RU2432639C2

RU2432639C2 - Structure and method of making silicon photoconverter with two-sided photosensitivity

Info

Publication number: RU2432639C2
Application number: RU2009146253/28A
Authority: RU
Inventors: Виталий Викторович Заддэ (RU); Виталий Викторович Заддэ; Ахсарбек Борисович Пинов (RU); Ахсарбек Борисович Пинов; Тимур Рафкатович Тимербулатов (RU); Тимур Рафкатович Тимербулатов; Владислав Тимурович Тимербулатов (RU); Владислав Тимурович Тимербулатов; Владимир Евгеньевич Токарев (RU); Владимир Евгеньевич Токарев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КОНТИНЕНТ ЭНЕРДЖИ"
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-10-27
Also published as: RU2009146253A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: in a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity, whose thickness is comparable to minority carrier diffusion length in the base region, having a n⁺-p (p⁺-n) junction at the front side, an isotype p-p⁺ (n-n⁺) junction in the base region at the backside, an antireflection film and a metal contact grid on the front side and backside, the antireflection film is such that intrinsic electric charge density is not less than 1.10¹¹ cm^-2, the sign of this charge is the same as that of majority carriers in the base region, wherein the n⁺-p (p⁺-n) junction and the isotype p-p⁺ (n-n⁺) junction under the contact grid is at a greater depth than in intermediate contact grids. Also disclosed are one more version and two versions of the method.

EFFECT: high efficiency and low cost of making photoconverters.

14 cl, 6 dwg, 6 ex

Description

Изобретение относится к области конструкции и технологии изготовления оптоэлектронных приборов, а именно полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей (ФП).The invention relates to the field of design and manufacturing technology of optoelectronic devices, namely semiconductor photoelectric converters (FP).

Известна конструкция и способ изготовления кремниевых ФП в виде диодной структуры с p-n-переходом на всей рабочей поверхности, токосъемными металлическими контактами к легированному слою в форме гребенки, сплошным тыльным контактом и антиотражающим покрытием на лицевой (рабочей) стороне (книга «Полупроводниковые фотопреобразователи» Васильев A.M., Ландсман А.П., М., Советское Радио, 1971 г.). Процесс изготовления ФП основан на диффузионном легировании рабочей поверхности фосфором, химическом осаждении никелевого контакта, избирательном травлении контактного рисунка и нанесении антиотражающего покрытия. Недостатком получаемых ФП является сравнительно большая глубина p-n-перехода и, как следствие, невысокое значение их КПД.A known design and method of manufacturing silicon phase transitions in the form of a diode structure with a pn junction on the entire working surface, current collector metal contacts to the doped layer in the form of a comb, a solid back contact and an antireflection coating on the front (working) side (book "Semiconductor photoconverters" Vasiliev AM , Landsman A.P., M., Soviet Radio, 1971). The FP manufacturing process is based on the diffusion alloying of the working surface with phosphorus, chemical deposition of the nickel contact, selective etching of the contact pattern and the application of an antireflection coating. The disadvantage of the obtained phase transitions is the relatively large depth of the pn junction and, as a consequence, the low value of their efficiency.

Известна конструкция и способ изготовления кремниевых ФП с мелкозалегающим p-n-переходом на большей части рабочей поверхности и глубоким p-n-переходом под металлическими контактами на рабочей поверхности (Green M.A., Blakers A.W. et al. Improvements in flat-plate and concentrator silicon solar cell efficiency // 19th IEEE Photovolt. Spec. Conf., New Orleans, 1987.- P.49-52). Процесс изготовления включает проведение следующих операций на рабочей поверхности: диффузионное легирование на глубину менее 0,5 мкм, термическое окисление, лазерное скрайбирование канавок, химическое травление кремния в канавках, диффузионное легирование поверхности канавок на глубину более 1 мкм и электрохимическое осаждение никеля и меди в канавки. Недостатком получаемых ФП является поглощение коротковолновой части падающего излучения легированным слоем, имеющим низкий коэффициент собирания носителей тока к p-n-переходу и, как следствие, недостаточно высокий КПД ФП.A known design and method of manufacturing silicon phase transitions with a shallow pn junction on most of the working surface and a deep pn junction under the metal contacts on the work surface (Green MA, Blakers AW et al. Improvements in flat-plate and concentrator silicon solar cell efficiency // 19th IEEE Photovolt. Spec. Conf., New Orleans, 1987.- P.49-52). The manufacturing process includes the following operations on the working surface: diffusion alloying to a depth of less than 0.5 microns, thermal oxidation, laser scribing of grooves, chemical etching of silicon in the grooves, diffusion alloying of the surface of the grooves to a depth of more than 1 micron, and electrochemical deposition of nickel and copper into the grooves . The disadvantage of the obtained phase transitions is the absorption of the short-wavelength part of the incident radiation by the doped layer, which has a low carrier collection coefficient for the p-n junction and, as a consequence, the low efficiency of the phase transition.

