ES2304016T3 - Componente semiconductor con un contacto electrico dispuesto sobre al menos una superficie. - Google Patents
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Abstract
Un componente semiconductor (1) con un contacto eléctrico dispuesto sobre al menos una superficie, en el que por esta superficie se puede acoplar y/o desacoplar potencia tanto eléctrica como óptica en el componente semiconductor, caracterizado porque el contacto (6) se dispone en al menos un canto dispuesto sobre la superficie y se puede obtener por depósito galvánico o sin corriente externa de un metal o de una aleación con irradiación simultánea de luz y el canto está formado por al menos un canal introducido en la superficie, donde el contacto presenta un corte transversal redondo que rodea el canto.
Description
Componente semiconductor con un contacto
eléctrico dispuesto sobre al menos una superficie.
La presente invención se refiere a un componente
semiconductor con un contacto eléctrico dispuesto sobre al menos
una superficie, en el que por esta superficie se puede acoplar y/o
desacoplar tanto potencia eléctrica como óptica en el componente
semiconductor. Particularmente, la invención se refiere a una célula
solar o un diodo luminoso de alto rendimiento.
Por componentes semiconductores con grandes
densidades de potencia fluyen corrientes elevadas. Para suministrar
o evacuar estas corrientes con pocas pérdidas a la capa
semiconductora activa se requieren grandes secciones del conductor.
A menudo se aplican para esto contactos metálicos de gran superficie
en la superficie semiconductora. Sin embargo, en componentes
semiconductores optoelectrónicos se plantea el problema adicional de
que por una superficie de los componentes también se tiene que
acoplar o desacoplar luz. De este modo, las estructuras conductoras
no se pueden realizar sobre todo el área de esta superficie.
Para obtener a pesar de esto grandes secciones
del conductor se pretende aplicar una metalización en forma de
franjas sobre el componente, que presente una anchura reducida con,
al mismo tiempo, gran altura o grosor para aumentar la sección del
conductor. De este modo es posible suministrar o evacuar al mismo
tiempo corrientes elevadas con pocas pérdidas por la superficie
semiconductora y acoplar o desacoplar luz por las zonas no cubiertas
de la superficie.
Para generar las estructuras de contacto que se
han descrito son habituales diferentes métodos. Los mismos se
pueden asignar bien a la tecnología de película gruesa o bien a la
de película delgada. En la tecnología de película gruesa se aplica
una pasta con contenido metálico en una etapa de impresión sobre la
superficie y en una etapa posterior de alta temperatura se une con
la superficie y se sinteriza hasta formar un circuito impreso. La
aplicación de la pasta con contenido metálico se puede realizar por
serigrafía, por tampografía o por escritura con pasta. La menor
anchura de estructura que se puede alcanzar comprende
50-80 \mum con un grosor máximo de capa de
aproximadamente 10 \mum.
A los métodos de película delgada pertenece, a
modo de ejemplo, la fotolitografía. En este caso se recubre el
sustrato que se tiene que metalizar con un barniz fotosensible que
se estructura por exposición y revelado. Mediante metalización por
vaporización o bombardeo iónico de una o varias capas metálicas se
aplican después los contactos metálicos en las zonas espaciales
predeterminadas. Ya que en este caso el máximo grosor posible de la
metalización está limitado por el grosor del barniz fotosensible,
por norma existe un límite absoluto de grosor de capa de
aproximadamente 10 \mum.
Adicionalmente se conoce cómo mejorar por un
estañado posterior de los circuitos impresos la relación de altura
a anchura. De este modo, por ejemplo, durante el estañado de un
conductor producido fotolitográficamente con un grosor de 10 \mum
y una anchura de 193 \mum se consigue, con un ángulo de
humectación de 45º del estaño líquido, una relación de altura a
anchura de 0,26. El circuito impreso sin estañar presenta por el
contrario una relación de 0,05.
