RU2349002C1

RU2349002C1 - Method of semiconductor phototransformer manufacturing

Info

Publication number: RU2349002C1
Application number: RU2007140820/28A
Authority: RU
Inventors: Виталий Викторович Заддэ (RU); Виталий Викторович Заддэ; ков Владимир Иванович Пол (RU); Владимир Иванович Поляков; Дмитрий Семенович Стребков (RU); Дмитрий Семенович Стребков
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-03-10

Abstract

FIELD: physics, semiconductors.

SUBSTANCE: invention concerns the electronic technics, namely to manufacturing techniques of semiconductor phototransformers (SP) and can be used in manufacture of recommenced energy sources. A problem of the offered invention is making of an expedient of manufacturing a semiconductor phototransformer providing increase of efficiency of matrix phototransformers. The essence of the invention consists that after metallisation semiconductor structures agglomerate in a leaky pile, fill gaps in a pile with a brazing flux, immerse a pile in the fused solder and under axial pressure delete a redundant stratum of solder. The invention provides efficiency increase of phototransformers at the expense of use of the operations providing increase of homogeneity of a metal layer of linking of semiconductor plates in a pile.

EFFECT: efficiency increase of phototransformers at the expense of use of the operations providing increase of homogeneity of a metal layer of linking of semiconductor plates in a pile.

Description

Изобретение относится к электронной технике, а именно к технологии изготовления полупроводниковых фотопреобразователей (ФП).The invention relates to electronic equipment, namely to the manufacturing technology of semiconductor photoconverters (FP).

Область применения - возобновляемые источники энергии.Scope - renewable energy sources.

Известен полупроводниковый матричный ФП, представляющий собой блок скоммутированных микрофотопреобразователей с р-n-переходами, размещенными параллельно падающему излучению, и способ изготовления такого ФП (патент США №3948682 и 3793713), включающий соединение металлизированных полупроводниковых структур в форме пластин с помощью припоя или металлической фольги в стопку, разрезание стопки поперек структур на матрицы и обработку поверхности матриц.Known semiconductor matrix FP, which is a block of commutated microphototransducers with pn junctions placed parallel to the incident radiation, and a method of manufacturing such a FI (US patent No. 3948682 and 3793713), comprising connecting metallized semiconductor structures in the form of plates using solder or metal foil into a stack, cutting the stack across the structures into matrices and processing the surface of the matrices.

Недостатком способа является образование локальных пустот в местах соединения отдельных структур, что приводит к повреждению р-n-переходов на этапе химической обработки поверхности матриц (необходимой для удаления механически нарушенного резкой слоя и пассивации поверхности) и снижению эффективности ФП.The disadvantage of this method is the formation of local voids at the junctions of individual structures, which leads to damage to pn junctions at the stage of chemical processing of the matrix surface (necessary to remove the mechanically disturbed sharp layer and passivation of the surface) and reduce the efficiency of the phase transition.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления ФП с р-n-переходами, при котором соединение пластин кремния с р-n-переходом производится путем сращивания полупроводниковых структур в монолитный столбик под давлением 0,5-15 атм при 800-1300°С (патент РФ №2127009). Недостатком способа является использование высокой температуры сращивания, отрицательно влияющей на свойства полупроводниковых структур и эффективность ФП.The closest technical solution is a method of manufacturing an FP with pn junctions, in which the connection of silicon wafers with a pn junction is made by splicing semiconductor structures into a monolithic column under a pressure of 0.5-15 atm at 800-1300 ° C (patent RF №2127009). The disadvantage of this method is the use of a high splicing temperature, which negatively affects the properties of semiconductor structures and the efficiency of phase transitions.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа изготовления полупроводникого фотопреобразователя, обеспечивающего повышение эффективности матричных фотопреобразователей.The objective of the invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor photoconverter, providing increased efficiency of the matrix photoconverters.

Технический результат изобретения заключается в повышении КПД ФП за счет использования операций, обеспечивающих повышение однородности металлической прослойки соединения полупроводниковых пластин в стопке.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the FP through the use of operations that increase the uniformity of the metal layer of the connection of the semiconductor wafers in the stack.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления полупроводникового фотопреобразователя, включающем создание в пластинах диодной структуры с р-n-переходом, металлизацию пластин, сборку и соединение пластин в столбик, резку столбика на структуры и присоединение токоотводящих контактов, после металлизации пластины собирают в неплотную стопку, заполняют промежутки в стопке паяльным флюсом, погружают стопку в расплавленный припой и, создав осевое давление, из стопки удаляют избыточный слой припоя.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for manufacturing a semiconductor photoconverter, which includes creating a diode structure with pn junction in the plates, plate metallization, assembling and connecting the plates into a column, cutting the column into structures and attaching current collector contacts, after metallization the plates are assembled into a loose stack, fill the gaps in the stack with solder flux, immerse the stack in molten solder and, creating axial pressure, remove the excess layer of solder from the stack.