Известна конструкция и способ изготовления ФП с пассивирующей, антиотражающей (просветляющей) пленкой на фоточувствительной поверхности, свободной от легированных слоев и контактов, которые создаются на тыльной стороне в виде чередующихся, сильно легированных областей, образующих p-n-переходы и изотипные переходы (Sinton R.A., Swanson R.M. An optimization study of Si point-contact concentrator solar cell // 19^th IEEE Photovolt. Spec. Conf., New Orleans, 1987, N.Y.1987. - P.1201-1208). Недостатком этих ФП является односторонняя фоточувствительность и сложный процесс изготовления, повышающий стоимость ФП.A known design and method of manufacturing a phase transition with a passivating, antireflection (antireflection) film on a photosensitive surface free of doped layers and contacts that are created on the back in the form of alternating, heavily doped regions forming pn junctions and isotype transitions (Sinton RA, Swanson RM An optimization study of Si point-contact concentrator solar cell // 19 ^th IEEE Photovolt. Spec. Conf., New Orleans, 1987, NY1987. - P.1201-1208). The disadvantage of these AFs is a one-sided photosensitivity and a complex manufacturing process that increases the cost of AF.

В качестве прототипа принята конструкция и способ изготовления ФП с двусторонней рабочей поверхностью с диодной n⁺-р-р⁺ структурой и просветляющим покрытием, у которого конфигурация и площадь контактов на тыльной стороне совпадают в плане с конфигурацией и площадью контактов с рабочей стороны, а толщина базовой области не превышает диффузионную длину неосновных носителей заряда, вдоль рабочей стороны расположен р-n переход, а вдоль тыльной стороны изотипный переход, созданные методом диффузионного легирования (патент США №3948682, кл. 136/84, от 06.04.1976 г.). Недостатком прототипа является наличие на всей тыльной поверхности сильно легированного слоя кремния, верхние слои которого имеют очень низкую диффузионную длину неосновных носителей заряда, что снижает КПД ФП при освещении с тыльной стороны, а также высокая трудоемкость изготовления по сравнению с изготовлением ФП с односторонней рабочей поверхностью.As a prototype, a design and a method for manufacturing an FP with a two-sided working surface with a diode n ⁺ -p-p ⁺ structure and an antireflective coating are adopted, in which the configuration and contact area on the back side coincide in plan with the configuration and contact area on the working side, and the thickness the base region does not exceed the diffusion length of minority charge carriers, the pn junction is located along the working side, and the isotype transition created along the back side, created by diffusion doping (US patent No. 3948682, CL 136/84, from 04/06/1976). The disadvantage of the prototype is the presence on the entire back surface of a heavily doped silicon layer, the upper layers of which have a very low diffusion length of minority charge carriers, which reduces the efficiency of the FP when illuminated from the back side, as well as the high complexity of manufacturing compared to the manufacture of FP with a one-sided working surface.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД и снижение стоимости изготовления ФП.The task of the invention is to increase efficiency and reduce the cost of manufacturing FP.

Технический результат достигается тем, что в кремниевом фотопреобразователе с двусторонней фоточувствительностью, у которого толщина соизмерима с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, содержащий n⁺-р (р⁺-n) переход на лицевой стороне, изотипный р-р⁺ (n-n⁺) переход в базовой области на тыльной стороне, просветляющую пленку и металлическую контактную сетку на лицевой и тыльной сторонах, просветляющая пленка содержит плотность встроенного электрического заряда не менее 1·10¹¹см^-2, знак которого совпадает со знаком заряда основных носителей тока в базовой области, причем n⁺-р (р⁺-n) переход и изотипный р-р⁺ (n-n⁺) переход под контактной сеткой выполнены на большей глубине, чем в промежутках контактной сетки.The technical result is achieved by the fact that in a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity, in which the thickness is comparable with the diffusion length of minority carriers in the base region, containing an n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction on the front side, isotypic p-p ⁺ (nn ⁺ ) a transition in the base region on the back side, an antireflection film and a metal contact grid on the front and back sides, the antireflection film contains a built-in electric charge density of at least 1 · 10 ¹¹ cm ^-2 , the sign of which coincides with the sign the charge of the main current carriers in the base region, the n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction and the isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) junction under the contact grid are made at a greater depth than in the gaps of the contact grid.

Дополнительное снижение трудоемкости изготовления кремниевого фотопреобразователя достигается тем, что встроенный электрический заряд содержит пленка нитрида кремния.An additional reduction in the complexity of manufacturing a silicon photoconverter is achieved by the fact that the built-in electric charge contains a silicon nitride film.

Дополнительное повышение КПД кремниевого фотопреобразователя достигается тем, что встроенный электрический заряд содержится под пленкой нитрида кремния в пленке оксида алюминия толщиной не более 20 нм.An additional increase in the efficiency of the silicon photoconverter is achieved by the fact that the built-in electric charge is contained under the silicon nitride film in the aluminum oxide film with a thickness of not more than 20 nm.

