CN110323232A - 一种能量收集器及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种能量收集器及终端设备，其中，能量收集器包括：第一钝化层、互补金属氧化物半导体CMOS芯片和铜铟镓硒薄膜太阳能电池CIGS层；第一钝化层位于CMOS芯片上；CIGS层位于第一钝化层远离CMOS芯片的一侧；其中，第一钝化层将CMOS芯片和CIGS层进行隔离。本申请将CIGS层集成在CMOS芯片上，并利用第一钝化层将CMOS芯片和CIGS层进行隔离，防止CMOS芯片被CIGS层中的钠离子污染，且阻止了CIGS层作等离子处理时可能的发生的等离子体充电损伤，实现了利用太阳能电池CIGS对CMOS芯片的不间断供电，且确保CMOS芯片正常运行。
Description
技术领域
本申请涉及半导体领域，具体而言，涉及一种能量收集器及终端设备。
背景技术
互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)芯片其主要作用是用来存放基本输入输出系统储存BIOS芯片中的设置信息以及系统时间日期。如果CMOS中数据损坏，计算机将无法正常工作，为使计算机不丢失CMOS和系统时钟信息，需要在CMOS芯片的附近有一个电池为其进行持续供电。
但是，在实际应用中，利用铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CuInxGa(1-x)Se2，CIGS)为CMOS芯片进行供电时，由于铜Cu离子是CIGS太阳能电池中必须包含的元素，钠Na离子是CIGS太阳能电池提高效率所必需包含的元素，然而，Cu离子和Na离子在金属间的电介质和在硅中具有较快的扩散系数，并且作为移动电荷具有较强的活性，使得CMOS芯片发生Na离子污染，不能正常运行。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种能量收集器及终端设备，能够利用CIGS为CMOS芯片进行不间断供电，且确保CMOS芯片正常运行。
第一方面，本申请实施例提供了一种能量收集器，其中，包括：第一钝化层、互补金属氧化物半导体CMOS芯片和铜铟镓硒薄膜太阳能电池CIGS层；
所述第一钝化层位于所述CMOS芯片上；
所述CIGS层位于所述第一钝化层远离所述CMOS芯片的一侧；
其中，所述第一钝化层将所述CMOS芯片和所述CIGS层进行隔离。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括第二钝化层；
所述第二钝化层位于所述CMOS芯片远离所述第一钝化层的一侧。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括防护层；
所述防护层位于所述CMOS芯片远离所述第二钝化层的一侧，且位于所述第一钝化层靠近所述CMOS芯片的一侧；
其中，所述防护层将所述CMOS芯片远离所述第二钝化层的一侧进行隔离。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括基板层；
所述基板层位于所述第一钝化层远离所述CMOS芯片的一侧，且位于所述CIGS层靠近所述CMOS芯片的一侧。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述基板层包括钛Ti沉积层和钼Mo沉积层；
所述Ti沉积层位于第一钝化层远离所述CMOS芯片的一侧，且位于所述Mo沉积层靠近所述CMOS芯片的一侧；
所述Mo沉积层位于所述CIGS层靠近所述CMOS芯片的一侧；
其中，所述Ti沉积层将所述Mo沉积层粘附在所述第一钝化层上。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括透明窗口层；
所述透明窗口层位于所述CIGS层远离所述CMOS芯片的一侧。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述透明窗口层包括：缓冲层、本征层和掺杂层；
所述缓冲层位于所述CIGS层远离所述CMOS芯片的一侧，且位于所述本征层靠近所述CMOS芯片的一侧；
所述本征层位于所述掺杂层靠近所述CMOS芯片的一侧。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括电极栅；
所述电极栅位于所述掺杂层远离所述CMOS芯片的一侧。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述第一钝化层包括第一二氧化硅SiO2层、氮化硅Si3N4层和第二二氧化硅SiO2层；
所述第一SiO2层位于所述CMOS芯片上；
所述Si3N4层位于所述第一SiO2层远离所述CMOS芯片的一侧，且位于所述第二SiO2层靠近所述CMOS芯片的一侧；
所述第二SiO2层位于所述Ti沉积层靠近所述CMOS芯片的一侧。
