KR101635970B1 - Method for High-Quality Germanium Films Grown by Low Pressure-Chemical Vapor Deposition - Google Patents
Method for High-Quality Germanium Films Grown by Low Pressure-Chemical Vapor Deposition Download PDFInfo
- Publication number
- KR101635970B1 KR101635970B1 KR1020150024029A KR20150024029A KR101635970B1 KR 101635970 B1 KR101635970 B1 KR 101635970B1 KR 1020150024029 A KR1020150024029 A KR 1020150024029A KR 20150024029 A KR20150024029 A KR 20150024029A KR 101635970 B1 KR101635970 B1 KR 101635970B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thin film
- germanium
- germanium thin
- temperature
- silicon oxide
- Prior art date
Links
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 142
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 142
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 135
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 25
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 238000000038 ultrahigh vacuum chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 4
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N [Ga].[As].[In] Chemical compound [Ga].[As].[In] KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000001106 transmission high energy electron diffraction data Methods 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000002524 electron diffraction data Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
- H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
- H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
- H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System
- H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y02E10/54—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 전사가 가능한 실리콘 옥사이드 기판 위에 게르마늄 단결정 박막을 성장하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 저압 화학기상증착(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition, LP-CVD) 방법을 이용하여, 실리콘 옥사이드 기판 위에 게르마늄 박막을 성장시키는 공정을 활용한다.
The present invention relates to a method for growing a germanium single crystal thin film on a transferable silicon oxide substrate. The present invention utilizes a process of growing a germanium thin film on a silicon oxide substrate by using a low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) method.
우주용 태양전지는 60~70년대 이후 개발이 시작되어 최근에는 장기 임무 수행을 위한 고고도 비행체 등으로 그 적용 범위를 확대하고 있다. 비행체 적용을 위한 고고도용 태양전지는 지상용 태양전지와 달리 초고효율, 경량, 유연성, 환경적 내구성 등이 요구된다.Space solar cells have been developed since the 60s and 70s and have recently been expanded to include high-altitude air vehicles for long-term mission performance. Unlike terrestrial solar cells, ultra high efficiency, light weight, flexibility, and environmental durability are required for high altitude solar cells for aviation applications.
우주용 태양전지의 재료로 사용되어 온 III-V족 화합물 반도체는 현존하는 태양전지 중 가장 고효율 특성을 보이는 재료로써, 다양한 III-V족 박막 층의 조합을 통하여 재료 자체의 이론적인 효율 이상의 결과를 얻고자 노력해 왔다. 최근 상용화되어 있는 다중접합 형태의 III-V족 태양전지는 이중 혹은 삼중접합 형태로 되어 있는 것이 일반적이고, 접합 수가 증가할수록 태양전지의 효율 특성 향상이 가능하기 때문에 관련 연구가 활발히 이루어지고 있다.III-V compound semiconductors, which have been used as materials for space solar cells, exhibit the most efficient characteristics of existing solar cells. The combination of various III-V thin film layers results in more than the theoretical efficiency of the material itself I have tried to get it. Recently, the multi-junction type III-V solar cell which has been commercialized is generally in the form of a double or triple junction. As the number of junctions increases, the efficiency of the solar cell can be improved.
삼중접합 태양전지는 대략 태양광의 단파장(자외선), 중간파장(가시광선), 장파장(근적외선) 대역을 흡수하는 세 가지 부분으로 이루어져 있고, 각 파장 대역의 흡수를 위해 III-V족, IV족 등 다양한 물질을 조합하여 각 층을 형성한다. 현재 상용화된 삼중접합 태양전지의 단파장(자외선)/중간파장(가시광선)/장파장(근적외선) 대역을 흡수하는 재료로는 각각 순서대로 InGaP/GaAs/Ge가 대표적이고, 여기에 IV족인 게르마늄(Ge)이 포함된다.The triple-junction solar cell consists of three parts that absorb approximately the short wavelength (ultraviolet ray), middle wavelength (visible light) and long wavelength (near infrared) band of sunlight. In order to absorb each wavelength band, III- Various materials are combined to form each layer. InGaP / GaAs / Ge is a typical material for absorbing the short wavelength (ultraviolet ray) / middle wavelength (visible light) / long wavelength (near infrared ray) band of commercialized triple junction solar cell respectively. In order, germanium ).
인듐 갈륨 비소(InGaAs)와 같은 III-V족 장파장 대역 흡수 물질을 이용하여 전 구조를 III-V족 화합물 반도체로 형성하는 방법이 있으나, 상부 갈륨 비소(GaAs) 층과의 격자부정합으로 인한 어려움이 있다. 반면, 게르마늄은 갈륨 비소(GaAs) 층과 격자 정합을 이루므로 장파장 흡수 층으로 사용하기 용이하다. 하지만, 게르마늄을 사용하는 삼중접합 태양전지는 고가의 게르마늄 기판을 사용해야 하는 단점이 있다. 실리콘 기판은 비용효율 증가뿐만 아니라, 공정이 성숙되어 있어 산업 적용이 수월하다는 장점을 가지고 있어 이를 이용한 게르마늄 기판 생산은 의미가 있다.Although there is a method of forming III-V group compound semiconductors by using III-V long wavelength band absorbing material such as indium gallium arsenide (InGaAs), the entire structure is formed by a III-V group compound semiconductor, but difficulties due to lattice mismatch with the upper GaAs layer have. On the other hand, since germanium makes a lattice match with a GaAs layer, it is easy to use as a long wavelength absorption layer. However, triple junction solar cells using germanium have the drawback of using expensive germanium substrates. Silicon substrates are not only cost effective, but also have a mature process and are easy to apply in industrial applications, making use of germanium substrates.