Технический результат достигается также тем, что в кремниевом фотопреобразователе с двусторонней фоточувствительностью, у которого толщина соизмерима с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, содержащий n⁺-р (р⁺-n) переход на лицевой стороне, изотипный р-р⁺ (n-n⁺) переход в базовой области на тыльной стороне, просветляющую пленку и металлическую контактную сетку на лицевой и тыльной сторонах, просветляющая пленка содержит плотность встроенного электрического заряда не менее 1·10¹¹ см^-2, знак которого совпадает со знаком заряда основных носителей тока в базовой области, причем изотипный р-р⁺ (n-n⁺) переход под контактной сеткой выполнен из легированных слоев, а в промежутках контактной сетки из слоев с носителями тока, наведенных встроенным электрическим зарядом.The technical result is also achieved by the fact that in a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity, in which the thickness is comparable with the diffusion length of minority current carriers in the base region, which contains the n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction on the front side, isotype p-p ⁺ ( nn ⁺⁾ transition in the base region on the back side, and the antireflection film metal contact grid on the front and back sides, the antireflection film comprises a built-in electric charge density of not less than 1 × 10 ¹¹ cm ^-2, which coincides with the mark Nacom charge of majority carriers in the base region, wherein the isotype rr ^⁺ (nn ⁺⁾ passage under the contact grid is made of doped layers and a contact grid spacing of the layers with charge carriers induced built-in electric charge.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления кремниевого фотопреобразователя с двусторонней фоточувствительностью, включающем диффузионное легирование базовой области фотопреобразователя донорной и акцепторной примесями, нанесение пассивирущей просветляющей пленки и сетки металлических контактов на обе стороны, химическим травлением уменьшают толщину легированных слоев на лицевой и тыльной сторонах в промежутках металлической контактной сетки и создают просветляющую пленку на лицевой и тыльной сторонах с встроенным электрическим зарядом плотностью не менее 1·10¹¹ см^-2, знак которого совпадает со знаком заряда основных носителей тока в прилегающем слое кремния.The technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity, including diffusion doping of the base region of the photoconverter with donor and acceptor impurities, applying a passivating antireflection film and a network of metal contacts on both sides, chemical etching reduces the thickness of the doped layers on the front and back sides in the gaps of the metal contact grid and create an antireflection film on the front and back sides ah integrated with an electric charge density of not less than 1 × 10 ¹¹ cm ^-2, the sign of which coincides with the majority carrier current in the adjacent sign silicon layer.

Дополнительное повышение КПД и снижение стоимости изготовления кремниевого фотопреобразователя с двусторонней фоточувствительностью достигается тем, что встроенный электрический заряд создают путем плазмохимического осаждения пленки нитрида кремния.An additional increase in efficiency and a decrease in the cost of manufacturing a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity is achieved by the fact that the built-in electric charge is created by plasma-chemical deposition of a silicon nitride film.

Еще большее повышение КПД кремниевого фотопреобразователя с двусторонней фоточувствительностью достигается тем, что встроенный электрический заряд создают путем атомно-слоевого осаждения на поверхность кремния пленки оксида алюминия, а затем нитрида кремния.An even greater increase in the efficiency of a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity is achieved by the fact that the built-in electric charge is created by atomic-layer deposition of a film of aluminum oxide and then silicon nitride on the silicon surface.

Дополнительное снижение стоимости изготовления кремниевого фотопреобразователя с двусторонней фоточувствительностью достигается тем, что встроенный электрический заряд создают путем магнетронного нанесения на поверхность кремния пленки оксида алюминия, а затем нитрида кремния.An additional reduction in the cost of manufacturing a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity is achieved by the fact that the built-in electric charge is created by magnetron deposition of a film of aluminum oxide and then silicon nitride on the silicon surface.

В способе изготовления кремниевого фотопреобразователя с двусторонней фоточувствительностью, включающем диффузионное легирование базовой области фотопреобразователя донорной и акцепторной примесями, нанесение пассивирущей просветляющей пленки и сетки металлических контактов на обе стороны, просветляющую пленку создают на обеих сторонах с встроенным электрическим зарядом плотностью не менее 1·10¹¹см^-2, знак которого совпадает со знаком заряда основных носителей тока в прилегающем слое кремния, лазерной диффузией создают локально легированные слои n⁺-р (p⁺-n) перехода и изотипного p-р⁺ (n-n⁺) перехода и на эти легированные слои наносят металлическую контактную сетку.In a method for manufacturing a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity, including diffusion doping of the base region of the photoconverter with donor and acceptor impurities, applying a passivating antireflection film and a network of metal contacts on both sides, an antireflection film is created on both sides with an integrated electric charge with a density of at least 1 · 10 ¹¹ cm ^-2 , the sign of which coincides with the sign of the charge of the main current carriers in the adjacent silicon layer, is created locally by laser diffusion doped layers of the n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction and the isotypic p-p ⁺ (nn ⁺ ) junction and a metal contact network is deposited on these doped layers.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-6, где в сечении показаны основные элементы конструкции двусторонних ФП.The invention is illustrated in figures 1-6, where in section shows the basic structural elements of two-sided AF.