Con todos los métodos de metalización que se han
mencionado anteriormente no se pueden conseguir grandes relaciones
de altura a anchura, es decir, valores aproximadamente o superiores
a uno. Por lo demás, todos los métodos que se han mencionado
comprenden varias etapas de proceso y, por tanto, en la fabricación
en masa son costosos y tienden a fallar.
El documento US 5.468.652 describe una célula
solar en la que se evita el sombreado del lado anterior
proporcionando orificios en el sustrato por los que se puede entrar
en contacto con el lado superior. En esta célula solar es
desventajoso el hecho de que este método contiene muchas etapas de
proceso y es demasiado complejo para una fabricación
industrial.
El documento de von P. Fath et al., 25TH
PVSC, del 13 de mayo de 1996, páginas 525-528,
describe una célula solar de silicio y un método de producción de
la misma.
El documento EP 1 182 709 A1 describe un método
para producción de contactos metálicos, en el que sobre el lado
anterior de la célula solar se disponen canales que alojan un
contacto metálico. Para ello se realizan en primer lugar uno o
varios surcos en el lado superior de la célula solar. A continuación
se aplica sobre su lado interno una capa germinal por metalizado
sin corriente externa y sinterización. En una etapa adicional del
método se deposita una capa de contacto sobre la capa germinal y el
canal se rellena completamente de cobre. De este modo se pueden
evitar las limitaciones de los métodos de película gruesa y película
delgada que se han descrito. Sin embargo, las canales se tienen que
dotar antes de la metalización. Esta etapa adicional del método
aumenta tanto los costes como la tendencia a fallos del método y
disminuye el grosor activo de capa del material semiconductor.
El objetivo de la presente invención consiste,
por lo tanto, en indicar un componente semiconductor de acuerdo con
la reivindicación 1 y un método de acuerdo con la reivindicación 14
para su producción, en el que, con pocas etapas de proceso, se
puedan generar de forma sencilla contactos metálicos sobre
superficies semiconductoras que se caracterizan por una gran
sección del conductor y poco sombreado. Particularmente se tienen
que generar estructuras de contacto que presenten una relación de
altura a anchura de aproximadamente 1.
El objetivo se resuelve de acuerdo con la
invención mediante un componente semiconductor de acuerdo con la
reivindicación 1. Además, la solución del objetivo consiste en un
método para la producción de un componente semiconductor de acuerdo
con la reivindicación 14. De este modo, con el contacto de acuerdo
con la invención se aumenta considerablemente la relación de altura
a anchura en comparación con los contactos planos de acuerdo con el
estado de la técnica. La configuración del contacto de acuerdo con
la invención en la metalización galvánica o sin corriente externa
se basa por un lado en que la intensidad de campo muestra un
incremento en la superficie de estructuras con puntas. De este modo
se depositarán iones metálicos de un baño galvánico preferiblemente
en estas estructuras con puntas o cantos.
Además, el método de producción de acuerdo con
la invención utiliza el fotoefecto interno de un componente
fotovoltaico. Por el fotoefecto interno se entiende en este
documento la separación espacial de portadores de carga positivos y
negativos con incidencia de luz en una transición de tipo pn. De
acuerdo con la invención se observó que se depositan iones
metálicos de un baño de depósito con incidencia de luz
preferiblemente a lo largo del canto. Este efecto aparece cuando
los fotones irradiados presentan una energía superior al hueco
energético. A modo de ejemplo, para la iluminación es adecuado un
láser o un diodo luminoso. Una fuente de luz particularmente
sencilla lo representa una lámpara halógena disponible en el
mercado.
Un canto previsto para el alojamiento de un
contacto se puede configurar, a modo de ejemplo, introduciendo en
la superficie del sustrato semiconductor un canal. De este modo se
pueden determinar de forma aleatoria el número, el tamaño y el tipo
de los contactos metálicos sobre la superficie. Ya que el contacto
metálico se dispone solamente sobre el canto de canal, se puede
utilizar la superficie no cubierta por el contacto adicionalmente
como superficie de entrada o salida para fotones.