실리콘 상에 게르마늄을 에피택셜(epitaxial) 성장할 때 가장 문제가 되는 것은 격자부정합이다. 약 4.2%의 격자부정합은 게르마늄 박막에 결함을 형성하여 상부 반도체 층에 영향을 주고, 소자 특성을 악화시키기 때문에 통상적으로 버퍼층을 사용하게 된다.The most problematic problem when epitaxial growth of germanium on silicon is lattice mismatch. The lattice mismatch of about 4.2% causes defects in the germanium thin film to affect the upper semiconductor layer and deteriorate the device characteristics, so that the buffer layer is usually used.
하지만, 실리콘 옥사이드가 형성된 실리콘 기판 위에 게르마늄 박막을 형성할 경우, 비정질 실리콘 옥사이드 상에 결정질 박막을 형성해야 하기 때문에 고려해야 할 문제가 달라진다. 이러한 구조는 반도체 박막의 박리와 전사에 유리하기 때문에, 태양전지 공정 시 발생되는 격자부정합 문제를 해결할 뿐 아니라, 유연한 기판 상에 전사하는 것도 가능하게 된다.However, when a germanium thin film is formed on a silicon substrate on which silicon oxide is formed, a problem to be considered is that a crystalline thin film must be formed on the amorphous silicon oxide. Such a structure is advantageous for peeling and transferring a semiconductor thin film, and thus not only solving the problem of lattice mismatch occurring in a solar cell process, but also enabling transfer onto a flexible substrate.
이러한 구조는 SOI(Silicon on insulator) 혹은 GOI(Germanium on insulator) 등의 형태로 최근 전자 소자 분야에서 많이 활용되고 있다(J. Raja Jain et al., Opt. Mater. Express 1, 1121, 2011). 하지만, 대부분 물리적인 본딩(bonding) 공정으로 만들어지고 있고, 이러한 과정은 장시간의 고난도 공정기술을 필요로 한다. 이를 극복하고자 간소화된 공정으로 고품질의 게르마늄 박막을 형성하는 연구가 요구된다.This structure is widely used in electronic devices in the form of SOI (Silicon on insulator) or GOI (Germanium on insulator) (J. Raja Jain et al. , Opt. Mater. Express 1, 1121, 2011). However, most are made with physical bonding processes, which require long-term, high-throughput processes. In order to overcome this problem, research is needed to form a high-quality germanium thin film by a simplified process.
최근 초고진공 화학기상증착(Ultra-High Vacuum Chemical Vapor Depsition, UHV-CVD) 방법을 이용한 고품질 게르마늄 박막 형성이 다수 보고되고 있다(H. C. Luan et al., Appl. Phys. Lett. 75, 2909, 1999; Y. Liu et al., Appl. Phys. Lett. 84, 2563, 2004; M. Halbwax et al., Opt. Mater. 27, 822, 2005).Recently, a number of high quality germanium thin film formation using ultra-high vacuum chemical vapor deposition (UHV-CVD) has been reported (HC Luan et al. , Appl. Phys. Lett., 75, 2909, 1999; Y. Liu et al. , Appl. Phys. Lett., 84, 2563, 2004, M. Halbwax et al. , Opt.
이러한 초고진공 화학기상증착 방법은 물리적인 본딩공정과 비교하여 고진공 상태에서 증착하기 때문에 고품질 박막을 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 여러 번의 열처리 및 에칭(etching) 과정을 거치게 된다. 이는 공정을 복잡하게 할뿐더러, 계면의 확산작용, 표면의 물리적 손상 및 진공 챔버 외부 노출 등으로 인해 오히려 박막질을 악화시킬 수 있다.This ultra-high vacuum chemical vapor deposition method is advantageous in that a high quality thin film can be obtained because it is deposited in a high vacuum state compared to a physical bonding process, but it is subjected to several heat treatment and etching processes. This not only complicates the process but also can worsen the thin film due to diffusion at the interface, physical damage of the surface, and exposure to the outside of the vacuum chamber.
게다가, 실리콘 옥사이드와 같은 비정질 상태 재료 위에 결정질 게르마늄 박막을 성장할 때, 결정질 기판 위에 성장하는 방법을 그대로 적용하기 쉽지 않으므로, 자체 공정 개발이 필요하다.
In addition, when a crystalline germanium thin film is grown on an amorphous state material such as silicon oxide, it is not easy to apply the method of growing on a crystalline substrate. Therefore, it is necessary to develop its own process.
실리콘 기판은 반도체 산업의 기반을 이루고 있는 재료로써, 다른 재료에 비해 가격이 싸고, 그 공정 방법이 잘 알려져 있다. 이러한 장점으로 인해 실리콘 기판을 이용한 고가 기판 생산 연구는 중요한 이슈이다. 하지만, 일차적으로 이종 재료 접합 시 발생하는 문제를 해결하는 것이 필요하다.Silicon substrates are materials that form the basis of the semiconductor industry. They are cheaper than other materials and their process is well known. Due to these advantages, research on production of high-priced substrates using silicon substrates is an important issue. However, it is necessary to solve the problems that arise in the case of dissimilar material bonding.
