DE102010044014A1 - Kristallisationsverfahren zur Erzeugung kristalliner Halbleiterschichten - Google Patents

Kristallisationsverfahren zur Erzeugung kristalliner Halbleiterschichten Download PDF

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Dipl.-Ing. Schramm Hans-Peter
Dr. Teubner Thomas
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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem KristallisationsvHalbleitermaterialien auf einem amorphen Substrat. Das Verfahren umfasst die Verfahrenschritte: (i) Bereitstellen eines Substrats mit einer amorphen Beschichtung aus dem abzuscheidenden Material; (ii) Aufbringen eines metallischen Lösungsmittels in Form von Tröpfchen auf die amorphe Schicht; und (iii) Umwandlung des amorphen Materials durch Anlösen des amorphen Materials an einer Lösungsfront der Tröpfchen und Kristallisation des Materials an einer Wachstumsfront der Tröpfchen durch Wärmeeintrag in einer Kristallisationsanlage zur Erzeugung einer kristallinen Keimschicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kristallisationsverfahren zur Erzeugung kristalliner Schichten aus Halbleitermaterialien auf einem amorphen Substrat.
  • Stand der Technik und Hintergrund der Erfindung
  • Das Aufwachsen einer kristallinen Schicht auf einem amorphen Substrat ist ein prinzipielles Problem, da wegen des Fehlens eines Kristallgitters der Unterlage kein epitaktisches Verwachsen von Substrat und Deposit möglich ist. Das gilt insbesondere für die Herstellung kristalliner Siliziumschichten auf Glas. Getrieben von dem Wunsch, kostengünstige und langzeitstabile Solarzellen zu entwickeln, ist es trotz jahrelanger internationaler Forschung bisher nicht gelungen, geeignete kristalline Siliziumschichten mit hoher Reinheit und Korngrößen im 10 μm Bereich auf Glas herzustellen.
  • Ansätze zum Auffinden einer kostengünstigen Alternative zu konventionellen einkristallinen oder polykristallinen Silizium-Solarzellen, bei denen das Absorbermaterial durch Massivkristallzüchtung und anschließendem Wafersägen hergestellt wird, sind in großer Vielfalt aus der Literatur bekannt. Wegen der Materialersparnis an gereinigtem Silizium wird dabei vor allem das Konzept der Beschichtung von Fremdsubstraten verfolgt. Zielsetzung ist es, nur so viel Material aufzubringen, wie aus Gründen der Lichtabsorption und -konversion notwendig ist. Außerdem kann der Sägeverschnitt vermieden werden. Statt der derzeitigen aus mechanischen Stabilitätsgründen bedingten Waferdicken von ca. 200 μm sind bereits Schichtdicken von einigen 10 μm ausreichend. Basierend auf Silizium Absorberschichten mit einer Dicke von 50 μm wurden im Labormaßstab bereits hocheffiziente Solarzellen hergestellt.
  • Da Glas bei fast allen Solarzellen als lichtdurchlässiger mechanischer Schutz unverzichtbar ist, gilt dieser Werkstoff als favorisiertes Fremdsubstrat. Wegen seiner höheren thermischen Belastbarkeit und wegen der äußerst geringen Konzentration von Bestandteilen, die nachteilig im Hinblick auf elektronische Eigenschaften von Solarzellen sind, ist das im Floatprozess herstellbare alkalifreie Borosilikatglas bevorzugt.
  • Bei den meisten aus der Literatur bekannten Verfahren zur Erzeugung polykristalliner Siliziumschichten auf Glas wird Silizium zunächst durch Physikalische oder Chemische Gasphasenabscheidung (PVD, CVD) aufgebracht und anschließend getempert. Der Wärmeeintrag erfolgt auf vielfältigste Weise. Neben dem Tempern in konventionellen Öfen werden vor allem Laser- und Elektronenstrahlverfahren angewendet. In Folge der auf diese Weise generierten Phasenumwandlung entstehen allerdings nur relativ geringe Kristallitgrößen im Mikro- oder Submikrometerbereich. Die damit verbundene hohe Anzahl von Korngrenzen wirkt sich nachteilig auf die elektronischen Eigenschaften des Materials aus, da Korngrenzen Verunreinigungen gettern und als Rekombinationszentren für Elektronen-Loch-Paare wirken. Durch zusätzliches Kurzzeittempern (RTP) kann die Qualität der Schichten verbessert werden. Bekannt sind auch eine Reihe von Arbeiten zur gezielten Keimauswahl durch Fotolithografie oder Laser bzw. Elektronenstrahlstrukturierung. Kennzeichnend ist allerdings, dass diese Methoden sehr aufwendig sind und dass sie nur schwer übertragbar sein dürften auf die Prozessierung großer Flächen.