На фиг.1 ФП состоит из пластины кристаллического кремния с базовой областью 1 р-типа проводимости, легированного слоя 2 n⁺-типа, образующего n⁺-р переход 3, и легированного слоя 4 p⁺-типа, образующего изотипный р-р⁺ переход 5. На сильно легированных фосфором (порядка 10²⁰см^-3) n⁺⁺ слоях 6 нанесены в виде сетки металлические контакты 7, а к сильно легированным бором (порядка 10²⁰см^-3) р⁺⁺ слоям 8 металлические контакты 9. Толщина легированных слоев под металлическими контактами 7 и 9 на лицевой и тыльной сторонах больше глубины залегания от поверхности n⁺-р перехода 3 и изотипного р-р⁺ перехода 5 в промежутках контактов. Это превышение соответствует толщине сильно легированных слоев 6 и 8. Лицевая сторона 10 ФП содержит пассивирующую просветляющую пленку 11 с встроенными положительными зарядами 12 плотностью не менее 10¹¹ см^-2, например, из нитрида кремния. Для повышения КПД ФП поверхность кремния на лицевой и тыльной сторонах имеет микротекстуру. На тыльной стороне 13 на поверхность кремния нанесена пленка 14 из Al₂O₃ с встроенными отрицательными электрическими зарядами 15 плотностью не менее 10¹¹ см^-2. Пленка 14 из Al₂O₃ с встроенным отрицательным зарядом имеет толщину не более 20 нм, а поверх пленки 14 нанесена просветляющая пленка 16, например, нитрида кремния толщиной около 80 нм с показателем преломления не менее 2,0.In Fig. 1, the phase transition consists of a crystalline silicon wafer with a p-type base region 1, a doped layer of 2 n ⁺ -type forming an n ⁺ -p junction 3, and a doped layer of 4 p ⁺ -type forming an isotype p-p ⁺ transition 5. On the heavily doped with phosphorus (about 10 ²⁰ cm ^-3 ) n ⁺⁺ layers 6, metal contacts 7 are applied in the form of a grid, and on the heavily doped with boron (about 10 ²⁰ cm ^-3 ) p ⁺⁺ layers 8 metal contacts 9. The thickness of the alloyed layers under the metal contacts 7 and 9 on the front and back sides is greater than the depth from the surface n ⁺ p transition 3 and isotypic p ⁺ p transition 5 in the intervals of contacts. This excess corresponds to the thickness of heavily doped layers 6 and 8. The front side of the phase transition 10 contains a passivating antireflection film 11 with built-in positive charges 12 with a density of at least 10 ¹¹ cm ^-2 , for example, silicon nitride. To increase the FP efficiency, the silicon surface on the front and back sides has a microtexture. On the back side 13, a film of Al ₂ O ₃ with built-in negative electric charges 15 with a density of at least 10 ¹¹ cm ^-2 is deposited on the silicon surface. A film 14 of Al ₂ O ₃ with an integrated negative charge has a thickness of not more than 20 nm, and an antireflection film 16 is deposited on top of the film 14, for example, silicon nitride with a thickness of about 80 nm with a refractive index of at least 2.0.

На фиг.2 ФП состоит из пластины кристаллического кремния с базовой областью 1 n-типа проводимости, легированного слоя 2 р⁺-типа, образующего р⁺-n переход 3, и легированного слоя 4 n⁺-типа, образующего изотипный n-n⁺ переход 5. На сильно легированных бором (порядка 10²⁰см^-3) р⁺⁺ слоях 6 нанесены в виде сетки металлические контакты 7, а к сильно легированным фосфором (порядка 10²⁰см^-3) n⁺⁺ слоям 8 металлические контакты 9. Толщина легированных слоев под металлическими контактами 7 и 9 на лицевой и тыльной сторонах больше глубины залегания от поверхности р⁺-n перехода 3 и изотипного n-n⁺ перехода 5 в промежутках контактов. Это превышение соответствует толщине сильно легированных слоев 6 и 8. Лицевая сторона 10 ФП содержит пассивирующую пленку 14, например, из Al₂O₃ с встроенными отрицательными электрическими зарядами 15 плотностью не менее 10¹¹см^-2, поверх которой нанесена просветляющая пленка 16, например, из нитрида кремния. Для повышения КПД ФП целесообразно использовать текстурирование поверхности кремния на лицевой и тыльной сторонах. На тыльной стороне 13 на поверхность кремния нанесена пассивирующая, просветляющая пленка 11 с встроенными положительными зарядами 12 плотностью не менее 10¹¹ см^-2, например, из нитрида кремния. Просветляющая, пассивирующая пленка 11 из нитрида кремния имеет толщину около 80 нм и показатель преломления не менее 2,0.In Fig. 2, the phase transition consists of a crystalline silicon wafer with a base region 1 of n-type conductivity, a doped layer of 2 p ⁺ type forming a p ⁺ -n junction 3, and a doped layer of 4 n ⁺ type forming an isotype nn ⁺ junction 5 . On the heavily doped with boron (about 10 ²⁰ cm ^-3 ) p ⁺⁺ layers 6, metal contacts 7 are deposited in the form of a grid, and on the heavily doped phosphorus (about 10 ²⁰ cm ^-3 ) n ⁺⁺ layers 8 metal contacts are 9. The thickness of the doped layers under the metal contacts 7 and 9 on the front and back sides more than the depth from the surface p ⁺ -n junction 3 and isotype nn ⁺ junction 5 in the gaps of contacts. This excess corresponds to the thickness of heavily doped layers 6 and 8. The front side 10 of the FP contains a passivating film 14, for example, of Al ₂ O ₃ with built-in negative electric charges 15 with a density of at least 10 ¹¹ cm ^-2 , over which an antireflection film 16 is applied, for example made of silicon nitride. To increase the FP efficiency, it is advisable to use texturing of the silicon surface on the front and back sides. On the back side 13, a passivating, antireflection film 11 with built-in positive charges 12 with a density of at least 10 ¹¹ cm ^-2 , for example, silicon nitride is applied on the silicon surface. The transparent, passivating film of silicon nitride 11 has a thickness of about 80 nm and a refractive index of at least 2.0.