실리콘 기판으로 게르마늄 기판을 제작한 결과들이 보고되고 있으나, 공정 상의 난점으로 인해 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 최근 많이 보고된 초고진공 화학기상증착(UHV-CVD)법을 이용한 공정은 온도와 압력, 결정 층의 두께, 성장 속도, 그리고 게르마늄의 몰분율 등에 매우 민감하게 변하고, 10번 이상 다수의 열처리 과정을 거치는 등 고난도, 장시간 공정을 거쳐야 하는 단점을 가져 상용화에 적합하지 않다.Although the results of manufacturing a germanium substrate with a silicon substrate have been reported, it has become a hindrance to commercialization due to difficulties in processing. The recently reported process using ultrahigh vacuum chemical vapor deposition (UHV-CVD) is very sensitive to temperature, pressure, crystal layer thickness, growth rate, and mole fraction of germanium, And it is not suitable for commercialization because it has a disadvantage that it must go through a long time process.
한편, 태양전지의 유연성 확보 및 경량화를 위하여 딱딱한 모기판에서 태양전지 박막을 분리하여 유연한 기판에 전사하는 과정을 거치게 되는데, 박막 분리 시 손상을 최소화할 수 있는 희생층이 필요하게 된다. 실리콘 기판을 사용할 경우에는, 실리콘 옥사이드층이 태양전지 박막의 박리와 전사 시 희생층 역할을 할 수 있다. 하지만, 비정질인 실리콘 옥사이드층 위에 결정질 게르마늄 박막을 성장하는 것은 통상적인 에피택셜(epitaxial) 성장과 상이한 과정이므로, 이에 관한 공정 개발이 필요하다.On the other hand, in order to secure the flexibility and light weight of the solar cell, the solar cell thin film is separated from the hard mother substrate and is transferred to a flexible substrate. A sacrificial layer that minimizes damage in thin film separation is needed. When a silicon substrate is used, the silicon oxide layer can serve as a sacrificial layer at the time of peeling and transferring the solar cell thin film. However, since growing a crystalline germanium thin film on an amorphous silicon oxide layer is a different process than conventional epitaxial growth, there is a need to develop a process therefor.
따라서 본 발명은 결정질 게르마늄 박막 화학기상증착 방법 중 하나인 저압 화학기상증착(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition, LP-CVD) 방법을 이용하여 저온, 열처리, 고온의 단계로 구성된 게르마늄 박막의 성장 방법으로 실리콘 옥사이드가 형성된 실리콘 기판 위에 형성된 게르마늄 단결정 박막 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides a method of growing a germanium thin film composed of low-temperature, heat-treated, and high-temperature steps using a low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) method, which is one of crystalline germanium thin film chemical vapor deposition methods. Oxide single crystal thin film formed on a silicon substrate on which an oxide is formed and a method for producing the same.
또한, 본 발명의 게르마늄 단결정 제조 방법을 통해 게르마늄 박막의 결정성이 향상되어 고품질 게르마늄 박막을 제조하고, 고품질 게르마늄 박막의 두께 증가 및 대면적 성장이 가능하도록 하며, 이를 기반으로 게르마늄 단결정 박막 기반 태양전지 양산에 이용되어 고효율 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
In addition, the crystallinity of the germanium thin film is improved by the method of the present invention for producing a germanium single crystal, so that a high quality germanium thin film can be manufactured and a high quality germanium thin film can be increased in thickness and large area growth. And to provide a high-efficiency solar cell which is used in mass production.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 게르마늄 단결정 박막의 제조 방법은 실리콘 기판 위에 실리콘 옥사이드를 증착하여 실리콘 옥사이드층을 형성하고, 저온에서 실리콘 옥사이드층 위에 게르마늄 다결정 박막으로 저온 게르마늄 박막층을 성장시키는 저온 게르마늄 박막 성장 단계; 열처리를 통해 게르마늄 박막의 결정성을 향상시키는 열처리 단계; 고온에서 게르마늄 박막층을 성장시키는 고온 게르마늄 박막 성장 단계; 및 에칭(etching)을 통해 상기 실리콘 옥사이드층을 제거하는 에칭 단계를 포함하고, 여기서 상기 각각의 게르마늄 박막 성장 단계는 저압 화학기상증착(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition, LP-CVD) 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a germanium single crystal thin film, which comprises depositing a silicon oxide layer on a silicon substrate to form a silicon oxide layer and forming a low temperature germanium thin film layer on the silicon oxide layer at a low temperature by using a germanium polycrystalline thin film Germanium thin film growth step; A heat treatment step of improving the crystallinity of the germanium thin film through heat treatment; A high temperature germanium thin film growth step of growing a germanium thin film layer at a high temperature; And an etching step of removing the silicon oxide layer through etching, wherein each of the germanium thin film growth steps is performed using a low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) method .
상기 저온 게르마늄 박막 성장 단계는 350 내지 450 ℃의 증착온도, 1×10-3 내지 3×10-3 Torr의 압력 및 분당 0.1 ㎚의 성장 속도 하에서 10 ㎚ 미만의 두께로 게르마늄 박막을 성장하며, 바람직하게는 상기 증착온도는 400℃, 상기 압력은 2×10-3 Torr으로 하여 저온 게르마늄 박막을 성장한다.The low temperature germanium thin film growth step grows the germanium thin film to a thickness of less than 10 nm under a deposition temperature of 350 to 450 ° C, a pressure of 1 × 10 -3 to 3 × 10 -3 Torr, and a growth rate of 0.1 nm per minute, The low-temperature germanium thin film is grown at a deposition temperature of 400 ° C and a pressure of 2 × 10 -3 Torr.