El canal introducido puede presentar cualquier
corte transversal. A modo de ejemplo se podrían concebir en este
documento cortes transversales rectangulares, cuadrados o
conformados de manera irregular. Sin embargo, se prefiere
particularmente un canal con forma de U o V. El canal con forma de V
presenta un corte transversal triangular. El canal con forma de U
es un corte transversal que, en su sitio más profundo, es decir, el
más alejado de la superficie, presenta un corte transversal
redondo, por el contrario, las superficies laterales se pueden
disponer verticalmente o de forma inclinada. Particularmente el
canal con forma V se caracteriza porque la luz incidente sobre la
superficie se acopla de forma particularmente eficaz en el
semiconductor.
Una realización particularmente preferida se
caracteriza porque se solapan parcialmente dos canales con forma de
U o V de forma que en su línea de contacto se configura un canto
picudo. El canal que se produce a partir de esto presenta de
acuerdo con esto un corte transversal con forma de W, donde el
contacto de acuerdo con la invención se forma en la punta central
del canal con forma de W. Por esta configuración geométrica de la
zona de contacto se consigue un canto particularmente picudo, que
facilita, por un gran aumento de campo, la producción del contacto
de acuerdo con la invención.
De acuerdo con la invención se fabrican los
canales por procesamiento con desprendiendo de virutas o por
decapado o por ablación con láser. Para el procesamiento con
desprendimiento de virutas, el especialista considerará el serrado,
el fresado o el afilado. El decapado se puede realizar tanto con
química húmeda como seca.
En una realización preferida, el canto presenta
un ángulo de aproximadamente 5º a aproximadamente 120º,
particularmente preferiblemente de aproximadamente 45º a
aproximadamente 65º. Se ha demostrado que en este intervalo angular
es posible tanto la producción del canto de forma sencilla, como
también el aumento de campo para la producción del contacto es
suficiente. La profundidad del canal comprende preferiblemente de
aproximadamente 1 \mum a aproximadamente 100 \mum,
particularmente preferiblemente de aproximadamente 20 \mum a
aproximadamente 50 \mum. Este intervalo se debe a que, por un
lado, con estructuras de canal más planas no se produce un aumento
de campo suficiente, por otro lado, con estructuras más profundas se
influye negativamente en la estabilidad del compo-
nente.
nente.
Por el exceso de electrones sobre una capa
semiconductora con dotación de tipo n se separan iones metálicos de
la solución acuosa y forman un contacto eléctrico. Se ha demostrado
que particularmente capas con dotación de tipo n con una
resistencia específica de 30 \Omega/sq a 140 \Omega/sq se pueden
contactar con el método de acuerdo con la invención.
{}\hskip17cm La representación SI de la unidad \Omega/sq es \frac{V}{A}. \frac{cm}{cm} y se conoce por el especialista para la indicación de la resistencia
{}\hskip17cm específica de una capa emisora. Particularmente preferiblemente se puede utilizar el método para la metalización de una capa emisora con dotación de tipo n de una célula solar.
{}\hskip17cm La representación SI de la unidad \Omega/sq es \frac{V}{A}. \frac{cm}{cm} y se conoce por el especialista para la indicación de la resistencia
{}\hskip17cm específica de una capa emisora. Particularmente preferiblemente se puede utilizar el método para la metalización de una capa emisora con dotación de tipo n de una célula solar.
A pesar de que con el método de acuerdo con la
invención se pueden producir contactos de tipo óhmico como de tipo
Schottky, el método es particularmente adecuado para la producción
de contactos de bajo ohmiaje sobre semiconductores de potencia,
como a modo de ejemplo, células solares o diodos luminosos de alto
rendimiento. El contacto de acuerdo con la invención se puede
realizar sobre semiconductores elementales o compuestos.
Particularmente, el contacto es adecuado para contactar componentes
semiconductores sobre sustratos de silicio.
\newpage
Dependiendo del material semiconductor usado, el
especialista considerará para la producción del contacto
particularmente níquel y/o plata y/o estaño y/o titanio y/o aluminio
y/o paladio y/o cobre y/o cromo. Particularmente, el especialista
también considerará aleaciones de los metales que se han
mencionado.