第二方面，本申请实施例还提供了一种能量收集器，其中，包括上述第一方面、第一方面第一种可能的实施方式至第一方面第八种可能的实施方式中的任一项所述的能量收集器。
本申请实施例提供的一种能量收集器及终端设备，其中，能量收集器包括：第一钝化层、互补金属氧化物半导体CMOS芯片和铜铟镓硒薄膜太阳能电池CIGS层；第一钝化层位于CMOS芯片上；CIGS层位于第一钝化层远离CMOS芯片的一侧；其中，第一钝化层将CMOS芯片和CIGS层进行隔离。本申请将CIGS层集成在CMOS芯片上，并利用第一钝化层将CMOS芯片和CIGS层进行隔离，防止CMOS芯片被CIGS层中的钠离子污染，且阻止了CIGS层作等离子处理时可能的发生的等离子体充电损伤，实现了利用太阳能电池CIGS对CMOS芯片的不间断供电。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的一种能量收集器的结构示意图；
图2示出了本申请实施例所提供的另一种能量收集器的结构示意图；
图3示出了本申请实施例所提供的另一种能量收集器的结构示意图；
图4示出了本申请实施例所提供的另一种能量收集器的结构示意图；
图5示出了本申请实施例所提供的另一种能量收集器的结构示意图；
图6示出了本申请实施例所提供的另一种能量收集器的结构示意图；
图7示出了本申请实施例所提供的另一种能量收集器的结构示意图；
图8示出了本申请实施例所提供的另一种能量收集器的结构示意图；
图9示出了本申请实施例所提供的另一种能量收集器的结构示意图；
图10示出了本申请实施例所提供的另一种能量收集器的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种能量收集器，该能量收集器的整体结构示意图如图1所示。
具体的，如图2所示，包括：第一钝化层11、互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CMOS)芯片12和铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CuInxGa(1-x)Se2，CIGS)层13。
所述第一钝化层11位于所述CMOS芯片12上；所述CIGS层13位于所述第一钝化层11远离所述CMOS芯片12的一侧；其中，所述第一钝化层11将所述CMOS芯片12和所述CIGS层13进行隔离。
其中，如图3所示，所述第一钝化层11包括第一二氧化硅SiO2层111、氮化硅Si3N4层112和第二二氧化硅SiO2层113。在具体实施中，采用等离子体增强化学气相沉积(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)技术在300℃下沉积250nm的所述第一SiO2层111、300nm的所述Si3N4层112和250nm的所述第二SiO2层113。
具体的，基于250nm的所述第一SiO2层111、300nm的所述Si3N4层112和250nm的所述第二SiO2层113，利用PECVD技术制备所述第一钝化层11的流程如下：首先，将所述第一SiO2层111沉积在最下面，作为第一钝化层11的底层，所述第一SiO2层111位于所述CMOS芯片12上；之后，将所述Si3N4层112沉积在所述第一SiO2层111远离所述CMOS芯片12的一侧，且位于所述第二SiO2层113靠近所述CMOS芯片12的一侧；也即，位于所述第一SiO2层111和所述第二SiO2层113的中间；之后，将所述第二SiO2层113沉积在所述Si3N4层112远离所述第一SiO2层111的一侧，且位于所述Ti沉积层靠近所述CMOS芯片的一侧，也即，所述第二SiO2层113作为第一钝化层11的顶层。
由于Cu离子是CIGS太阳能电池中必须包含的元素，Na离子是CIGS太阳能电池提高效率所必需包含的元素，然而，Cu离子和Na离子在金属间的电介质和在硅中具有较快的扩散系数，并且作为移动电荷具有较强的活性，因此，本申请实施例中，利用第一钝化层11将所述CMOS芯片12和所述CIGS层13进行隔离，使得第一钝化层11中的所述Si3N4层112防止CMOS芯片12发生Na离子污染。
进一步的，由于对CIGS太阳能电池处理需要作等离子体处理，而这可能会对CMOS芯片12造成等离子体充电损坏，因此，本申请实施例中的第一钝化层11可以阻止可能的等离子体充电损伤，确保CMOS芯片12可以正常进行工作。
如图4所示，本申请实施例提供的能量收集器还包括第二钝化层14。
所述第二钝化层14位于所述CMOS芯片12远离所述第一钝化层11的一侧。值得说明的是，所述第二钝化层14与第一钝化层11的制备方法和流程相同，在此不再进行过多赘述。
如图5所示，本申请实施例提供的能量收集器还包括防护层15，其中，防护层15为100nm的钨钛TiW。
这里，所述防护层15位于所述CMOS芯片12远离所述第二钝化层14的一侧，且位于所述第一钝化层11靠近所述CMOS芯片12的一侧，也即，所述防护层15位于所述CMOS芯片12与第二钝化层14中间。