  • Größere Silizium-Kristallite mit Dimensionen im 10 μm Bereich lassen sich durch das so genannte ALILE-Verfahren erzeugen (aluminium-induced layer exchange vgl. O. Nast, T. Puzzer, L. M. Koschier, A. B. Sproul, S. R. Wenham, Aluminium induced crystallization of amorphous silicon an glass substrates above and below the eutectic temperature, Appl. Phys. Lett. 73(1998) 3214–3216). Hierbei findet das Keimschichtkonzept Anwendung. Zunächst wird ein Schichtpaket aus Aluminium, Aluminiumoxid und amorphem Silizium auf Glas abgeschieden. Durch Temperung unterhalb der eutektischen Temperatur kommt es zu einem Schichtaustausch von Aluminium und Silizium und zur Bildung von kristallinem Silizium. Korngrenzen innerhalb der Aluminiumoxid-Schicht wirken als Diffusionspfade. In einem anschließenden Prozessschritt kann diese Keimschicht z. B. durch CVD-Methoden epitaktisch ausgewachsen werden. Begrenzend für den Wirkungsgrad der hergestellten Solarzellen ist jedoch die zu hohe Konzentration an eingebautem Aluminium in der Saatschicht von 5·1018 – 9·1019 Atomen pro Kubikzentimeter; vgl. T. Antesberger, C. Jaeger, M. Scholz, M. Stutzmann, Structural and electronic properties of ultrathin polycrystalline Si layers an glass prepared by aluminum-induced layer exchange, Appl. Phys. Lett. 91(2009) 201909–201909-3.
  • Ein weiterer Ansatz zur Kristallisation von Silizium auf amorphen Substraten wird berichtet von: L. Yu, P-J. Alet, G. Picardi, and P. R, Cabarrocas, An In-Plane Solid-Liquid-Solid Growth Mode for Self-Avoiding Lateral Silicon Nanowires, PRL 102, 125501 (2009). Das wesentliche Merkmal besteht in der spontanen Bildung von lateralen Nanodrähten durch örtlich selektive Lösungsmitteleinwirkung auf eine amorphe Schicht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich kristalline Schichten aus Silizium, Germanium oder Legierungen derselben auf amorphen Substraten erzeugen lassen, die die aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik beheben oder zumindest mindern.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Kristallisationsverfahren zur Erzeugung kristalliner Schichten aus Halbleitermaterialien auf einem amorphen Substrat. Das Verfahren umfasst die Verfahrenschritte:
    • (i) Bereitstellen eines Substrats mit einer amorphen Beschichtung aus dem abzuscheidenden Material;
    • (ii) Aufbringen eines metallischen Lösungsmittels in Form von Tröpfchen auf die amorphe Schicht; und
    • (iii) Umwandlung des amorphen Materials durch Anlösen des amorphen Materials an einer Lösungsfront der Tröpfchen und Kristallisation des Materials an einer Wachstumsfront der Tröpfchen durch Wärmeeintrag in einer Kristallisationsanlage zur Erzeugung einer kristallinen Keimschicht.
  • Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Erzeugung kristalliner Schichten aus Halbleitermaterialien, vorzugsweise aus Silizium, Germanium, Silizium/Germanium-Legierungen oder Verbindungshalbleitern, wie GaAs. Die derzeit wichtigste Anwendung dürfte die Herstellung einer Absorberschicht für kostengünstige Silizium-Solarzellen sein. Zielstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Erzeugung einer kristallinen Schicht aus dem Halbleitermaterial auf einem amorphen Substrat. Insbesondere bei der Abscheidung von Silizium auf Fremdsubstraten wie Glas ist kein epitaktisches Verwachsen zwischen Schicht und Unterlage möglich. Hier bietet sich das vorherige Aufbringen einer Keimschicht als Erfolg versprechendes Konzept an. Die Keimschicht sollte eine geschlossene kristalline Kornstruktur aufweisen, um dann ein epitaktisches Auswachsen, zum Beispiel aus einer metallischen Lösung zu ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß wird daher zunächst eine Keimschicht auf der Oberfläche des Substrats erzeugt. Für die Keimschicht kann das gleiche Material, aus dem die spätere kristalline Schicht bestehen soll, verwendet werden. Auf der Keimschicht wächst dann im Weiteren die gewünschte kristalline Schicht auf. Zur Erzeugung der Keimschicht wird zunächst von einem Substrat ausgegangen, das mit einer amorphen Beschichtung aus dem für die Keimschicht gewünschten Material bedeckt ist (Schritt (i)). Auf diese amorphe Beschichtung werden Tröpfchen aus einem metallischen Lösungsmittel aufgetragen, die das darunterliegende amorphe Material auflösen (Schritt (ii)). Durch weiter unten noch näher erläuterte Prozessführung erfolgt anschließend eine Umwandlung des amorphen Materials durch fortschreitendes Anlösen und Auskristallisieren des Materials in den sich auf der Oberfläche des Substrats bewegenden Tröpfchen des Lösungsmittels (Schritt (iii)). In begrifflicher Anlehnung an das Vapor-Liquid-Solid-(VLS) oder das Solid-Liquid-Solid-(SLS)Verfahren wird der Vorgang der Erzeugung der Keimschicht vorliegend als Amorph-Liquid-Crystalline-Verfahren (ALC) bezeichnet.
  • Bei der Erzeugung der Keimschicht nach dem ALC-Verfahren wird die Tatsache ausgenutzt, dass bei gleichen Zustandsbedingungen das chemische Potenzial der amorphen Phase eines Stoffes im Regelfall höher ist als das seiner kristallinen Modifikation. Ursache hierfür sind die verschiedenen chemischen Bindungsverhältnisse. Wird nun bei bestimmten thermodynamischen Bedingungen ein Lösungsmittel in Kontakt mit der amorphen Phase eines Stoffes gebracht, so erfolgt neben dem Anlösen des amorphen Materials nach dem Überschreiten der Sättigungskonzentration die Ausscheidung der thermodynamisch stabileren kristallinen Phase. Das Lösungsmittel wirkt somit als eine Art Katalysator für diese Phasenumwandlung. Befindet sich das amorphe Material als Schicht auf einem geeigneten Substrat, so ist durch die lösungsmittelgenerierte Phasenumwandlung die Erzeugung einer kristallinen Schicht möglich.
  • Das metallische Lösungsmittel ist vorzugsweise ausgewählt aus Indium, Zinn, Gallium oder Legierungen der Elemente. Für die Erzeugung kristalliner Schichten aus Silizium, Germanium und Silizium/Germanium-Legierungen sind Indium oder Zinn besonders bevorzugt.
  • Vorzugsweise weist die amorphe Beschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 100 bis 1000 nm auf, insbesondere beträgt die Schichtdicke 350 bis 450 nm. Die Beschichtung sollte vorzugsweise eine möglichst homogene Schichtdicke über das Substrat aufweisen und in der Schichtdicke maximal um 20% variieren.
  • Weiterhin ist bevorzugt, wenn die abgeschiedenen Tröpfchen einen mittleren Durchmesser im Bereich von 20 bis 200 nm, insbesondere im Bereich von 40 bis 80 nm aufweisen. Der Durchmesser der Tröpfchen sollte vorzugsweise maximal um 100% variieren.
  • Bevorzugt ist ferner, wenn die Flächendichte der abgeschiedenen Lösungsmitteltröpfchen im Bereich von 50 bis 500 pro μm2, insbesondere im Bereich von 150 bis 250 pro μm2 liegt.
