ES2304016T3 - Componente semiconductor con un contacto electrico dispuesto sobre al menos una superficie. - Google Patents

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.

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.

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.

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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.

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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.