На фиг.3 ФП состоит из пластины кристаллического кремния с базовой областью 1 p-типа проводимости, легированного слоя 2 n⁺-типа, образующего n⁺-р переход 3 и легированных слоев 4 и 4* p⁺-типа, образующих изотипный p-p⁺ переход 5. На сильно легированных фосфором (порядка 10²⁰см^-3) n⁺⁺ слоях 6 нанесены в виде сетки металлические контакты 7, а к сильно легированным бором (порядка 10²⁰см^-3) р⁺⁺ слоям 8 металлические контакты 9. Лицевая сторона 10 ФП содержит пассивирующую просветляющую пленку 11 с встроенными положительными зарядами 12 плотностью не менее 10¹¹см^-2, например, из нитрида кремния. Для повышения КПД ФП поверхность кремния на лицевой 10 и тыльной 13 сторонах имеет микротекстуру. На тыльной стороне 13 на поверхность кремния нанесена пленка 14 из Al₂O₃ с встроенными отрицательными электрическими зарядами 15 плотностью не менее 10¹¹ см^-2, которая создает в прилегающем кремнии слои 4* p⁺-типа с носителями тока, наведенными встроенным отрицательным электрическим зарядом. Поверх пленки 14 нанесена просветляющая пленка 16, например, нитрида кремния толщиной около 80 нм с показателем преломления не менее 2,0. Толщина легированных слоев под металлическими контактами 7 на лицевой стороне больше глубины залегания от поверхности n⁺-р перехода 3 в промежутках контактов. Это превышение соответствует толщине сильно легированных слоев 6. Толщина легированных слоев под металлическими контактами 9 на тыльной стороне больше глубины залегания от поверхности изотипного р-р⁺ перехода 5 в промежутках контактов. Это превышение соответствует толщине сильно легированных слоев 8 и разницы толщины легированных слоев 4 p⁺-типа и слоев 4* p⁺-типа с носителями тока, наведенными встроенным отрицательным электрическим зарядом.In Fig. 3, the phase transition consists of a crystalline silicon wafer with a p-type base region 1, a doped layer of 2 n ⁺ -type forming an n ⁺ -p junction 3 and doped layers of 4 and 4 * p ⁺ -type forming isotype pp ⁺ transition 5. On the heavily doped with phosphorus (about 10 ²⁰ cm ^-3 ) n ⁺⁺ layers 6, metal contacts 7 are applied in the form of a grid, and on the heavily doped with boron (about 10 ²⁰ cm ^-3 ) p ⁺⁺ layers 8 metal contacts 9. Obverse AF 10 comprises a passivation film 11 with antireflection positive charges integrated density of at least 12 10 ¹¹ ^2, for example, silicon nitride. To increase the FP efficiency, the silicon surface on the front 10 and back 13 sides has a microtexture. On the back side 13, a film of Al ₂ O ₃ with a built-in negative electric charge 15 of a density of at least 10 ¹¹ cm ^-2 is deposited on the silicon surface, which creates 4 * p ⁺ -type layers in adjacent silicon with current carriers induced by the built-in negative electric charge. Over the film 14, an antireflection film 16 is applied, for example, silicon nitride with a thickness of about 80 nm with a refractive index of at least 2.0. The thickness of the alloyed layers under the metal contacts 7 on the front side is greater than the depth from the surface of the n ⁺ -p junction 3 in the contact spaces. This excess corresponds to the thickness of heavily doped layers 6. The thickness of the doped layers under the metal contacts 9 on the back side is greater than the depth from the surface of the isotypic p ⁺ p junction 5 in the contact spaces. This excess corresponds to the thickness of the heavily doped layers 8 and the difference in the thickness of the doped layers of the 4 p ⁺ type and layers of the 4 * p ⁺ type with current carriers induced by the built-in negative electric charge.