  • Im Verfahrenschritt (iii) sollte vorzugsweise die Temperatur 200 bis 600°C, insbesondere 260 bis 320°C betragen. Der Wärmeeintrag sollte vorzugsweise unter isothermen Bedingungen erfolgen.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Kristallisationsverfahrens wird in Anschluss an Verfahrensschritt (iii) die kristalline Schicht durch Flüssigphasenepitaxie auf dem mit der kristallinen Keimschicht bedeckten Substrat erzeugt. Vorzugsweise wird das gleiche Lösungsmittel wie in Verfahrensschritt (ii) verwendet. Insbesondere wird die kristalline Schicht durch Flüssigphasenepitaxie nach der Temperatur-Differenz-Methode hergestellt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in der Verwendung des zuvor beschriebenen Kristallisationsverfahrens zur Herstellung einer Absorberschicht einer Silizium-Solarzelle. Das Substrat ist hierbei vorzugsweise ein alkalifreies Borosilikatglas.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 veranschaulicht die Vorgänge an einem Tröpfchen bei der Bildung einer geschlossenen kristallinen Keimschicht nach dem ALC-Verfahren;
  • 2 illustriert die Vorgänge, die zu einer großflächigen Kristallisation beim ALC-Verfahren führen;
  • 3 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Silizium-Kristalliten, die nach dem ALC-Verfahren aus Indium-Lösungsmitteltröpfchen auf einem mit Wolfram beschichteten Glassubstrat gewachsen sind;
  • 4 illustriert das Funktionsprinzip der Temperatur-Differenz-Methode zur Erzeugung einer polykristallinen Beschichtung; und
  • 5 zeigt Silizium-Kristalle, die aus einer mikrokristallinen Silizium-Keimschicht durch den TDM-Prozess ausgewachsen wurden.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise zur Erzeugung einer polykristallinen Schicht aus Silizium auf Glas unter Verwendung eines metallischen Lösungsmittels, wie beispielsweise Indium, dienen. Analog lassen sich polykristalline Schichten aus Germanium, Silizium/Germanium-Legierungen oder Verbindungshalbleitern, wie GaAs, erzeugen. Die Keimschicht sollte eine geschlossene kristalline Kornstruktur aufweisen, um dann ein epitaktisches Auswachsen der gewünschten polykristallinen Beschichtung aus zum Beispiel einer metallischen Lösung zu ermöglichen.
  • Das Substrat wird zunächst mit dem zu kristallisierenden Material, beispielsweise durch Methoden der physikalischen oder chemischen Gasphasenabscheidung (PVD, CVD), beschichtet. Vorzugsweise weist die amorphe Beschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 100 bis 1000 nm auf, insbesondere beträgt die Schichtdicke 350 bis 450 nm. Die Beschichtung sollte vorzugsweise eine möglichst homogene Schichtdicke über das Substrat aufweisen und in der Schichtdicke maximal um 20% variieren.
  • Auf das Substrat mit der amorphen Beschichtung wird nun ein metallisches Lösungsmittel, zum Beispiel Indium, in Form einer Vielzahl von Tröpfchen aufgetragen. Dies kann beispielsweise durch widerstandsgeheizte Verdampfung aus einem mit Indium beschickten Tiegel erfolgen oder durch Aufbringen fester Indium-Partikel aus einer Suspension.
  • Bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Indium bilden sich Tröpfchen auf der Substratoberfläche. Diese lösen das unter ihnen befindliche amorphe Material und überführen es in seine kristalline Modifikation.
  • 1 veranschaulicht in einer Prinzipdarstellung die Vorgänge an einem Tröpfchen, die zur Erzeugung der Keimschicht nach dem ALC-Verfahren führen. Die Anlösung von amorphem Silizium an der Lösungsfront, der Transport innerhalb der fluiden Phase und die Kristallisation an der Wachstumsfront resultieren in einer Bewegung des Tröpfchens und führen zu einem kontinuierlichen Fortschreiten des Prozesses. Das Einsetzen des ALC-Prozesses ist unter anderem von der Tröpfchengröße abhängig, die wiederum temperaturabhängig ist. Von Bedeutung sowohl für den Beginn als auch das Fortschreiten der Phasenumwandlung ist außerdem die Koaleszenz benachbarter Tröpfchen. Die abgeschiedenen Tröpfchen haben vorzugsweise einen mittleren Durchmesser im Bereich von 20 bis 200 nm, insbesondere im Bereich von 40 bis 80 nm. Der Durchmesser der Tröpfchen sollte vorzugsweise maximal um 100% variieren.
  • Da sich bei geeigneter Prozessführung eine sehr große Anzahl gleichartiger Tröpfchen auf dem Substrat befindet, ist eine großflächige Kristallisation möglich. Die Flächendichte der abgeschiedenen Lösungsmitteltröpfchen sollte vorzugsweise im Bereich von 50 bis 500 pro μm2, insbesondere im Bereich von 150 bis 250 pro μm2 liegen. Voraussetzung hierfür ist die hinreichende Homogenität verschiedener Prozessparameter, insbesondere der Temperatur, der Verdampfungsraten von Silizium und Indium sowie der Oberflächenperfektion des Substrates. Neben annähernd gleich großen Tröpfchen muss eine möglichst konstante Schichtdicke des amorphen Siliziums gewährleistet sein. Im ALC-Prozess sollte die Temperatur vorzugsweise 200 bis 600°C, insbesondere 260 bis 320°C betragen.