其中，所述防护层15将所述CMOS芯片12远离所述第二钝化层14的一侧进行隔，并且，该防护层15作为一个蚀刻停止层，在不影响CMOS芯片12的上层的情况下对堆栈进行去处理。
如图6所示，本申请实施例提供的能量收集器还包括基板层16。其中，所述基板层16位于所述第一钝化层11远离所述CMOS芯片12的一侧，且位于所述CIGS层13靠近所述CMOS芯片12的一侧，也即，基板层16位于第一钝化层11与CIGS层13中间。
具体的，如图7所示，所述基板层16包括钛Ti沉积层161和钼Mo沉积层162。
这里，所述Ti沉积层161位于第一钝化层11远离所述CMOS芯片12的一侧，且位于所述Mo沉积层162靠近所述CMOS芯片12的一侧；所述Mo沉积层162位于所述CIGS层13靠近所述CMOS芯片12的一侧。
其中，所述Ti沉积层161将所述Mo沉积层162粘附在所述第一钝化层11上。
在具体实施中，所述基板层16的制备流程具体如下，首先，由于CIGS层13与CMOS芯片12之间需要有良好的粘附性，因此，沉积10nm的Ti沉积层161，可以解决通过标准两级磁控溅射沉积的Mo沉积层162在CMOS芯片12上粘附性较差的问题；之后，通过磁控溅射沉积1-1.2μm的Mo沉积层162，Mo沉积层162沉积后，热蒸发20-30nm的NaF层，为CIGS层13提供Na离子，达到为CIGS层13收集能量提高效率的目的。
在具体实施中，CIGS层13中的CIGS太阳能电池为P型，将CIGS层13靠近CMOS芯片12的一侧采用3段共蒸发法，在没有真空断路的情况下，将P型CIGS层13靠近CMOS芯片12的一侧共蒸发到涂有Mo沉积层162的CMOS芯片12和/或玻璃基板上。
如图8所示，本申请实施例提供的能量收集器还包括透明窗口层17；其中，所述透明窗口层位于所述CIGS层13远离所述CMOS芯片12的一侧。
如图9所示，所述透明窗口层17包括：缓冲层171、本征层172和掺杂层173；其中，所述缓冲层171位于所述CIGS层13远离所述CMOS芯片12的一侧，且位于所述本征层172靠近所述CMOS芯片12的一侧；也即，所述缓冲层171位于所述CIGS层13与所述本征层172中间。所述本征层172位于所述掺杂层173靠近所述CMOS芯片的一侧，也即，所述本征层172位于所述缓冲层171与所述掺杂层173中间。
在具体实施中，在80℃下通过化学镀液对硫化镉CdS的N型缓冲层171进行沉积，之后，用射频磁控溅射法依次沉积50nm的ZnO(i-ZnO)本征层172和铝Al掺杂300nm的氧化锌ZnO(ZnO:Al)形成的掺杂层173，得到透明窗口层17。最后，用荫罩将该能量收集器包括的镍铝顶电极栅18(图10中指示有电极栅18)热蒸发到透明窗口层17上，也即，所述电极栅18位于所述掺杂层173远离所述CMOS芯片12的一侧。
另外，CIGS太阳能电池可以在320-550℃温度范围内制造，且使用500-550℃的工艺温度可以获得更高的光伏效率。但是，如果工艺温度高于450℃，CMOS芯片12的顶部铝金属线会损坏。因此，在CIGS太阳能电池的背面和425℃以下进行集成，这样可以解决峰值工艺温度和应力问题，保持CMOS芯片12的功能。
当然，在完成上述钝化、沉积等过程之后，还需要进行刻蚀工艺来形成图1所示的结构，以确保能量收集器的形状、体积等。
这里，本申请实施例在将CMOS芯片12和CIGS太阳能电池(CIGS层13)进行集成之前，还可以预先对CMOS芯片12进行电特性分析，包括开路电压、短路电流等，并进行存储。其中，CMOS芯片12可以包括0.13μmCMOS芯片(Cu-PCM)，0.18μmCMOS芯片(Ringo)和0.25μmCMOS芯片(Timepix)。
在将CMOS芯片12和CIGS太阳能电池(CIGS层13)进行集成之后，对CIGS层13进行光伏特性分析，其中，光伏特性包括电流、电压等。
之后，将CIGS层13、第一钝化层11和第一钝化层14去除，例如Cu-PCM芯片，在去处理过程中，采用氯化氢HCl去除本征层172、所述缓冲层171、所述掺杂层173；采用烟熏硝酸腐蚀CIGS层的吸收面和Mo沉积层162；采用BHF试剂去除第一钝化层11和第一钝化层14；用过氧化氢去除防护层15；得到CMOS芯片12，进一步的，再次对CMOS芯片12进行电特性分析，判定当前的电特性分析结果与集成之前的CMOS芯片12的电特性分析结果是否一致，进而确保本申请实施例的能量收集器以及该能量收集器的制备流程有效。
本申请实施例提供的能量收集器实现了利用CIGS太阳能电池对CMOS芯片的不间断供电。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种能量收集器，其特征在于，包括：第一钝化层、互补金属氧化物半导体CMOS芯片和铜铟镓硒薄膜太阳能电池CIGS层；
所述第一钝化层位于所述CMOS芯片上；
所述CIGS层位于所述第一钝化层远离所述CMOS芯片的一侧；
