CN101546703A - 一种制备硅纳米晶超晶格结构的方法 - Google Patents

一种制备硅纳米晶超晶格结构的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备硅纳米晶超晶格结构的方法，该方法包括：在衬底上生长二氧化硅层；将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化硅层上；对样品进行高温热退火。采用本发明方法制备的量子点颗粒的大小约为3至6nm，可用于单电子器件或单电子存储器的制作，特别是用于太阳能电池的制作等。这种方法具有工艺步骤少、简单、稳定可靠、易于大规模制造、能与传统的微电子工艺兼容的优点。

Description

一种制备硅纳米晶超晶格结构的方法
技术领域
本发明涉及纳米加工技术领域，特别是一种制备硅纳米晶超晶格结构的方法。
背景技术
随着世界人口的急剧增加，矿物能源被逐渐耗尽，对其他非矿物能源的需求量越来越大。特别是在20世纪70年代爆发石油危机后，太阳能的利用得到很大的发展。
自1954年贝尔实验室报道第一个商品化的Si太阳能电池以来，各种太阳能电池相继问世。通过数十年来的不断发展，太阳能电池从第一代的单晶硅太阳能电池、第二代的薄膜太阳能电池到现在第三代的高效太阳能电池，其制作成本逐步降低，转换效率不断提高。其中第一代第二代太阳能电池已经在市场上应用，第三代太阳能电池仍正处于发展中。
纳米晶薄膜太阳能电池，是属于第三代太阳能电池。纳米晶的典型尺寸为1至10纳米，包含几个到几十个原子，由于荷电载流子的运动在量子点受到三维的限制，能量发生量子化。量子点具有许多特性，如具有巨电导，可变化的带隙，可变化的光谱吸收性等，这些特性使得量子点太阳能电池可大大提高光电转化率，与目前最流行的多晶硅太阳能电池相比，生产能耗可减少20％，光电效率可增加50％至1倍以上，并大大的降低了昂贵的材料费用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的主要目的在于提供一种全新的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，即制备纳米晶叠层薄膜的方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制备硅纳米晶超晶格结构的方法，该方法包括：
在衬底上生长二氧化硅层；
将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化硅层上；
对样品进行高温热退火。
优选地，所述衬底为平整洁净的硅片，或为平整洁净的绝缘体上硅(SOI)，或为玻璃。
优选地，所述硅片为p型、(100)晶向的2寸硅片，厚度为525μm，电阻率为2至3Ωcm。
优选地，所述在衬底上生长二氧化硅层采用热氧化方法进行。
优选地，所述采用热氧化方法生长二氧化硅层，是在900℃的快速热氧化炉中氧化10分钟，生长致密的二氧化硅层。
优选地，所述将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化硅层上采用电子束蒸发的方式进行。
优选地，所述金属氧化物颗粒为二氧化铪颗粒。
优选地，所述硅颗粒与二氧化铪颗粒的混合物由3.5克的硅颗粒和2.5克的二氧化铪颗粒组成。
优选地，所述对样品进行高温热退火，是在1050℃下退火45分钟。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下效果：
1、本发明提供的这种制备硅纳米晶超晶格结构的方法，采用电子束蒸发技术，它是一种有效的并已大规模应用的制备薄膜的方法。由于本发明所采用的材料，设备均来自于传统的半导体制作工艺，因此其很容易与已有的微电子工艺相兼容。
2、采用本发明提供的这种制备硅纳米晶超晶格结构的方法，所制备的量子点颗粒的大小约为3至6nm，可用于单电子器件或单电子存储器的制作，特别是用于太阳能电池的制作等。
3、本发明提供的这种制备硅纳米晶超晶格结构的方法，具有工艺步骤少、简单、稳定可靠、易于大规模制造、能与传统的微电子工艺兼容的优点。
附图说明
图1是本发明提供的制备硅纳米晶超晶格结构的方法流程图；
图2至图4是本发明提供的制备硅纳米晶超晶格结构的工艺流程图；
图5和图6是采用本发明提供的方法所制备的硅纳米晶超晶格结构的TEM照片。
具体实施方式
为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的是第三代太阳能电池中基于共蒸法制备硅纳米晶超晶格结构的方法，主要利用电子束蒸发手段制备硅和二氧化铪混合物薄膜，通过将硅和二氧化铪固体颗粒或硅和其他氧化物颗粒混合在一起蒸发至热氧化生长的二氧化硅层上，该方法具体步骤如图1所示，包括：
步骤101：在衬底上生长二氧化硅层；
步骤102：将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化硅层上；
步骤103：对样品进行高温热退火。
上述步骤101中所述衬底为平整洁净的硅片，或为平整洁净的绝缘体上硅SOI。所述在衬底上生长二氧化硅层采用热氧化方法进行。
上述步骤102中所述将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化硅层上采用电子束蒸发的方式进行，所述金属氧化物颗粒为二氧化铪颗粒。
上述步骤103中所述对样品进行高温热退火，是在1050℃下退火45分钟。
图2至图4示出了本发明提供的制备硅纳米晶超晶格结构的工艺流程图，具体包括：
如图2所示，通过热氧化生长技术在硅衬底上生长二氧化硅层；
如图3所示，通过电子束蒸发的方式在二氧化硅层上镀一层硅和二氧化铪混合物薄膜；
如图4所示，将样品进行高温热退火。
下面进一步说明本发明的详细工艺方法和步骤，其中：
采用p型、(100)晶向的2寸硅片做衬底，该衬底厚525μm，电阻率为2至3Ωcm。具体的工艺步骤如下：
步骤1、将硅片在快速热氧化炉中900℃氧化10分钟，生长致密的氧化层；
步骤2、电子束蒸发上硅和二氧化铪的混合物。其中，混合物由3.5克的硅颗粒和2.5克的二氧化铪颗粒组成，蒸发平均速度为
Figure A200810102796D0006173139QIETU
；
步骤3、高温热退火。1050℃退火45分钟。
图5和图6示出了采用本发明提供的方法所制备的硅纳米晶超晶格结构的TEM照片，该TEM照片均为通过高分辨率透射电镜所观察到的结果。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特征在于，该方法包括：
在衬底上生长二氧化硅层；
将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化硅层上；
对样品进行高温热退火。
2、根据权利要求1所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特征在于，所述衬底为平整洁净的硅片，或为平整洁净的绝缘体上硅SOI，或为玻璃。
3、根据权利要求2所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特征在于，所述硅片为p型、(100)晶向的2寸硅片，厚度为525μm，电阻率为2至3Ωcm。
4、根据权利要求1所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特征在于，所述在衬底上生长二氧化硅层采用热氧化方法进行。
5、根据权利要求4所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特征在于，所述采用热氧化方法生长二氧化硅层，是在900℃的快速热氧化炉中氧化10分钟，生长致密的二氧化硅层。
6、根据权利要求1所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特征在于，所述将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化硅层上采用电子束蒸发的方式进行。
7、根据权利要求1或6所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特征在于，所述金属氧化物颗粒为二氧化铪颗粒。
8、根据权利要求7所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特征在于，所述硅颗粒与二氧化铪颗粒的混合物由3.5克的硅颗粒和2.5克的二氧化铪颗粒组成。
9、根据权利要求1所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特征在于，所述对样品进行高温热退火，是在1050℃下退火45分钟。
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