Сущность данного изобретения заключается в том, что после металлизации полупроводниковые структуры собирают в неплотную стопку, заполняют промежутки в стопке паяльным флюсом, погружают стопку в расплавленный припой и под осевым давлением удаляют избыточный слой припоя.The essence of this invention is that after metallization, the semiconductor structures are assembled into a loose stack, the gaps in the stack are filled with solder flux, the stack is immersed in molten solder, and an excess layer of solder is removed under axial pressure.

Примером осуществления данного способа изготовления полупроводникового ФП может служить набор следующих технологических операций.An example of the implementation of this method of manufacturing a semiconductor FP can be a set of the following technological operations.

По первому варианту исходные пластины в форме дисков с p⁺-n-n⁺-структурой, полученной термической диффузией примеси бора и фосфора, покрывают с двух сторон пленкой никеля толщиной свыше 0,1 мкм, наносят пастообразный флюс, собирают пластины одинакового размера в стопку с помощью оправки из титана, погружают стопку в расплавленный припой, прикладывают давление по оси стопки, вынимают стопку из припоя и промывают от флюса.According to the first variant, the initial plates in the form of disks with a p ⁺ -nn ⁺ structure obtained by thermal diffusion of boron and phosphorus impurities are coated on both sides with a nickel film over 0.1 μm thick, a paste-like flux is applied, and plates of the same size are collected in a stack using mandrels made of titanium, immerse the stack in molten solder, apply pressure along the axis of the stack, remove the stack from the solder and rinse off the flux.

По второму варианту исходные пластины в форме квадратов с n⁺-p-p⁺-структурой, полученной термической диффузией примеси фосфора и бора, покрывают с двух сторон пленкой никеля толщиной свыше 0,1 мкм, собирают пластины в неплотную стопку с помощью оправки из титана, погружают стопку с оправкой сначала в жидкий паяльный флюс, а затем в расплавленный низкоплавкий припой типа ПОС-60, прикладывают давление по оси стопки, используя оправку из титана, вынимают стопку из припоя и промывают от флюса.According to the second option, the initial plates in the form of squares with an n ⁺ -pp ⁺ structure obtained by thermal diffusion of phosphorus and boron impurities are coated on both sides with a nickel film over 0.1 μm thick, the plates are assembled into a loose stack using a titanium mandrel, and immersed the stack with the mandrel is first into the liquid solder flux, and then into the molten low-melting solder of the POS-60 type, pressure is applied along the axis of the stack using a mandrel from titanium, the stack is removed from the solder and washed from the flux.

Оба варианта способа обеспечивают получение монолитной металлической прослойки между пластинами в стопке, не имеющей пустот. Толщина прослойки припоя одинакова по всей площади пластин в стопке, составляя от 1 до 5 мкм и зависит от величины сжимающего давления. Флюс активирует поверхность никеля на всей поверхности пластин, создает зазор между пластинами, который после погружения в расплав заполняется припоем. Остатки флюса, образующиеся газы и шлак, как более легкие фракции всплывают на поверхность припоя, оставляя в промежутке пластин чистый припой, хорошо смачивающий поверхность никеля, обеспечивающий высокую механическую прочность соединения пластин в стопке и однородность химических свойств поверхности ФП, получаемых после резки стопки.Both variants of the method provide a monolithic metal layer between the plates in a stack that does not have voids. The thickness of the solder interlayer is the same over the entire area of the plates in the stack, ranging from 1 to 5 microns and depends on the magnitude of the compressive pressure. The flux activates the nickel surface on the entire surface of the plates, creates a gap between the plates, which after immersion in the melt is filled with solder. Flux residues, the resulting gases and slag, as lighter fractions, float to the surface of the solder, leaving a clean solder in the gap between the plates, wetting the nickel surface well, providing high mechanical strength of the plate joints in the stack and the uniformity of the chemical properties of the surface of the FP obtained after cutting the stack.

Полученные таким образом ФП из кремния выдерживают процесс химического травления в кислотах и щелочах без локального подтравливания металлических контактных прослоек. Соответствующая химическая обработка ФП позволяет создавать бездефектную поверхность с низкой скоростью поверхностной рекомбинации и тем самым увеличить КПД и выход годных ФП.Silicon phase transitions obtained in this way withstand the process of chemical etching in acids and alkalis without local etching of metal contact layers. Appropriate chemical treatment of the phase transition allows you to create a defect-free surface with a low surface recombination rate and thereby increase the efficiency and yield of the phase transition.

Claims

A method of manufacturing a semiconductor photoconverter, including creating a diode structure with pn junction in the plates, metallizing the plates, assembling and connecting the plates into a column, cutting the column into structures and attaching current-conducting contacts, characterized in that the plates are assembled into a loose stack after metallization, fill gaps in the stack with solder flux, immerse the stack in molten solder and, creating axial pressure, remove the excess layer of solder from the stack.