Para disminuir la resistencia de transición
entre el contacto metálico y el material semiconductor se sinteriza,
en un perfeccionamiento ventajoso de la invención, el componente
después del depósito del contacto metálico a una temperatura entre
660 K y 740 K, particularmente a una temperatura de 698 K. Por esta
etapa del proceso se produce, por un lado, la formación de la
aleación y, por tanto, la modificación del trabajo de salida en el
interior de la capa metálica, de forma que la barrera Schottky
continua disminuyendo con una selección adecuada de la composición
dependiendo del material base del semiconductor. Por lo demás, la
etapa de sinterización provoca una unión del metal con el material
semiconductor situado por debajo con formación de aleación
simultánea en la zona de transición.
Un contacto particularmente adherente con una
resistencia de paso particularmente baja provoca una configuración
del método, en el que el canto se hace rugoso antes del depósito del
contacto. Esta rugosidad se puede realizar de forma mecánica por
desprendimiento de virutas con cuchillas geométricamente
determinadas o indeterminadas y/o por decapado. Si se prevé una
etapa de decapado para producir la rugosidad, evidentemente, el
especialista considerará una etapa de decapado de química húmeda
como de química seca.
A continuación se explicará con más detalle la
invención mediante un ejemplo de realización y varias figuras.
La Figura 1 muestra una célula solar de acuerdo
con el estado de la técnica. Para su producción se aplica sobre un
sustrato de silicio con dotación de tipo p como zona base un
contacto trasero plano 4. Sobre el lado opuesto se realiza la
producción de la capa emisora 3 con dotación de tipo n. Para la
protección frente a influencias ambientales y para aumentar el
grado de eficacia óptica se aplica sobre la célula solar de acuerdo
con el estado de la técnica una capa
anti-reflectante y una capa de pasivación 5. En
zonas espaciales predeterminadas, que están excluidas de la capa
anti-reflectante y/o de pasivación, se aplican
contactos metálicos para la salida de la corriente generada. Estos
contactos presentan típicamente anchuras de 80-100
\mum con grosores de menos de 10 \mum. En algunos casos, estos
contactos se pueden continuar reforzando por estañado o depósito
galvánico.
La Figura 2 muestra una célula solar producida
de acuerdo con la invención. De nuevo se aplica sobre un material
base con dotación de tipo p un contacto trasero 4. El lado opuesto
se recubre por procesamiento con desprendimiento de virutas con una
hoja de sierra fina con canales con forma de V. La guía del corte se
realiza de tal forma que los canales con forma de V se solapan
parcialmente y el corte transversal de los canales generados de
este modo adopta la forma de una "W". Por una etapa de decapado
se igualan los daños de serrado en la superficie. Después de esta
etapa, los canales presentan una profundidad de 30 \mum y la punta
central presenta un ángulo de aproximadamente 60º. Por
co-difusión se genera sobre la superficie
estructurada de este modo un emisor 3 de bajo ohmiaje.
En la Figura 4 se representa cómo se somete el
chip para la formación de los contactos sobre las puntas de los
canales con forma de W en un baño 7 que contiene
K(Ag(CN)_{2}) a un depósito galvánico. Para
esto se somete el chip a una densidad de corriente de 1 A/dm^{2},
con irradiación simultánea con lámparas halógenas 12. En el
intervalo de un minuto se deposita una capa de plata cerrada 6 en
las puntas. Después de una etapa de sinterización a 698 K se pueden
reforzar los contactos configurados de este modo 6 por una etapa
galvánica adicional. Los contactos producidos de este modo tienen
un corte transversal esencialmente redondo y presentan de acuerdo
con esto una relación de altura a anchura mejorada con respecto al
estado de la técnica. Las superficies no cubiertas por el contacto
de los canales con forma de W son activas, al igual que las
superficies planas situadas entremedias, como superficies
absorbentes de luz. La intensidad de corriente máxima admisible está
aumentada al igual que el tamaño de las superficies absorbentes de
luz.
