公开了新型制品和制造新型制品的方法，得到柔性的、｛１１０｝（１００）或４５°旋转的｛１１０｝（１００）取向的、基于半导体的电子器件。所得到的制品在光伏器件、平板显示器、热光伏器件、铁电器件、发光二极管器件、计算机硬盘驱动器器件、基于磁阻的器件、基于光致发光的器件、非易失性存储器器件、介电器件、热电器件和量子点激光器件的领域中有潜在的应用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括各种类型的半导体的高性能电子器件的制造以及由此得到的制 品。
技术介绍
本国际申请是相应于在2008年3月25日提交的美国专利申请第12/079,068号 的PCT申请。美国专利申请第12/079,068号是在2007年3月8日提交的美国专利申 请第11/715,047号的部分继续申请。国际申请PCT/US2008/002944与美国专利申请 第11/715,047号相关。美国专利申请第12/079,068号还是未公开的美国专利申请第 11/498,120号的部分继续申请。美国专利申请第12/079,068号还是未公开的美国专利申 请第12/011,450号的部分继续申请。美国专利申请第12/079,068号还是未公开的美国专 利申请第12/011,454号的部分继续申请。基于半导体的电子器件，例如二极管、晶体管和集成电路随处都可以看到。对 于这些应用中的许多，如果器件的成本被显著地减少，那么可以设想更多的应用。特别 是对于光伏应用或太阳能应用来说，对于所有的传感器来说，以及对于其他应用领域， 例如铁电器件、用于固态照明应用的发光二极管、诸如计算机硬盘驱动器的存储应用、 基于磁阻的器件、基于光致发光的器件，非易失性存储器应用、介电器件、热电器件来 说，确实如此。可再生能源的使用对于我们正在其中生活的这个世界的未来是必要的。太阳能 在满足全世界的能量需求上有无限的潜力。然而，在过去的二十年中，太阳能的美好前 景始终未能实现。这主要是由于现在生产的太阳能电池的无法令人满意的性价比。进一 步的技术革新具有实现对于降低价格以使太阳能比化石燃料便宜或在成本上与化石燃料 相等所必需的经济上的和商业上的突破的潜力。薄膜光伏电池(PV)相对于传统的基于晶片的晶体Si电池具有显著的优点。薄膜 的主要优点是与单晶技术相比更低的材料和制造成本以及更高的生产率。薄膜使用晶体 Si PV所需要的材料的1/20至1/100，并且看上去适合于更自动化的成本更低的生产。目 前，三种膜技术正在得到来自大规模PV行业的极大关注无定形Si、CuInSejnCdTe。 在大多数情况下，模块效率与电池效率密切相关，有由于有效面积的某些损失和某些电 阻损失造成的微量的损失( 10% )。为了进一步提高效率以及为了能够可再生产地制 造基于薄膜的高效率电池，需要控制限制性能的显微结构特征。虽然对于限制性能的显 微结构特征的完全理解仍然是不清楚的，但是已经合理地相当明确的是，在晶界、晶粒 内缺陷和杂质处的重新结合是关键的。为了最小化晶界的效应，有大晶粒或仅低能的GB的膜是一个对象。由于单晶衬底的成本高昂到不可用，所以大多数薄膜太阳能电池是基于多晶的 器件层。因为所述器件层是多晶的，所以它们不具有明确的结晶取向(crystallographic orientation)(面外和面内二者)。结晶取向可以具有两个重要的效应。第一是在结合了 掺杂剂、本征缺陷和其他杂质时生长面的取向效应。上述的对多种掺杂剂的研究已经显 示，基于结晶取向，可以发生1至2个数量级的变化。各向异性掺杂的一个极端的作用是 Si在GaAs膜中的掺杂。Si在GaAs膜中的掺杂导致在(lll)B型GaAs上的n型导电， 但是在(lll)A型GaAs上有p型导电。结晶取向的第二个效应是正在被沉积的膜的生长 速率的变化。实验和模拟二者都已经显示，在某些条件下，生长速率作为结晶取向的函 数可以以1至2个数量级变化。有大晶粒度的PV材料中的不受控制的结晶取向可以因此 导致再现性问题，并且因此在大批量生产期间降低产率。当然，在多晶薄膜中的晶粒的 交叉处的晶界作为不利的再结合中心。目前被认为限制了多晶的薄膜太阳能电池性能的大多数显微结构特征可以通过 在晶格匹配的单晶衬底上生长外延膜来避免。然而，单晶衬底的高成本阻止了它们在现 实应用中的使用。如果晶粒度足够大(对性质有最小的影响的粒度除了别的以外取决于 掺杂水平)的话，晶界的效应可以在多晶光伏薄膜中得到抑制。然而，在薄膜中，晶粒 生长通常被限制为仅是膜的厚度的两倍。因此，多晶膜中的晶界具有对效率的决定性的 影响。很多研究已经报告了晶界对光伏性质的影响。