На фиг.4 ФП состоит из пластины кристаллического кремния с базовой областью 1 n-типа проводимости, легированного слоя 2 p⁺-типа, образующего p⁺-n переход 3 и легированных слоев 4 и 4* n⁺-типа, образующих изотипный n-n⁺ переход 5. На сильно легированных бором (порядка 10²⁰см^-3) р⁺⁺ слоях 6 нанесены в виде сетки металлические контакты 7, а к сильно легированным фосфором (порядка 10²⁰см^-3) n⁺⁺ слоям 8 металлические контакты 9. Лицевая сторона 10 ФП содержит пассивирующую пленку 14, например, из Al₂O₃ с встроенными отрицательными электрическими зарядами 15 плотностью не менее 10¹¹см^-2, поверх которой нанесена просветляющая пленка 16, например, из нитрида кремния. Для повышения КПД ФП целесообразно использовать текстурирование поверхности кремния на лицевой и тыльной сторонах. На тыльной стороне 13 на поверхность кремния нанесена пассивирующая, просветляющая пленка 11 с встроенными положительными зарядами 12 плотностью не менее 10¹¹ см^-2, например, из нитрида кремния, которая создает в прилегающем кремнии слои 4* n⁺ типа с носителями тока, наведенными встроенным положительным электрическим зарядом. Толщина легированных слоев под металлическими контактами 7 на лицевой стороне больше глубины залегания от поверхности р⁺-n перехода 3 в промежутках контактов. Это превышение соответствует толщине сильно легированных слоев 6. Толщина легированных слоев под металлическими контактами 9 на тыльной стороне больше глубины залегания от поверхности изотипного n-n⁺ перехода 5 в промежутках контактов. Это превышение соответствует толщине сильно легированных слоев 8 и разницы толщины легированных слоев 4 n⁺-типа и слоев 4* n⁺-типа с носителями тока, наведенными встроенным положительным электрическим зарядом.In Fig. 4, the phase transition consists of a crystalline silicon wafer with a base region 1 of n-type conductivity, a doped layer of 2 p ⁺ -type forming a p ⁺ -n junction 3, and doped layers of 4 and 4 * n ⁺ -type forming isotype nn ⁺ transition 5. On the heavily doped with boron (about 10 ²⁰ cm ^-3 ) p ⁺⁺ layers 6, metal contacts 7 are applied in the form of a grid, and on the heavily doped phosphorus (about 10 ²⁰ cm ^-3 ) n ⁺⁺ layers 8 metal contacts 9. The front side 10 FP contains a passivating film 14, for example, of Al ₂ O ₃ with built-in negative electric charges 15 tightly at least 10 ¹¹ cm ^-2 , on top of which an antireflection film 16 is applied, for example, of silicon nitride. To increase the FP efficiency, it is advisable to use texturing of the silicon surface on the front and back sides. On the back side 13, a passivating, antireflection film 11 is deposited on the silicon surface with built-in positive charges 12 with a density of at least 10 ¹¹ cm ^-2 , for example, of silicon nitride, which creates 4 * n ⁺ type layers in adjacent silicon with current carriers induced by built-in positive electric charge. The thickness of the alloyed layers under the metal contacts 7 on the front side is greater than the depth from the surface of the p ⁺ -n junction 3 in the contact spaces. This excess corresponds to the thickness of heavily doped layers 6. The thickness of the doped layers under the metal contacts 9 on the back side is greater than the depth from the surface of the isotype nn ⁺ junction 5 in the gap between the contacts. This excess corresponds to the thickness of the heavily doped layers 8 and the difference in the thickness of the doped layers 4 n ⁺ -type and layers 4 * n ⁺ -type with current carriers induced by a built-in positive electric charge.