상기 열처리 단계는 7×10-4 내지 9×10-4 Torr의 압력 하에서 450 내지 550℃의 온도로 열처리하여 게르마늄의 결정성을 향상시키며, 바람직하게는 8×10-4 Torr의 압력 하에서 500℃의 온도로 30 분 동안 유지하면서 열처리를 수행한다.The heat treatment step is a step of heat treatment at a temperature of 450 to 550 ° C under a pressure of 7 × 10 -4 to 9 × 10 -4 Torr to improve the crystallinity of germanium and preferably 500 ° C. under a pressure of 8 × 10 -4 Torr Lt; 0 > C for 30 minutes.
상기 고온 게르마늄 박막 성장 단계는 550 내지 650 ℃의 증착온도, 7×10-4 내지 9×10-4 Torr의 압력 및 분당 0.2 ㎚의 성장 속도 하에서 게르마늄 박막이 성장하며, 바람직하게는 상기 증착온도를 600℃, 상기 압력은 8×10-4 Torr으로 하여 고온 게르마늄 단결정 박막을 성장시킨다.The high-temperature germanium thin film growth step grows the germanium thin film at a deposition temperature of 550 to 650 ° C, a pressure of 7 × 10 -4 to 9 × 10 -4 Torr, and a growth rate of 0.2 nm per minute, 600 占 폚, and the pressure is 8 占10-4 Torr to grow a high temperature germanium single crystal thin film.
상기 에칭 단계에서는 건식 에칭(dry etching)과 습식 에칭(wet etching)을 1분 미만으로 번갈아가며 수행하게된다. 이 과정을 통해서 저온 게르마늄 박막 성장 단계의 저온 게르마늄 박막층과 실리콘 옥사이드층 모두 제거 된다.
In the etching step, dry etching and wet etching are performed alternately in less than 1 minute. Through this process, both the low temperature germanium thin film layer and the silicon oxide layer in the growth step of the low temperature germanium thin film are removed.
본 발명은 태양전지를 비롯한 광전소자뿐만 아니라, 전자소자 등 게르마늄 박막 재료를 기반으로 하는 산업에 적용 가능하다. 특히, 상대적으로 저가인 실리콘 기판을 이용한 공정으로 대량 생산 및 원가 절감 효과가 크다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable not only to photovoltaic devices including solar cells but also to industries based on germanium thin film materials such as electronic devices. Particularly, a process using a relatively inexpensive silicon substrate is effective in mass production and cost reduction.
본 발명의 게르마늄 단결정 박막 제조방법을 이용하여 고고도용 고효율 태양전지의 장파장 대역 흡수 층인 게르마늄 박막의 고품질화가 가능하다. 이러한 고품질 게르마늄 박막은 태양전지 효율 향상에 필수적인 요소이다. 또한, 고고도용 태양전지를 위한 조건인 경량화, 유연화가 가능하다. 고고도용 태양전지의 경량화와 유연화는 반도체 박막의 박리 및 전사를 통하여 이루어지고, 본 발명에서는 이러한 공정을 간소화하는 것을 제시한다.By using the germanium single crystal thin film manufacturing method of the present invention, it is possible to improve the quality of the germanium thin film which is the absorption band of the long wavelength band of the high efficiency solar cell for high altitude. These high-quality germanium thin films are essential for improving solar cell efficiency. In addition, it is possible to make lightweight and flexible, which is a condition for high-altitude solar cells. The light weight and flexibility of the high-altitude solar cell is achieved through peeling and transfer of the semiconductor thin film, and the present invention simplifies such a process.
저온성장, 열처리, 고온성장의 간소화된 공정 과정은 10번 이상의 열처리와 에칭을 거치는 공정이나 물리적인 본딩 공정과정에 비해 아주 간단하며, 챔버 외부 노출 시간을 감소함으로써 게르마늄의 품질 향상이 가능하다. 이러한 공정 과정은 게르마늄 박막 두께 향상 및 대면적 성장을 가능하게 하여, 경제적으로 크게 이득을 볼 수 있다.
Simplified process of low temperature growth, heat treatment, and high temperature growth is very simple compared to 10 or more heat treatment and etching process or physical bonding process, and it is possible to improve the quality of germanium by reducing exposure time to the outside of chamber. Such a process makes it possible to increase the thickness of the germanium thin film and to grow the large area, which is economically significant.
도 1은 본 발명의 게르마늄 단결정 박막의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 2는 실리콘 기판 위에 게르마늄 단결정 박막을 형성한 단면 구조도이다.
도 3은 저온 게르마늄 박막 성장 단계를 수행한 게르마늄 박막의 투과전자현미경(Transmission electron microscopy, TEM)의 단면 이미지이다.
도 4는 저온 게르마늄 박막 성장 단계를 수행한 게르마늄 박막의 제한시야 전자회절(Selected Area Electron diffraction, SAED)분석 결과이다.
도 5는 저온 게르마늄 박막 성장 단계를 수행하기 전과 후의 게르마늄 박막의 X선 회절 측정 결과이다.
도 6은 열처리 단계를 수행한 게르마늄 박막의 투과전자현미경(Transmission electron microscopy, TEM)의 단면 이미지이다.
도 7은 열처리 단계를 수행한 게르마늄 박막의 제한시야 전자회절(Selected Area Electron diffraction, SAED)분석 결과이다.
도 8은 열처리 단계를 수행하기 전과 후의 게르마늄 박막에 대한 X선 회절 측정 결과이다.
도 9는 고온 게르마늄 박막 성장 단계를 수행한 게르마늄 박막의 투과전자현미경(Transmission electron microscopy, TEM) 단면 이미지이다.
도 10은 고온 게르마늄 박막 성장 단계를 수행한 게르마늄 박막의 제한시야 전자회절(Selected Area Electron diffraction, SAED)분석 결과이다.