其中，所述第一钝化层将所述CMOS芯片和所述CIGS层进行隔离。
2.根据权利要求1所述的能量收集器，其特征在于，还包括第二钝化层；
所述第二钝化层位于所述CMOS芯片远离所述第一钝化层的一侧。
3.根据权利要求2所述的能量收集器，其特征在于，还包括防护层；
所述防护层位于所述CMOS芯片远离所述第二钝化层的一侧，且位于所述第一钝化层靠近所述CMOS芯片的一侧；
其中，所述防护层将所述CMOS芯片远离所述第二钝化层的一侧进行隔离。
4.根据权利要求1所述的能量收集器，其特征在于，还包括基板层；
所述基板层位于所述第一钝化层远离所述CMOS芯片的一侧，且位于所述CIGS层靠近所述CMOS芯片的一侧。
5.根据权利要求4所述的能量收集器，其特征在于，所述基板层包括钛Ti沉积层和钼Mo沉积层；
所述Ti沉积层位于第一钝化层远离所述CMOS芯片的一侧，且位于所述Mo沉积层靠近所述CMOS芯片的一侧；
所述Mo沉积层位于所述CIGS层靠近所述CMOS芯片的一侧；
其中，所述Ti沉积层将所述Mo沉积层粘附在所述第一钝化层上。
6.根据权利要求1所述的能量收集器，其特征在于，还包括透明窗口层；
所述透明窗口层位于所述CIGS层远离所述CMOS芯片的一侧。
7.根据权利要求6所述的能量收集器，其特征在于，所述透明窗口层包括：缓冲层、本征层和掺杂层；
所述缓冲层位于所述CIGS层远离所述CMOS芯片的一侧，且位于所述本征层靠近所述CMOS芯片的一侧；
所述本征层位于所述掺杂层靠近所述CMOS芯片的一侧。
8.根据权利要求7所述的能量收集器，其特征在于，还包括电极栅；
所述电极栅位于所述掺杂层远离所述CMOS芯片的一侧。
9.根据权利要求5所述的能量收集器，其特征在于，所述第一钝化层包括第一二氧化硅SiO2层、氮化硅Si3N4层和第二二氧化硅SiO2层；
所述第一SiO2层位于所述CMOS芯片上；
所述Si3N4层位于所述第一SiO2层远离所述CMOS芯片的一侧，且位于所述第二SiO2层靠近所述CMOS芯片的一侧；
所述第二SiO2层位于所述Ti沉积层靠近所述CMOS芯片的一侧。
10.一种终端设备，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一项所述的能量收集器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910630970.2A CN110323232A (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种能量收集器及终端设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910630970.2A CN110323232A (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种能量收集器及终端设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110323232A true CN110323232A (zh) | 2019-10-11 |
Family
ID=68121976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910630970.2A Pending CN110323232A (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种能量收集器及终端设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN110323232A (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102150276A (zh) * | 2008-09-30 | 2011-08-10 | 思阳公司 | 用于cigs基薄膜光伏电池的薄膜钠物种阻挡方法和结构 |
-
2019
- 2019-07-12 CN CN201910630970.2A patent/CN110323232A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102150276A (zh) * | 2008-09-30 | 2011-08-10 | 思阳公司 | 用于cigs基薄膜光伏电池的薄膜钠物种阻挡方法和结构 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| J.LU,ET AL: "Materials Characterization of CIGS solar cells on Top of CMOS chips", 《MRS PROCEEDINGS》 * |
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