На фиг.5 ФП состоит из пластины кристаллического кремния с базовой областью 1 р-типа проводимости, легированных слоев 2 и 2* n⁺-типа, образующих n⁺-р переход 3 и легированных слоев 4 и 4* р⁺-типа, образующих изотипный р-р⁺ переход 5. На сильно легированных фосфором (порядка 10²⁰см^-3) n⁺⁺ слоях 6 нанесены в виде сетки металлические контакты 7, а к сильно легированным бором (порядка 10²⁰ см^-3) р⁺⁺ слоям 8 металлические контакты 9. Лицевая сторона 10 ФП содержит пассивирующую просветляющую пленку 11 с встроенными положительными зарядами 12 плотностью не менее 10¹¹ см^-2, например, из нитрида кремния. Для повышения КПД ФП поверхность кремния на лицевой 10 и тыльной 13 сторонах имеет микротекстуру. На тыльной стороне 13 на поверхность кремния нанесена пленка 14 из Al₂O₃ с встроенными отрицательными электрическими зарядами 15 плотностью не менее 10¹¹см^-2, которая создает в прилегающем кремнии слои 4* р⁺-типа с носителями тока, наведенными встроенным отрицательным электрическим зарядом. Поверх пленки 14 нанесена просветляющая пленка 16, например, нитрида кремния толщиной около 80 нм с показателем преломления не менее 2,0. Толщина легированных слоев под металлическими контактами 7 на лицевой стороне больше глубины залегания от поверхности n⁺-р перехода 3 в промежутках контактов. Это превышение соответствует толщине сильно легированных n⁺⁺ слоев 6 и разницы толщины легированных n⁺ слоев 2 и 2*, созданных разными методами диффузии. Толщина легированных слоев под металлическими контактами 9 на тыльной стороне больше глубины залегания от поверхности изотипного р-р⁺ перехода 5 в промежутках контактов. Это превышение соответствует толщине сильно легированных р⁺⁺ слоев 8 и разницы толщины легированных слоев 4 р⁺-типа и слоев 4* р⁺-типа с носителями тока, наведенными встроенным отрицательным электрическим зарядом.In Fig. 5, the phase transition consists of a crystalline silicon wafer with a p-type base region 1, doped layers 2 and 2 * n ⁺ -type, forming an n ⁺ -p junction 3, and doped layers 4 and 4 * p ⁺ -type, forming isotypic pp ⁺ transition 5. On contacts heavily doped with phosphorus (of the order of 10 ²⁰ cm ^-3 ) n ⁺⁺ layers 6, metal contacts 7 are deposited in the form of a grid, and p ^{++ of} heavily doped with boron (of the order of 10 ²⁰ cm ^-3 ) 8 metal contacts 9. The front side of the FP contains a passivating antireflection film 11 with built-in positive charges 12 with a density of at least 10 ¹¹ cm ^-2 , for example, from silicon nitride. To increase the FP efficiency, the silicon surface on the front 10 and back 13 sides has a microtexture. On the back side 13, a film of Al ₂ O ₃ with a built-in negative electric charge 15 of a density of at least 10 ¹¹ cm ^-2 is deposited on the silicon surface, which creates 4 * p ⁺ -type layers in adjacent silicon with current carriers induced by the built-in negative electric charge. Over the film 14, an antireflection film 16 is applied, for example, silicon nitride with a thickness of about 80 nm with a refractive index of at least 2.0. The thickness of the alloyed layers under the metal contacts 7 on the front side is greater than the depth from the surface of the n ⁺ -p junction 3 in the contact spaces. This excess corresponds to the thickness of heavily doped n ⁺⁺ layers 6 and the difference in thickness of doped n ⁺ layers 2 and 2 * created by different diffusion methods. The thickness of the alloyed layers under the metal contacts 9 on the back side is greater than the depth from the surface of the isotypic pp ⁺ junction 5 in the contact spaces. This excess corresponds to the thickness of heavily doped p ⁺⁺ layers 8 and the difference in the thickness of the doped layers of 4 p ⁺ -type and 4 * p ⁺ -type layers with current carriers induced by a built-in negative electric charge.

На фиг.6 ФП состоит из пластины кристаллического кремния с базовой областью 1 n-типа проводимости, легированных слоев 2 и 2* p⁺-типа, образующих p⁺-n переход 3 и легированных слоев 4 и 4* n⁺-типа, образующих изотипный n-n⁺ переход 5. На сильно легированных бором (порядка 10²⁰см^-3) р⁺⁺ слоях 6 нанесены в виде сетки металлические контакты 7, а к сильно легированным фосфором (порядка 10²⁰см^-3) n⁺⁺ слоям 8 металлические контакты 9. Лицевая сторона 10 ФП содержит пассивирующую пленку 14, например, из Al₂O₃ с встроенными отрицательными электрическими зарядами 15 плотностью не менее 10¹¹ см^-2, поверх которой нанесена просветляющая пленка 16, например, из нитрида кремния. Для повышения КПД ФП целесообразно использовать текстурирование поверхности кремния на лицевой и тыльной сторонах. На тыльной стороне 13 на поверхность кремния нанесена пассивирующая, просветляющая пленка 11 с встроенными положительными зарядами 12 плотностью не менее 10¹¹ см^-2, например, из нитрида кремния, которая создает в прилегающем кремнии слои 4* n⁺ типа с носителями тока, наведенными встроенным положительным электрическим зарядом. Толщина легированных слоев под металлическими контактами 7 на лицевой стороне больше глубины залегания от поверхности p⁺-n перехода 3 в промежутках контактов. Это превышение соответствует толщине сильно легированных слоев 6 и разницы толщины легированных p⁺слоев 2 и 2*, созданных разными методами диффузии. Толщина легированных слоев под металлическими контактами 9 на тыльной стороне больше глубины залегания от поверхности изотипного n-n⁺ перехода 5 в промежутках контактов. Это превышение соответствует толщине сильно легированных слоев 8 и разницы толщины легированных слоев 4 n⁺-типа и слоев 4* n⁺-типа с носителями тока, наведенными встроенным положительным электрическим зарядом.In Fig. 6, the phase transition consists of a crystalline silicon wafer with a base region 1 of n-type conductivity, doped layers of 2 and 2 * p ⁺ type, forming a p ⁺ -n junction 3, and doped layers of 4 and 4 * n ⁺ type, forming isotype nn ⁺ transition 5. On contacts heavily doped with boron (of the order of 10 ²⁰ cm ^-3 ) p ⁺⁺ layers 6 metal contacts 7 are deposited in the form of a grid, and metallic contacts of heavily doped with phosphorus (of the order of 10 ²⁰ cm ^-3 ) n ^{++ are} 8 contacts 9. The front side 10 of the FP contains a passivating film 14, for example, of Al ₂ O ₃ with built-in negative electric charges 15 raft at least 10 ¹¹ cm ^-2 , on top of which an antireflection film 16 is applied, for example, of silicon nitride. To increase the FP efficiency, it is advisable to use texturing of the silicon surface on the front and back sides. On the back side 13, a passivating, antireflection film 11 is deposited on the silicon surface with built-in positive charges 12 with a density of at least 10 ¹¹ cm ^-2 , for example, of silicon nitride, which creates 4 * n ⁺ type layers in adjacent silicon with current carriers induced by built-in positive electric charge. The thickness of the alloyed layers under the metal contacts 7 on the front side is greater than the depth from the surface of the p ⁺ -n junction 3 in the contact spaces. This excess corresponds to the thickness of the heavily doped layers 6 and the difference in the thickness of the doped p ⁺ layers 2 and 2 * created by different diffusion methods. The thickness of the doped layers under the metal contacts 9 on the back side is greater than the depth from the surface of the isotype nn ⁺ junction 5 in the contact spaces. This excess corresponds to the thickness of the heavily doped layers 8 and the difference in the thickness of the doped layers 4 n ⁺ -type and layers 4 * n ⁺ -type with current carriers induced by a built-in positive electric charge.

