DE10101375A1 - Punktkontakte für Halbleiter und deren Herstellung - Google Patents
Punktkontakte für Halbleiter und deren HerstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Punktkontakten zwischen einem Halbleiter und einem Elektronenleiter. Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich eine vorherige Reduzierung einer Metallteilchen umfassenden Lösung zunutze, die beim Eintauchen eines Halbleiters in diese reduzierte Lösung ein Entstehen von Oberflächenzuständen regelmäßig verhindert.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Punktkontakte für Halb
leiter und deren Herstellungsverfahren.
Anstelle von großflächigen Kontaktierungen eines Halb
leiters werden häufig metallische Punktkontakte einge
setzt, da sie die Stromverluste durch Rekombination der
gebildeten Ladungsträger an der Oberfläche des Halblei
ters vermeiden sollen.
Diese Technik wird unter anderem in hocheffizienten
Solarzellen angewendet, bei denen ein Halbleiter über
metallische Punktkontakte mit einem Elektrolyten ver
bunden ist, wie aus "J. Knobloch, W. Wetting, Hocheffi
ziente Solarzellen, in Solarzellen, Hrsg. D. Meissner,
Vieweg, Braunschweig 1993" hervorgeht. Dabei wird der
nicht mit Punktkontakten belegte Teil der Oberfläche
beispielsweise chemisch passiviert werden, insbesondere
durch eine isolierende Oxidschicht. Weiterhin kann die
ser Teil der Oberfläche auch mit sogenannten "back sur
face fields" ausgestattet werden. Die beschriebenen
Punktkontakte werden in aufwendigen und teuren Prozes
sen lithographisch hergestellt.
Aus "A. Maier, I. Uhlendorf, D. Meissner, Electrochimi
ca Acta, 40 (1995) 1523-1535" ist bekannt, Punktkontak
te an einer Halbleiter/Elektrolyt Grenzfläche durch
einfaches Eintauchen eines Halbleiters in eine Suspen
sion oder eine kolloidale Lösung von Metallteilchen
herzustellen, so daß sich Metall auf der Oberfläche ab
scheidet. Bei dieser Technik stören jedoch die freien
Metallionen in der Lösung, die im Gleichgewicht mit den
kolloidalen Metallteilchen (Metallcluster) vorliegen.
Metallionen auf der Oberfläche führen regelmäßig zu
Stromverlusten durch Rekombination der gebildeten La
dungsträger an der Oberfläche des Halbleiters. Zur Ver
meidung dieses Problems wird daher die kolloidale Lö
sung kurz vor Eintauchen des Halbleiters chemisch redu
ziert. Nach der Abscheidung der Metallcluster auf der
Oberfläche des Halbleiters, die dann die Punktkontakte
bilden, kann der so modifizierte Halbleiter beispiels
weise in eine elektrochemische Zelle eingebaut werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und zuver
lässiges Verfahren zur Herstellung von metallischen
Punktkontakten zwischen einem Halbleiter und einem
Elektronenleiter zu schaffen. Ferner ist es Aufgabe der
Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die
metallischen Punktkontakte zwischen einem Halbleiter
und einem Elektronenleiter nicht die oben genannten
Nachteile aufweisen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach An
spruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Nebenanspruch.
Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den rückbe
zogenen Ansprüchen.
Das Verfahren zur Herstellung von Punktkontakten zwi
schen einem Halbleiter und einem Elektronenleiter nach
Anspruch 1 umfaßt folgende Schritte
- - eine Flüssigkeit, in der sich Metallteilchen befin den, wird chemisch reduziert,
- - ein Halbleiter wird zum Aufwachsen der metallischen Punktkontakte in diese Flüssigkeit eingetaucht,
- - die nicht mit metallischen Punktkontakten belegte Oberfläche des Halbleiters wird passiviert,
- - die aus Punktkontakten und passivierter Schicht be stehende Oberfläche wird mit einem Elektronenleiter belegt.
Geeignete Flüssigkeiten sind beispielsweise wäßrige
Lösungen oder organische Lösungsmittel, wie z. B. Ace
tonitril, in denen sich Metallteilchen lösen oder sus
pendieren lassen. Unter Metallteilchen versteht man
Metallionen, Komplexe mit Metallionen oder auch größere
(bis zu 10-8 mol/l, insbesondere 10-10 mol/l) ungeladene
metallische Partikel (Metallcluster). Geeignete Metalle
sind z. B. Pt, Ag oder Cu sowie Legierungen mit diesen
Metallen. Vorteilhaft für das Verfahren ist der Einsatz
einer Suspension oder einer kolloidalen Lösung mit Me
tallteilchen. Die Größe und die Konzentration der Me
tallcluster beeinflussen unter anderem die Größe und
die Anzahl der nach dem geltenden Verfahren auf der
Halbleiteroberfläche gebildeten metallischen Punktkon
takte.