도 11은 고온 게르마늄 박막 성장 단계를 수행한 게르마늄 박막의 X선 회절 측정 결과이다.1 is a flowchart of a method for manufacturing a germanium single crystal thin film of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a germanium single crystal thin film formed on a silicon substrate.
FIG. 3 is a cross-sectional image of a transmission electron microscope (TEM) of a germanium thin film on which a low temperature germanium thin film growth step is performed.
FIG. 4 shows the result of selective area electron diffraction (SAED) analysis of the germanium thin film which has undergone the growth step of the low temperature germanium thin film.
FIG. 5 shows the X-ray diffraction measurement results of the germanium thin films before and after performing the low-temperature germanium thin film growth step.
6 is a cross-sectional image of a transmission electron microscope (TEM) of a germanium thin film subjected to a heat treatment step.
FIG. 7 shows the result of the selective area electron diffraction (SAED) analysis of the germanium thin film subjected to the heat treatment step.
Fig. 8 shows X-ray diffraction measurement results of the germanium thin film before and after the heat treatment step.
9 is a transmission electron microscopy (TEM) cross-sectional image of the germanium thin film on which the high temperature germanium thin film growth step is performed.
FIG. 10 shows the results of the selective area electron diffraction (SAED) analysis of the germanium thin film on which the high temperature germanium thin film growth step is performed.
FIG. 11 shows the X-ray diffraction measurement results of the germanium thin film on which the high temperature germanium thin film growth step was performed.
이하 첨부된 도면을 통하여 본 발명을 상세히 설명하나, 일례로서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명에 한정되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above description, and various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 게르마늄 단결정 박막의 제조 방법을 나타낸 것이다.Fig. 1 shows a method for producing the germanium single crystal thin film of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LP-CVD) 방법을 이용한 게르마늄 단결정 박막 제조 방법은 실리콘 기판(211) 위에 실리콘 옥사이드(Slicon Oxide)를 증착하여 실리콘 옥사이드층(212)을 형성하는 단계(S11), 저온에서 실리콘 옥사이드층(212) 위에 저온 게르마늄 박막층을 성장시키는 저온 게르마늄 박막 성장 단계(S12), 상기 성장된 저온 게르마늄 박막층(221)을 열처리하여 게르마늄 박막의 결정성을 향상시키는 열처리 단계(S13), 고온에서 상기 열처리한 저온 게르마늄 박막층(221) 위에 고온 게르마늄 박막층(222)을 성장시키는 고온 게르마늄 박막 성장 단계(S14) 및 에칭(etching)을 통해 상기 실리콘 옥사이드층을 제거하는 에칭 단계(S15)를 포함하며, 각각의 게르마늄 박막 성장 단계는 저압 화학기상증착(LP-CVD) 방법을 이용하여 수행된다.1, a method for manufacturing a germanium single crystal thin film using a low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) method according to the present invention includes depositing silicon oxide on a silicon substrate 211 A low-temperature germanium thin film growth step (S12) for growing a low-temperature germanium thin-film layer on the
구체적으로 게르마늄 단결정 박막의 제조 방법은 다음과 같다. 실리콘 옥사이드층을 형성하는 단계(S11)는 실리콘 기판(211) 위에 실리콘 옥사이드를 증착시켜 약 300nm 두께의 실리콘 옥사이드층(212)이 형성하여 실리콘 옥사이드 기판(210)을 제조하고, 제조된 실리콘 옥사이드 기판을 아세톤(acetone), 에탄올(ethanol), 탈이온수(deionized water) 차례로 세척한 후에, 저압 화학기상증착 장치의 챔버 내에서 180℃ 온도 및 1 Torr의 압력으로 30분 정도 건조한다.Specifically, a method for producing a germanium single crystal thin film is as follows. The step of forming the silicon oxide layer S11 includes depositing silicon oxide on the
그 다음으로 저온 게르마늄 박막 성장 단계(S12)은 실리콘 옥사이드층(212) 위에 350 내지 450℃ 증착온도, 1×10-3 내지 3×10-3 Torr 압력 및 분당 0.1 ㎚ 증착 속도 하에서 10 nm 미만의 저온 게르마늄 박막층을 성장시켜 형성한다. 보다 바람직하게는 상기 증착온도는 400℃, 상기 압력은 2×10-3 Torr으로 하여 게르마늄 박막을 성장시킬 수 있다.Next, the low-temperature germanium thin film growth step S12 is performed on the
도 3은 저온 게르마늄 박막 성장 단계의 게르마늄 박막의 단면을 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM)으로 살펴본 결과로, 도시된 바와 같이 실리콘(Si) 기판, 실리콘 옥사이드(SiOx)층, 게르마늄(Ge) 박막층으로 구분되며, 상기 실리콘 옥사이드층은 실리콘 기판으로 부터 약 300 nm 정도의 지점에서 실리콘(Si) 성분이 많은 실리콘 옥사이드층에서부터 산소(O)성분이 많은 실리콘 옥사이드층으로 변화되고 있는 것을 확인하였다.FIG. 3 shows a cross section of a germanium thin film in a low-temperature germanium thin film growth step as a result of a transmission electron microscopy (TEM). As shown in the figure, a silicon substrate, a silicon oxide (SiO x ) ) Thin film layer and the silicon oxide layer was changed from a silicon oxide layer having a large amount of silicon (Si) component to a silicon oxide layer having a large amount of oxygen (O) component at about 300 nm from the silicon substrate .
