CN204490986U - 一种多晶硅表面金属薄膜的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多晶硅表面金属薄膜的制备装置，该方法是将多晶硅片和金属靶材分别连接于高压脉冲电源的正极和负极并置于充入氩气的真空室内，两者之间的电场使氩气电离，形成的氩离子轰击金属靶材，产生溅射粒子沉积于多晶硅片表面，该多晶硅片表面在高压脉冲电源的间隔时间内，受到激光的扫描加热，加快溅射粒子的渗入，且溅射与激光加热按高压脉冲的频率循环往复进行，使多晶硅片表面形成金属薄膜。本实用新型在多晶硅表面制备的金属薄膜均匀性好，膜基结合力高，同时装置结构相对简单，易于安装、检修。

Description

一种多晶硅表面金属薄膜的制备装置

技术领域：

本实用新型涉及一种多晶硅表面金属薄膜的制备装置。

背景技术：

随着现代科技的发展，对固体材料实施薄膜与表面技术可以赋予材料表面新的物理或化学性能，从而制备出具有优异性能的构件。对于半导体材料而言，在其表面制备金属薄膜可以提高导电性能，尤其适用于多晶硅太阳能电池的背面电极制备。

目前在多晶硅表面制备金属薄膜的方法主要有：蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀膜等。蒸发镀膜对于高熔点靶材由于蒸发太慢，镀膜的速度比较慢；溅射镀膜、离子镀膜的速度较快，但是镀膜的厚度不均匀。上述方法均是在基体材料表面形成沉积镀层，没有进一步扩散，膜层与基材的结合力差，容易发生膜层脱落。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种能够在非金属材料表面制备金属薄膜效率高、厚度均匀、膜基结合力好的多晶硅表面金属薄膜的制备装置。

为了实现上述发明目的，本实用新型提供一种多晶硅表面金属薄膜的制备装置：包括真空室、金属靶材、磁体、激光器、高压脉冲电源、氩气瓶、真空泵、多晶硅和用于装夹并带动多晶硅运动的夹具，若干所述磁体设置在真空室内，金属靶材置于在磁体上，氩气瓶和真空泵分别与真空室连通，高压脉冲电源的正负极分别与多晶硅和金属靶材电连接，激光器发射的激光束通过真空室侧壁上设置的对应孔洞，投射到至多晶硅上。

为了便于多晶硅便面能够充分溅射到金属粒子，所述夹具设置在作X、Y轴向运动的驱动机构上，该驱动机构包括X向驱动机构和Y向驱动机构，Y向驱动机构滑动连接于X向驱动机构，并相对X向驱动机构垂直运动，夹具设置在Y向驱动机构上。

进一步地，所述X向驱动机构和Y向驱动机构均包括导轨、丝杠、螺母和电机，所述丝杠与电机转轴固定连接，螺母螺旋连接在丝杠上，且一端与导轨滑动连接；所述Y向运动机构中的导轨和电机设置在X向运动机构中的螺母上，所述夹具设置在Y向运动机构中的螺母上。

为便于激光器射出的激光束更好地入射至多晶硅上，所述真空室内还设有激光反射机构，该机构包括导轨、全反射镜、聚焦透镜和滑座，所述滑座滑动设置在导轨上，全反射镜和聚焦透镜设置在滑座上，所述激光束通过全反射镜及聚焦透镜上投射到至多晶硅上。

为防止磁体产生的磁场对真空室内其他工作部件造成影响，真空室内还设有用于屏蔽磁体磁场的屏蔽压板，所述屏蔽压板压合在金属靶材上。

为更好地对金属靶材进行冷却，该制备装置还包括冷却机构，该冷却装置包括冷却水套、冷却水箱、回水管和进水管，所述回水管和进水管的一端与冷却水箱相连通，另一端与冷却水套相连通，所述冷却水套设置在相邻两磁体之间。

本实用新型主要以磁控二级溅射方式在多晶硅表面沉积金属原子，同时利用激光反射机构对多晶硅表面扫描加热，加速金属靶材产生溅射粒子渗入多晶硅，从而提高薄膜的制备速度。在金属薄膜制备过程中，通过数控系统不断的变换多晶硅的位置，使得溅射粒子能够均匀沉积在多晶硅表面，实现均匀性好、膜基结合力高的金属薄膜的制备。本实用新型装置构简单，易于安装、检修、使用方便。