  • Die Vorgänge, die zu einer großflächigen Kristallisation führen, sind in 2 dargestellt. Bedingt durch thermodynamische Fluktuationen der Tröpfchengröße und ihres Abstandes oder auch durch geringfügige Störungen in der amorphen Siliziumschicht setzt der ALC-Prozess an bevorzugten Stellen auf dem Substrat ein. Die Bewegungsrichtung des jeweiligen Initialtröpfchens ist zufällig. Das gilt nicht für die Tröpfchen in seiner Umgebung. Da sich mit der Bewegung des Initialtröpfchens eine Bahn kristallinen Siliziums bildet, welches wegen seines geringeren chemischen Potenzials stabiler gegen Auflösung ist als das amorphe Material, bewegen sich die umgebenden Tröpfchen in radialer Richtung, mit der Initialstelle als Zentrum. Die Bewegung der Lösungsmitteltröpfchen führt außerdem zu einer Zunahme ihres Volumens, da benachbarte Tröpfchen miteinander verschmelzen. Durch das Voranschreiten des Prozesses vergrößert sich der Anteil der kristallisierten Fläche um die jeweilige Initialstelle. Letztlich resultieren die beschriebenen Vorgänge in einer vollständigen Bedeckung der Substratoberfläche mit einer geschlossenen mikrokristallinen Siliziumschicht. Somit steht eine Keimschicht zur Verfügung.
  • Das Ergebnis einer durch Indium-Tröpfchen hervorgerufenen Phasenumwandlung von amorphem zu kristallinem Silizium auf einem Glassubstrat mit Wolfram-Zwischenschicht zeigt die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme 3.
  • In einem nachfolgenden Prozess ist das Auswachsen der Keimschicht zu einer polykristallinen Silizium-Absorberschicht hinreichender Dicke durch Anwendung der sogenannten Temperatur-Differenz-Methode (TDM) möglich. Es können Kristallitgrößen von etwa 50 μm erzeugt werden. Auf dem Gebiet der Silizium-Photovoltaik könnte dieser neuartige Ansatz somit zu einer erheblichen Kostenreduktion bei der Herstellung kristalliner Dünnschicht-Solarzellen führen.
  • Die Temperatur-Differenz-Methode (TDM) ist ein spezielles Verfahren der Flüssigphasenepitaxie (liquid phase epitaxy, LPE). Das wesentliche Merkmal besteht darin, dass eine kristalline Schicht auf einem Substrat aus einem Lösungsmittel abgeschieden wird. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit, bei Temperaturen weit unterhalb des Schmelzpunktes der zu kristallisierenden Substanz zu arbeiten. Die Züchtung erfolgt nahe am thermodynamischen Gleichgewicht und führt daher zu einer hohen kristallografischen Perfektion. Außerdem werden die meisten Verunreinigungen der Mutterphase nicht in den Kristallverband eingebaut, so dass die hohe Reinheit des gewachsenen Materials ein weiteres Kennzeichen der Methode ist.
  • Ein Nachteil der üblichen LPE besteht darin, dass ein begrenztes Lösungsmittelvolumen eingesetzt wird, welches die Menge des gelösten Stoffes und damit die mögliche Schichtdicke und die Wachstumsrate begrenzt. Ansatz der Temperatur-Differenz-Methode ist es, diesen Nachteil durch ein kontinuierliches Wachstum aus einer quasi unendlichen Sättigungsquelle zu überwinden. Das Funktionsprinzip der Temperatur-Differenz-Methode ist in 4 dargestellt. Die Grundidee der Methode besteht in der Bewahrung einer gewählten Kristallisationstemperatur bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines Materialstroms von einer Quelle 10 zur Kristallisationsphasengrenze 12 am Substrat 14. Hierfür wird dem Züchtungssystem 20 ein stationärer Temperaturgradient aufgeprägt (angedeutet durch das Temperaturprofil rechts neben der Darstellung). Die höhere Temperatur an der Sättigungsquelle 10 führt zur Anlösung von Material im Lösungsmittel 16, die geringere Temperatur am Substrat 14 bedingt die Kristallisation. Um neben der Diffusion auch die natürliche Konvektion für den Stofftransport auszunutzen erweist es sich als günstig, die Quelle 10 im unteren Teil des Züchtungssystems 20 anzuordnen und das Substrat 14 auf dem Lösungsmittel 16 zu platzieren. In dieser Konfiguration ist das Verfahren prinzipiell auch zur kontinuierlichen Beschichtung bandförmiger Substrate geeignet.
