔，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]