虽然以上的讨论的大部分已经集中在太阳能电池应用上，但是还有许多应用， 在这些应用中，当所需要的单晶的有效大小在直径上是约100 iim或几百微米时，需要用 于制造近似单晶的半导体膜(single crystaHike semiconductor film)的低成本的实际上可扩 大规模的方法。此外，对于某些应用来说，半导体表面/膜/晶片需要是柔性的，从而 使其中弯曲的半导体可能是期望的的应用成为可能。例如，对于太阳能电池应用来说， 使PV模块在其被放置时符合顶的轮廓可能是期望的。薄膜晶体管用于制造显示器。在 该应用中，人们也可以容易地意识到在柔性的和大面积显示器上的用途。对于电子器件，三维纳米点和纳米棒的有序阵列提供了把器件物理学扩展至完 全的二维或三维的限制(量子线和量子点)的希望。这些低维度结构中的多维限制长期 以来已经被预言将显著地改变与块体或平面异质结构相比的运输和光学性质。近年来， 电荷量子化对小半导体量子点的运输的影响已经刺激了许多对其中单个电子的传递足以 控制器件的单电子器件的研究。推动对量子效应的活跃研究的最重要的因素是由现代外 延生长提供的迅速扩展的半导体带隙工程能力。可能的应用包括自旋晶体管和单电子晶 体管。三维有序纳米点和纳米棒的其他可能的应用包括在光电子学和传感器上的潜在的 应用。例如，透明基质内的发光有序纳米点的阵列可以用于使用光致发光效应的器件。 其他应用包括在高效率光伏、固态照明器件等中的应用。专利技术概述本专利技术涉及大面积的、柔性的、基于半导体的、具有高性能的电子器件的制 造。本专利技术得到晶体学上有织构的(crystallographically texture)半导体器件。本专利技术得 到“单轴”织构的、“双轴”织构的以及“三轴”织构的半导体器件层的制造。器件 还是“柔性的”。如本文所使用的，“三轴织构的”是指材料中所有晶粒的三个晶轴全部相对于 彼此排列。所有材料的晶胞都可以以三个坐标轴a、b和c为特征。多晶试样中的单个晶 粒的取向可以由它的a、b和c晶轴与参考试样坐标系所成的角度定义。“单轴织构”是 指在所有构成多晶试样的晶粒中的这些轴中的任何一个的排列。“单轴织构度(degree of uniaxial texture)”可以使用电子背散射衍射或通过X射线衍射来测定。通常，据发现，晶 粒具有取向的有特征钟形曲线的正态分布或高斯分布。这种高斯分布的半宽度(FWHM) 或峰是“单轴织构度”，并且定义“织构的锐利度(sharpness of the texture)”。织构的 锐利度还被称为“镶嵌(mosaic) ”。双轴织构是指其中所有晶粒的三个晶轴中的两个以 某种度或锐利度排列的情况。三轴织构是指其中所有晶粒的全部三个晶轴以某种度或锐 利度排列的情况。例如，以10°的FWHM为特征的三轴织构意思是构成材料的所有晶 粒的三个晶轴，即a、b和c，的取向的独立分布可以被描述为半宽度是10°的分布。如本文所使用的，“柔性的”是指把器件围绕12英寸的心轴弯曲而本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多晶电子器件，包括： ａ．柔性的、退火金属或合金衬底，其具有相应于｛１１０｝＜１００＞的一次再结晶织构或二次再结晶织构，具有小于１０度的织构的镶嵌或锐利度； ｂ．在顶部缓冲层上的电子材料的至少一个外延层，所述电子材料的至少一个外延层选自包括但不限于基于以下的层的组：间接带隙半导体，例如Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＰ；直接带隙半导体，例如ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅ↓［２］（ＣＩＧＳ）、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ和ＡｌＩｎＰ；多频带半导体，例如像Ｚｎ↓［１－ｙ］Ｍｎ↓［ｙ］Ｏ↓［ｘ］Ｔｅ↓［１－ｘ］的Ⅱ－Ｏ－Ⅵ材料，以及Ⅲ－Ｎ－Ⅴ多频带半导体，例如ＧａＮ↓［ｘ］Ａｓ↓［１－ｘ－ｙ］Ｐ↓［ｙ］，及其组合，所述电子材料的至少一个外延层包括所述半导体层中的用于获得所需要的ｎ型或ｐ型半导体性质的其他材料的微量掺杂剂。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿米特戈亚尔，
申请(专利权)人：阿米特戈亚尔，
类型：发明
国别省市：US
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