도 4는 저온 게르마늄 박막층의 제한시야 전자회절패턴(SAED pattern)을 분석한 결과, 형성된 저온 게르마늄 박막층(221)에서 결정화가 진행되지 않았음을 확인할 수 있었다. FIG. 4 shows that the crystallization of the low-temperature germanium
또한 도 5는 저온 게르마늄 박막 성장 단계까지 성장된 게르마늄 박막의 결정성 확인을 위한 X선 회절 측정 결과를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 검은색 실선 그래프는 실리콘 기판 위에 실리콘 옥사이드층이 형성된 실리콘 옥사이드 기판을 나타내고, 파란색 실선은 실리콘 옥사이드 기판(210) 위에 형성한 저온 게르마늄 박막(221)에 대한 결과를 보여준다. 저온에서 성장한 저온 게르마늄 박막층(221)의 경우, 2 theta 값 약 25 내지 30 도 및 40 내지 50도에서 넓은 피크(broad peak)를 나타냈음을 확인하였다.5 shows X-ray diffraction results for confirming the crystallinity of the germanium thin film grown to the low-temperature germanium thin film growth step. As shown in the graph, a black solid line graph shows a silicon oxide substrate having a silicon oxide layer formed thereon And the blue solid line shows the result for the low temperature germanium
상기 열처리 단계(S13)는 상기 형성된 저온 게르마늄 박막층(221)을 7×10-4 내지 9×10-4 Torr의 압력 하에서 450 내지 550℃의 온도로 가열하여 게르마늄의 결정성을 향상한다. 보다 바람직하게는 상기 온도는 500 ℃, 상기 압력은 8×10-4 Torr으로 유지하면서 30분 정도 가열할 수 있다.The heat treatment step S13 improves the crystallinity of germanium by heating the formed low-temperature germanium
도 6은 열처리를 통해 게르마늄의 결정성을 향상시키는 열처리 단계(S13)까지의 과정의 게르마늄 박막을 투과전자현미경 이미지로 나타낸 것이며, 도 6에서 오른쪽 이미지는 고분해능 투과전자현미경 이미지로 실리콘 옥사이드층과 열처리 게르마늄 박막층 사이의 계면을 나타낸다.6 is a transmission electron microscope image of a germanium thin film in a process up to a heat treatment step (S13) for improving the crystallinity of germanium through heat treatment. In the right image in FIG. 6, a silicon oxide layer and a heat treatment It shows the interface between germanium thin film layers.
도 7은 열처리된 게르마늄 박막층을 제한시야 전자회절패턴(SAED pattern)으로 분석한 결과로 상기 열처리 단계 전의 저온 게르마늄 박막층(도 4)에서보다 결정성이 향상된 게르마늄 단결정 박막이 형성되었음을 확인할 수 있었다.FIG. 7 shows that the annealed germanium thin film layer was analyzed with a limited field electron diffraction pattern (SAED pattern), indicating that a germanium single crystal thin film having improved crystallinity was formed in the low temperature germanium thin film layer (FIG. 4) before the heat treatment step.
도 8은 저온 성장 게르마늄을 열처리 단계(S13)까지의 과정을 통한 게르마늄 박막의 X선 회절 측정결과로써, 붉은색 실선 그래프는 열처리 전을 나타내고, 파란색 실선은 열처리 후를 나타낸다. 도시된 바와 같이 열처리 단계 전에는 피크들이 불분명하게 나타났으나, 열처리가 진행되면 실리콘 다이옥사이드(SiO2)와 게르마늄(Ge) 피크들이 보인다.8 is a result of X-ray diffraction measurement of the germanium thin film through the process of the low temperature grown germanium to the heat treatment step (S13). The red solid line graph shows before the heat treatment, and the blue solid line shows after the heat treatment. As shown in the figure, the peaks are unclear before the heat treatment step, but the silicon dioxide (SiO 2 ) and germanium (Ge) peaks are seen after the heat treatment.
고온 게르마늄 박막 성장 단계(S14)는 상기 열처리된 저온 게르마늄 박막층 위에 550 내지 650 ℃의 증착온도, 7×10-4 내지 9×10-4 Torr 압력 및 분당 0.2 ㎚ 성장 속도 하에서 게르마늄 박막을 성장한다. 보다 바람직하게는 상기 증착온도는 600 ℃, 상기 압력은 8×10-4 Torr으로 하여 고온 게르마늄 박막을 성장시킬 수 있다.The germanium thin film is grown on the thermally treated low-temperature germanium thin film layer at a deposition temperature of 550 to 650 ° C, a pressure of 7 × 10 -4 to 9 × 10 -4 Torr, and a growth rate of 0.2 nm / min on the germanium thin film growth step (S14). More preferably, the high-temperature germanium thin film can be grown at a deposition temperature of 600 ° C. and a pressure of 8 × 10 -4 Torr.
상기 고온 게르마늄 박막 성장 단계(S14)를 통한 게르마늄 박막은 도 9의 투과전자현미경(TEM) 단면 이미지와 같이, 실리콘 기판, 실리콘 옥사이드층, 저온 게르마늄 박막층 및 고온 게르마늄 박막층으로 이루어짐이 관찰되었고, 도 10과 같이 고온 게르마늄 박막층을 제한시야 전자회절패턴(SAED pattern)으로 분석한 결과 게르마늄 단결정 박막이 형성되었음을 확인할 수 있었다.The germanium thin film through the high-temperature germanium thin film growth step (S14) is composed of a silicon substrate, a silicon oxide layer, a low-temperature germanium thin film layer and a high-temperature germanium thin film layer as shown in a transmission electron microscope (TEM) cross- As a result, the germanium single crystal thin film was formed by the limited SAE pattern analysis.