Vor dem Eintauchen des Halbleiters in die Flüssigkeit
werden die geladenen Metallteilchen (z. B. Metallionen)
in der Flüssigkeit chemisch reduziert, so daß nur noch
wenig freie geladene Metallteilchen in der Flüssigkeit
vorhanden sind. Vorteilhaft wird die Konzentration an
freien geladenen Metallteilchen auf unter 10-8 mol/l,
insbesondere auf unter 10-10 mol/l gesenkt. Dadurch wird
verhindert, daß sich neben den erwünschten Metallclu
stern, die nach der Abscheidung auf der Oberfläche des
Halbleiters die Punktkontakte bilden, einzelne kleinere
Metallteilchen auf der Oberfläche abscheiden, die nach
teilig regelmäßig zu Rekombinationen der Ladungsträger
an der Oberfläche des Halbleiters führen. Die chemische
Reduktion der geladenen Metallteilchen wird beispiels
weise durch Zugabe eines starken Reduktionsmittels her
beigeführt. Ein geeignetes Reduktionsmittel ist z. B.
NaBH4 oder Natrium. Die Flüssigkeit, in der die Metall
teilchen suspendiert oder gelöst sind, und das Redukti
onsmittel sind aufeinander abgestimmt, so daß bei der
Zugabe des Reduktionsmittels keine unerwünschte Neben
reaktion auftritt. Beispielsweise wird bei dem Einsatz
von Natrium als Reduktionsmittel vorteilhaft keine wäß
rige Lösung mit Metallteilchen verwendet, sondern z. B.
Acetonitril, da es sonst zu einer unerwünschten Neben
reaktion des Wassers mit dem Natrium kommt. Ein Fach
mann auf dem Gebiet der Chemie ist in der Lage, die
Flüssigkeit und das Reduktionsmittel vorteilhaft so
auszuwählen, daß unerwünschten Nebenreaktionen verhin
dert werden.
Im Anschluß an die chemische Reduktion der geladenen
Metallteilchen wird der Halbleiter in diese Flüssigkeit
eingetaucht. Ein geeigneter Halbleiter ist beispiels
weise Silizium, Indiumphosphit oder Galliumarsenit. Die
zu größeren Clustern aggregierten Metallteilchen (Me
tallcluster) scheiden sich als Punktkontakte auf dem
eingetauchten Halbleiter ab, bzw. wachsen auf der Ober
fläche auf.
Die restliche, nicht durch Punktkontakte belegte, Ober
fläche des Halbleiter wird anschließend chemisch passi
viert. Dies wird beispielsweise durch die Oxidation des
Halbleiters mit Sauerstoff oder Luft erzielt. Dabei
entsteht dann eine passivierte Schicht aus z. B. Sili
ziumdioxid, Siliziumcarbid oder auch Siliziumnitrid.
Auf die derart behandelte Oberfläche des Halbleiters
(Punktkontakte und passivierte Schicht) wird anschlie
ßend ein Elektronenleiter aufgebracht. Dieser Elektro
nenleiter besteht vorteilhaft aus einem Metall. Es kann
beispielsweise ein dünner Aluminiumfilm aufgedampft
werden. Weitere geeignete Metalle sind insbesondere Au
oder Ag. Der aufgebrachte Elektronenleiter hat Kontakt
zu den Punktleitern, so daß ein Stromfluß vom Halblei
ter über die metallischen Punktkontakte zum Elektronen
leiter möglich ist.
Das anspruchsgemäße Bauelement nach Anspruch 2 weist
einen Halbleiter, einen Elektronenleiter, eine zwischen
Halbleiter und Elektronenleiter befindliche passivierte
Schicht sowie metallische Punktkontakte auf, die einen
elektronischen Kontakt zwischen dem Halbleiter und dem
Elektronenleiter bilden. Der anspruchsgemäße metalli
sche Punktkontakt zwischen dem Halbleiter und dem Elek
tronenleiter wird vorteilhaft nach einem Verfahren ge
mäß Anspruch 1 hergestellt. Die passivierte Schicht ist
für eine Elektronenleitung ungeeignet, wie beispiels
weise Siliziumdioxid, Siliziumcarbid oder auch Silizi
umnitrid. Die Elektronenleitung zwischen dem Halbleiter
und dem Elektronenleiter findet insbesondere nur über
die Punktkontakte statt. Die anspruchsgemäßen Punktkon
takte sind kleiner als 500 nm, insbesondere kleiner als
100 nm.
Vorteilhaft können solche Bauelemente als Rückkontakte
für Solarzellen oder in elektronischen Schaltungen ein
gesetzt werden.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von metallischen Festkör
per-Punktkontakten zwischen einem Halbleiter und
einem Elektronenleiter mit den Schritten
- - eine Flüssigkeit, in der sich Metallteilchen be finden, wird chemisch reduziert,
- - ein Halbleiter wird zum Aufwachsen der metalli schen Punktkontakte in diese Flüssigkeit einge taucht,
- - die nicht mit metallischen Punktkontakten beleg te Oberfläche des Halbleiters wird passiviert,
- - die aus Punktkontakten und passivierter Schicht bestehende Oberfläche wird mit einem Elektronen leiter belegt.
2. Bauelement mit einem Halbleiter und einem Elektro
nenleiter, mit einer zwischen Halbleiter und Elek
tronenleiter befindlichen passivierten Schicht so
wie metallischen Punktkontakten, wobei die Punkt
kontakte kleiner als 500 nm, insbesondere kleiner
als 100 nm sind.
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