La Figura 3 muestra imágenes de microscopio
electrónico de barrido del contacto semiconductor de acuerdo con la
invención. En la parte central de la imagen se pueden reconocer de
forma clara los canales con forma de V, en cuya línea de contacto
interna se aplica el contacto metálico.
Claims (23)
1. Un componente semiconductor (1) con un
contacto eléctrico dispuesto sobre al menos una superficie, en el
que por esta superficie se puede acoplar y/o desacoplar potencia
tanto eléctrica como óptica en el componente semiconductor,
caracterizado porque
el contacto (6) se dispone en al menos un canto
dispuesto sobre la superficie y se puede obtener por depósito
galvánico o sin corriente externa de un metal o de una aleación con
irradiación simultánea de luz y el canto está formado por al menos
un canal introducido en la superficie, donde el contacto presenta un
corte transversal redondo que rodea el canto.
2. El componente semiconductor de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el canto está formado
por la línea de contacto de dos canales.
3. El componente semiconductor de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el o
los canales presentan una forma de V o U.
4. El componente semiconductor de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el
canto presenta un ángulo de aproximadamente 5º a aproximadamente
120º.
5. El componente semiconductor de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque el canto presenta un
ángulo de aproximadamente 45º a aproximadamente 65º, particularmente
de 60º.
6. El componente semiconductor de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la
profundidad de un canal individual comprende de aproximadamente 1
\mum a aproximadamente 100 \mum.
7. El componente semiconductor de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizado porque la profundidad de un
único canal comprende de aproximadamente 20 \mum a aproximadamente
50 \mum.
8. El componente semiconductor de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la
superficie del componente semiconductor está formada por una capa
emisora con dotación de tipo n.
9. El componente semiconductor de acuerdo con la
reivindicación 8, caracterizado porque la capa emisora
presenta una resistencia específica de 30 Ohm/sq. hasta 140
Ohm/sq.
10. El componente semiconductor de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el
contacto es un contacto de tipo óhmico.
11. El componente semiconductor de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el
contacto contiene Ni y/o Ag y/o Sn y/o Ti y/o Al y/o Pd y/o Cu y/o
Cr.
12. El componente semiconductor de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se
produce a partir de un material base que contiene silicio.
13. El componente semiconductor de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque
comprende una célula solar.
14. Un método para la producción de un
componente semiconductor (1), caracterizado por:
- \bullet
- configuración de un canto en una superficie del semiconductor por introducción de al menos un canal
- \bullet
- depósito galvánico o sin corriente externa de un contacto (6) en el canto con irradiación simultánea de luz con una fuente de luz proporcionada para lo mismo.
15. El método de acuerdo con la reivindicación
14, caracterizado porque la irradiación se realiza con luz
cuya energía fotónica es mayor o igual al hueco energético del
material semiconductor.
16. El método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 14 ó 15, caracterizado porque el contacto se
sinteriza después del depósito galvánico o sin corriente
externa.
17. El método de acuerdo con la reivindicación
16, caracterizado porque el componente se sinteriza a una
temperatura entre 660 K y 740 K, particularmente 698 K.
18. El método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 14 a 17, caracterizado porque al menos un
canto se configura por la introducción de dos canales, que se
solapan parcialmente.
\newpage
19. El método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 14 a 18, caracterizado porque el canto se
genera por radiación con láser, por efecto de plasma o por
procesamiento con desprendimiento de virutas.
20. El método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 14 a 19, caracterizado porque el canto se
hace rugoso de forma mecánica y/o por decapado.
21. El método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 14 a 20, caracterizado porque el contacto se
produce por depósito galvánico o sin corriente externa a partir de
Ni y/o Ag y/o Sn y/o Ti y/o Al y/o Pd y/o Cu y/o Cr.
22. El método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 14 a 21, caracterizado porque la irradiación
de luz se realiza mediante lámparas halógenas.
23. Un uso del método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 14 a 22 para la producción de células solares.
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