또한 상기 고온 게르마늄 박막 성장 단계(S14)를 통한 게르마늄 박막의 결정성은 도 11에서의 X선 회절 측정 결과와 같이, (220)과 (311) 방향의 게르마늄 피크는 약화 되고, 상대적으로 (111)방향의 게르마늄 피크가 강화된 것으로 보아 상기 결정 방향 (111)을 가진 게르마늄 박막 성장이 진행되었음을 알 수 있다.In addition, the crystallinity of the germanium thin film through the high-temperature germanium thin film growth step (S14) is such that the germanium peaks in the (220) and (311) directions are weakened and the The germanium thin film growth with the
그리고 상기 게르마늄 단결정 박막 성장 단계를 거친 다음으로 진행되는 상기 에칭 단계(S15)는 건식 에칭(dry etching) 및 습식 에칭(wet etching)을 1분 미만으로 번갈아가며 혼합하여 사용되고, 상기 저온 게르마늄 박막 성장 단계의 저온 게르마늄 박막층(221)과 실리콘 옥사이드층(212)가 제거된다.The etching step S15, which is performed after the germanium single crystal thin film growth step, is used by mixing dry etching and wet etching alternately for less than 1 minute, and the low temperature germanium thin film growth step The low temperature germanium
상기와 같은 제조 방법을 통해 실리콘 기판위에 제조된 게르마늄 단결정 박막은 도 2에 나타낸 바와 같이 실리콘 기판(211) 위에 실리콘 옥사이드층(212)이 형성되어 이루어진 실리콘 옥사이드 기판(210)을 포함하고, 상기 실리콘 옥사이드층(212) 위에 성장된 게르마늄 박막(220)은 저온에서 성장한 후 열처리하여 얻어진 게르마늄 단결정 박막인 저온 게르마늄 박막층(221) 및 상기 저온 게르마늄 박막층(221) 위에 고온에서 성장된 고온 게르마늄 박막층(222)으로 이루어진다. As shown in FIG. 2, the germanium single crystal thin film formed on the silicon substrate through the above-described manufacturing method includes a
이와 같이 본 발명에 따른 게르마늄 단결정 박막의 제조 방법으로 제조된 게르마늄 단결정 박막은 고효율, 경량, 유연성을 가진 태양전지 제작에 사용할 수 있으며, 이를 위해 필요한 전사 공정이 가능하다.As described above, the germanium single crystal thin film produced by the method for manufacturing a germanium single crystal thin film according to the present invention can be used for manufacturing a solar cell having high efficiency, light weight and flexibility, and a transfer process necessary for this is possible.
상기 전사공정은 게르마늄 박막 표면에 전사용 스탬프인 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 형성한 후, 저온 게르마늄 박막층과 실리콘 옥사이드층을 에칭용액으로 제거하여 게르마늄 단결정 박막을 유연기판에 전사한 후 표면의 폴리디메틸실록산(PDMS)은 제거하는 공정을 통해 게르마늄 박막만 유연기판에 전사될 수 있다.In the transferring step, polydimethylsiloxane (PDMS), which is a transfer stamp, is formed on the surface of the germanium thin film, and then the low-temperature germanium thin film layer and the silicon oxide layer are removed with an etching solution to transfer the germanium thin film to a flexible substrate. Polydimethylsiloxane (PDMS) can be transferred to the flexible substrate through the process of removing only the germanium thin film.
그리고 상기 에칭용액으로는 에칭할 수 있는 한, 산성이나 염기성용액을 특별히 제한하지 아니하고 사용할 수 있다. 예컨대, HF, HNO3, H3PO4, CH3COOH, NaNO2의 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
As the etching solution, an acidic or basic solution can be used as long as it can be etched. For example, HF, HNO 3 , H 3 PO 4 , CH 3 COOH, NaNO 2 and mixtures thereof can be used.
210 : 실리콘 옥사이드 기판 211 : 실리콘 기판
212 : 실리콘 옥사이드층 220 : 게르마늄 박막
221 : 저온 게르마늄 박막층 222 : 고온 게르마늄 박막층210: Silicon oxide substrate 211: Silicon substrate
212: silicon oxide layer 220: germanium thin film
221: low temperature germanium thin film layer 222: high temperature germanium thin film layer
Claims (6)
8×10-4 Torr의 압력 하에서 500 ℃의 온도로 열처리하여 게르마늄 박막의 결정 구조를 (111) 방향을 갖는 단결정으로 결정화시켜 게르마늄 박막의 결정성을 향상시키는 열처리 단계;
600 ℃의 온도, 8×10-4 Torr의 압력 및 분당 0.2 ㎚의 성장 속도로 게르마늄 박막층을 성장시키는 고온 게르마늄 박막 성장 단계; 및
건식 에칭(dry etching) 및 습식 에칭(wet etching)을 1분 미만으로 번갈아가며 진행하여 상기 실리콘 옥사이드층을 제거하는 에칭 단계;를 포함하고,
여기서 각각의 게르마늄 박막 성장 단계는 저압 화학기상증착(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition, LP-CVD) 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 게르마늄 단결정 박막 제조 방법.A low temperature germanium thin film for growing a low temperature germanium thin film layer at a temperature of 400 DEG C, a pressure of 2 x 10 < -3 > Torr and a growth rate of 0.1 nm per minute on the silicon oxide layer by depositing silicon oxide on a silicon substrate, Growth stage;
A heat treatment step of improving the crystallinity of the germanium thin film by crystallizing the germanium thin film into a single crystal having a (111) direction by heat treatment at a temperature of 500 ° C under a pressure of 8 × 10 -4 Torr;
A high temperature germanium thin film growth step of growing a germanium thin film layer at a temperature of 600 DEG C, a pressure of 8 x 10 < -4 > Torr and a growth rate of 0.2 nm per minute; And
An etching step of alternately performing dry etching and wet etching in less than 1 minute to remove the silicon oxide layer,
Wherein each germanium thin film growth step is performed using a low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150024029A KR101635970B1 (en) | 2015-02-17 | 2015-02-17 | Method for High-Quality Germanium Films Grown by Low Pressure-Chemical Vapor Deposition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150024029A KR101635970B1 (en) | 2015-02-17 | 2015-02-17 | Method for High-Quality Germanium Films Grown by Low Pressure-Chemical Vapor Deposition |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101635970B1 true KR101635970B1 (en) | 2016-07-04 |