  • Für die Herstellung von Silizium-Schichten hat sich Indium als Lösungsmittel bewährt. Das gilt sowohl für die elektrischen Parameter im Hinblick auf Anwendungen in der Photovoltaik als auch für Aspekte des Kristallwachstums. Die Wachstumsraten bei der stationären TDM sind maßgeblich eine Funktion des angelegten Temperaturgradienten und liegen in der Dimension von etwa 10 μm/h. Kürzlich gewannen Zinn-basierte Legierungen als Lösungsmittel an Interesse. Durch die Verwendung von Zinn kann eine mehr als doppelt so hohe Wachstumsrate bei gleicher Temperatur realisiert werden.
  • 5 zeigt Silizium-Kristalle, die aus einer mikrokristallinen Silizium-Keimschicht durch den TDM-Prozess ausgewachsen wurden. Die mittlere Größe der Kristalle liegt bei ca. 50 μm und entspricht damit der für Absorberschichten notwendigen Dimension.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • O. Nast, T. Puzzer, L. M. Koschier, A. B. Sproul, S. R. Wenham, Aluminium induced crystallization of amorphous silicon an glass substrates above and below the eutectic temperature, Appl. Phys. Lett. 73(1998) 3214–3216 [0006]
    • T. Antesberger, C. Jaeger, M. Scholz, M. Stutzmann, Structural and electronic properties of ultrathin polycrystalline Si layers an glass prepared by aluminum-induced layer exchange, Appl. Phys. Lett. 91(2009) 201909–201909-3 [0006]
    • L. Yu, P-J. Alet, G. Picardi, and P. R, Cabarrocas, An In-Plane Solid-Liquid-Solid Growth Mode for Self-Avoiding Lateral Silicon Nanowires, PRL 102, 125501 (2009) [0007]

Claims (10)

  1. Kristallisationsverfahren zur Erzeugung kristalliner Schichten aus Halbleitermaterialien auf einem amorphen Substrat umfassend die Verfahrenschritte: (i) Bereitstellen eines Substrats mit einer amorphen Beschichtung aus dem abzuscheidenden Material; (ii) Aufbringen eines metallischen Lösungsmittels in Form von Tröpfchen auf die amorphe Schicht; und (iii) Umwandlung des amorphen Materials durch Anlösen des amorphen Materials an einer Lösungsfront der Tröpfchen und Kristallisation des Materials an einer Wachstumsfront der Tröpfchen durch Wärmeeintrag in einer Kristallisationsanlage zur Erzeugung einer kristallinen Keimschicht.
  2. Kristallisationsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die amorphe Beschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 100 bis 1000 nm aufweist.
  3. Kristallisationsverfahren nach Anspruch 2, bei dem die Schichtdicke über das Substrat maximal um 20% variiert.
  4. Kristallisationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die abgeschiedenen Tröpfchen einen mittleren Durchmesser im Bereich von 20 bis 200 nm aufweisen.
  5. Kristallisationsverfahren nach Anspruch 4, bei dem der Durchmesser der Tröpfchen maximal um 100% variiert.
  6. Kristallisationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Flächendichte der abgeschiedenen Lösungsmitteltröpfchen im Bereich von 50 bis 500 pro μm2 liegt.
  7. Kristallisationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Temperatur im Schritt (iii) 200 bis 600°C beträgt.
  8. Kristallisationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem (iv) in Anschluss an Verfahrensschritt (iii) die kristalline Schicht durch Flüssigphasenepitaxie auf dem mit der kristallinen Keimschicht bedeckten Substrat erzeugt wird.
  9. Kristallisationsverfahren nach Anspruch 8, bei dem die kristalline Schicht durch Flüssigphasenepitaxie nach der Temperatur-Differenz-Methode erzeugt wird.
  10. Verwendung des Kristallisationsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung einer Absorberschicht einer Siliziumsolarzelle.
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