附图说明：

图 1 为本实用新型结构示意图。

图 2 为本实用新型中X向驱动机构和Y向驱动机构结构示意图。

图 3 为本实用新型中屏蔽压板与磁体的安装结构示意图。

图 4 为本实用新型中激光器安装结构示意图。

其中

1、真空室；2、数控系统；4、激光反射机构；5、高压脉冲电源；6、氩气瓶；7、冷却水泵；8、真空泵；9、支撑架；10、夹具；11、多晶硅；12、工作台；13、冷却水箱；21、导轨；22、丝杠；23、滑块；24、连接座；25、联轴器；31、金属靶材；32、屏蔽压板；33、磁体；34、靶座；35、底座；36、回水管；37、进水管；38、冷却水套；41、激光器；42、支架；43、平行导轨；44、全反射镜；45、聚焦透镜；46、托架；47、导杆；48、滑座。

具体实施方式：

如图1，本实用新型提供一种多晶硅表面金属薄膜的制备装置，该装置具有真空室1、激光器41、高压脉冲电源5、氩气瓶6、真空泵8和用于装夹并带动多晶硅11运动的夹具10，氩气瓶6的出气端和真空泵8抽气端分别与真空室1相连通，高压脉冲电源5的正负两极端伸至真空室1内，并分别与多晶硅11和金属靶材31对应相连，激光器41的照射端设置在真空室侧壁上，且激光器射出的激光束射至多晶硅11上，在真空室1上设有方便更换多晶硅11和金属靶材31的密封舱门。

结合图2，本实用新型为加大金属靶材31对工件11的溅射，在真空室1内设有磁体33，三块磁体33嵌在真空室1底侧壁的底座35上，其中左右两块磁铁是N磁极向上，中间磁铁是S极向上，金属靶材31固定连接在磁体33上。本实用新型为了防止磁体33的磁场对真空室1内其他结构原件工作造成影响，在真空室1内设有屏蔽压板32和靶座34，靶座34对称设置在底座35两侧，且一端与真空室1内壁固定连接，另一端抵接在金属靶材31的侧壁上，屏蔽压板32压合在金属靶材31上，并与靶座34固定连接，金属靶材31通过屏蔽压板32和靶座34固定连接在磁体33上。本实用新型中的磁铁33在金属靶材31的上方形成了一个环形的封闭磁场，该封闭磁场具有横向磁场分量与纵向的高压电场构成正交的电磁场，可以实现金属靶材31对多晶硅11的磁控溅射。

本实用新型为了对金属靶材31进行有效的冷却，设有一冷却机构，该冷却装置包括冷却水套38、冷却水箱13、回水管36和进水管37，冷却水套38设置在相邻两磁体33之间，冷却水箱13设置在真空室1下方，冷却水套38通过冷却水管中的回水管36和进水管37与冷却水箱13相连。在进水管37设置一冷却水泵7，用于将冷却水箱13中的水抽至冷却水套38中。

结合图3，本实用新型为了能使夹具10带动多晶硅11运动，在真空室1内设有带动夹具10作X、Y轴向运动的X向驱动机构和Y向驱动机构，该述X、Y向运动机构均包括导轨21、丝杠22、螺母、滑块23、联轴器25和电机26。丝杠22通过联轴器25与电机26的转轴固定连接，螺母螺旋连接在丝杠22上，且丝杠22通过滑块23滑动连接在导轨21上。在X向运动机构中，电机26固定连接在真空室1外侧壁上，联轴器25 穿接在真空室1侧壁上，导轨21通过支撑架9固定连接在真空室1内侧壁上。在Y向运动机构中，导轨21通过连接座24固定连接在X向运动机构中的滑块23上，在Y向运动机构中滑块23上设有用于固定安装夹具10的工作台12。多晶硅11通过夹具10固定连接在工作台12上，并与高压脉冲电源5的正极相连。