Family
ID=56501709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150024029A KR101635970B1 (en) | 2015-02-17 | 2015-02-17 | Method for High-Quality Germanium Films Grown by Low Pressure-Chemical Vapor Deposition |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101635970B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112117344A (en) * | 2020-09-23 | 2020-12-22 | 扬州乾照光电有限公司 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| CN115386962A (en) * | 2022-08-22 | 2022-11-25 | 中锗科技有限公司 | High-strength high-toughness ultrathin germanium single crystal wafer corrosion method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100063607A (en) * | 2008-12-03 | 2010-06-11 | 한국전자통신연구원 | Growth of ge epitaxial layer with negative photoconductance characteristics and photodiode using the same |
| KR20130100743A (en) * | 2012-03-02 | 2013-09-11 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Method of forming a germanium thin film |
| KR20140138817A (en) * | 2012-02-29 | 2014-12-04 | 솔렉셀, 인크. | Structures and methods for high efficiency compound semiconductor solar cells |
-
2015
- 2015-02-17 KR KR1020150024029A patent/KR101635970B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100063607A (en) * | 2008-12-03 | 2010-06-11 | 한국전자통신연구원 | Growth of ge epitaxial layer with negative photoconductance characteristics and photodiode using the same |
| KR101213228B1 (en) | 2008-12-03 | 2012-12-17 | 한국전자통신연구원 | Growth of Ge Epitaxial Layer with Negative Photoconductance Characteristics and Photodiode Using the Same |
| KR20140138817A (en) * | 2012-02-29 | 2014-12-04 | 솔렉셀, 인크. | Structures and methods for high efficiency compound semiconductor solar cells |
| KR20130100743A (en) * | 2012-03-02 | 2013-09-11 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Method of forming a germanium thin film |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112117344A (en) * | 2020-09-23 | 2020-12-22 | 扬州乾照光电有限公司 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| CN112117344B (en) * | 2020-09-23 | 2022-05-31 | 扬州乾照光电有限公司 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| CN115386962A (en) * | 2022-08-22 | 2022-11-25 | 中锗科技有限公司 | High-strength high-toughness ultrathin germanium single crystal wafer corrosion method |
| CN115386962B (en) * | 2022-08-22 | 2023-12-22 | 中锗科技有限公司 | High-strength high-toughness ultrathin germanium single-crystal corrosion method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9870918B2 (en) | InGaAs film grown on Si substrate and method for preparing the same | |
| KR101635970B1 (en) | Method for High-Quality Germanium Films Grown by Low Pressure-Chemical Vapor Deposition | |
| US8987115B2 (en) | Epitaxial growth of silicon for layer transfer | |
| CN112219262B (en) | Method for producing transferable thin layers | |
| CN103943700A (en) | InGaAsN thin film grown on GaAs substrate and manufacturing method of InGaAsN thin film | |
| KR101683127B1 (en) | Method of high-quality germanium films by graphene buffer layer | |
| US20140213044A1 (en) | Method for producing periodic crystalline silicon nanostructures | |
| US10403783B2 (en) | Nanostructured substrates for improved lift-off of III-V thin films | |
| CN110804727B (en) | Strain thin film heterojunction, preparation method and application | |
| CN203826398U (en) | InGaAsN film growing on GaAs substrate | |
| TWI556285B (en) | Method for epitaxial growing germanium film on silicon substrate | |
| US10256093B2 (en) | Selective area growth of semiconductors using patterned sol-gel materials | |
| TWI313026B (en) | Multi layer compound semiconductor solar photovoltaic device and its growing method | |
| CN110634749B (en) | BaSi2Epitaxial growth method of thin film | |
| JP3245100B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor element and method for manufacturing solar cell | |
| US11522069B2 (en) | Thin-film semiconductors | |
| CN103215643B (en) | Method for preparing monocrystal oxide film on Ge substrate | |
| GB2514268A (en) | Silicon carbide epitaxy | |
| CN111254491B (en) | Preparation method of high-quality two-dimensional atomic layer film | |
| Selvamanickam et al. | Single-crystalline-like germanium thin films on glass substrates | |
| Sato et al. | A dependence of crystallinity of In2O3 thin films by a two-step heat treatment of indium films on the heating atmosphere | |
| Khizar et al. | Design and development of high efficiency solar cells using thin film GaAs on nanostructured silicon | |
| CN107910404B (en) | Preparation method of mercury cadmium telluride infrared detection device material | |
| Rathi et al. | Reduced Defect Density in Single-Crystalline-like GaAs thin Film on Flexible Metal Substrates by using Superlattice Structures | |
| Kong et al. | Studies of RF magnetron sputtered amorphous HgCdTe films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190604 Year of fee payment: 4 |