结合图4，本实用新型为更好将激光器41的入射光反射至多晶硅11上，设置一激光反射机构4，该机构包括导轨43、全反射镜44、聚焦透镜45和滑座48，导轨43通过支架42设置在真空室1的内侧壁上，滑座48滑动设置在导轨43上，全反射镜44固定在滑座48上，聚焦透镜45通过托架46和导杆47设置在聚焦透镜45上方，激光器41设置在真空室1的外侧壁上，激光器41发出的激光束射至全反射镜44，经全反射镜44全发射后射至聚焦透镜45上。用于固定聚焦透镜45的托架46可以沿着导杆47作上下移动，将激光聚焦至不同厚度的多晶硅11的表面。激光器41发出的激光为半导体激光，波长为1064nm，功率控制在30W-50W，频率控制在500-2000Hz。

本实用新型装置制备多晶硅表面金属薄膜的制备方法为：是将多晶硅片和金属靶材分别连接于高压脉冲电源的正极和负极并置于气压在气压4×10^-3Pa的真空室内，然后在该真空室内持续充入氩气，保证真空室内气压保持在0.1-1Pa，开启高压脉冲电源，使得多晶硅片和金属靶材两者之间的电场使氩气电离，形成的氩离子轰击金属靶材，产生溅射粒子沉积于多晶硅片表面，启动激光对多晶硅片扫描加热，在多晶硅片表面在高压脉冲电源的间隔时间内，受到激光的扫描加热，加快溅射粒子的渗入，且溅射与激光加热按高压脉冲的频率循环往复进行，使多晶硅片表面形成金属薄膜。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种多晶硅表面金属薄膜的制备装置，其特征在于：包括真空室（1）、金属靶材（31）、磁体（33）、激光器（41）、高压脉冲电源（5）、氩气瓶（6）、真空泵（8）、多晶硅（11）和用于装夹并带动多晶硅（11）运动的夹具（10），若干所述磁体（33）设置在真空室（1）内，金属靶材（31）置于在磁体（33）上，氩气瓶（6）和真空泵（8）分别与真空室（1）连通，高压脉冲电源（5）的正负极分别与多晶硅（11）和金属靶材（31）电连接，激光器（41）发射的激光束通过真空室侧壁上设置的对应孔洞，投射到至多晶硅（11）上。

2.根据权利要求1所述的多晶硅表面金属薄膜的制备装置，其特征在于：所述夹具（10）设置在作X、Y轴向运动的驱动机构上，该驱动机构包括X向驱动机构和Y向驱动机构，Y向驱动机构滑动连接于X向驱动机构，并相对X向驱动机构垂直运动，夹具（10）设置在Y向驱动机构上。

3.根据权利要求2所述的多晶硅表面金属薄膜的制备装置，其特征在于：所述X向驱动机构和Y向驱动机构均包括导轨（21）、丝杠（22）、螺母和电机（26），所述丝杠（22）与电机（26）转轴固定连接，螺母螺旋连接在丝杠（22）上，且一端与导轨（21）滑动连接；所述Y向运动机构中的导轨和电机设置在X向运动机构中的螺母上，所述夹具（10）设置在Y向运动机构中的螺母上。

4.根据权利要求1所述的多晶硅表面金属薄膜的制备装置，其特征在于：所述真空室（1）内还设有激光反射机构（4），该机构包括导轨（43）、全反射镜（44）、聚焦透镜（45）和滑座（48），所述滑座（48）滑动设置在导轨（43）上，全反射镜（44）和聚焦透镜（45）设置在滑座（48）上，所述激光束通过全反射镜（44）及聚焦透镜（45）上投射到至多晶硅（11）上。

5.根据权利要求1所述的多晶硅表面金属薄膜的制备装置，其特征在于：所述真空室（1）内还设有用于屏蔽所述磁体产生磁场的屏蔽压板（32），所述屏蔽压板（32）压合在金属靶材（31）上。

6.根据权利要求1所述的多晶硅表面金属薄膜的制备装置，其特征在于：该制备装置还包括冷却机构，该冷却装置包括冷却水套（38）、冷却水箱（13）、回水管（36）和进水管（37），所述回水管（36）和进水管（37）的一端与冷却水箱（13）相连通，另一端与冷却水套（38）相连通，所述冷却水套（38）设置在相邻两磁体（33）之间。