ФП из кремния изготовляются следующим образом.FP made of silicon are made as follows.

Пример 1. ФП с конструкцией на фиг.1 изготовляют из пластин кремния толщиной около 200 мкм р-типа проводимости с диффузионной длиной неосновных носителей тока (ННТ) более 300 мкм. После удаления механически нарушенного слоя проводят текстурирование обеих сторон пластин. Лицевую сторону легируют диффузией фосфора, а тыльную сторону диффузией бора, получая р-n переход и изотипный переход. Трафаретной печатью наносят с двух сторон металлическую контактную сетку. Избирательным химическим травлением удаляют с обеих сторон сильно легированные (порядка 10²⁰см^-3) слои n⁺⁺- и р⁺⁺-типа в промежутке между контактами. На тыльную сторону наносят пленку Al₂O₃, а затем на лицевую и тыльную стороны методом плазмохимического осаждения наносят пленку нитрида кремния с положительным встроенным зарядом. Пленку Al₂O₃ с встроенным отрицательным зарядом плотностью от 10¹¹ до 10¹³ см^-2 предпочтительно наносить методом атомно-слоевого осаждения или магнетронного распыления.Example 1. FP with the design of figure 1 is made of silicon wafers with a thickness of about 200 μm p-type conductivity with a diffusion length of minority current carriers (NNT) more than 300 μm. After removal of the mechanically disturbed layer, both sides of the plates are textured. The front side is doped with phosphorus diffusion, and the back side is boron diffusion, receiving a pn junction and an isotype transition. Screen printing is applied on both sides of the metal contact grid. Selective chemical etching removes heavily doped (on the order of 10 ²⁰ cm ^-3 ) layers of n ⁺⁺ and p ⁺⁺ type on both sides between the contacts. A film of Al ₂ O ₃ is deposited on the back side, and then a silicon nitride film with a positive built-in charge is deposited on the front and back sides by plasma chemical deposition. An Al ₂ O ₃ film with an integrated negative charge with a density of 10 ¹¹ to 10 ¹³ cm ^{-2 is} preferably applied by atomic layer deposition or magnetron sputtering.

Пример 2. ФП с конструкцией на фиг.2 изготовляют из пластин кремния n-типа аналогично примеру 1. Отличие состоит в том, что лицевую сторону легируют диффузией бора, а тыльную сторону диффузией фосфора и пленку Al₂O₃ наносят с лицевой стороны.Example 2. FP with the design of FIG. 2 is made of n-type silicon wafers as in Example 1. The difference is that the front side is doped with boron diffusion, and the back side is phosphorus diffusion and the Al ₂ O ₃ film is applied from the front side.

Пример 3. ФП с конструкцией на фиг.3 изготовляют из пластин кремния р-типа аналогично примеру 1. Отличие состоит в том, что при избирательном химическом травлении с тыльной стороны удаляют в промежутке между контактами не только сильно легированный слой р⁺⁺, но и p⁺легированный слой.Example 3. FP with the design of FIG. 3 is made of p-type silicon wafers as in Example 1. The difference is that during selective chemical etching on the back side, not only the heavily doped p ⁺⁺ layer is removed between the contacts, but also p ⁺ alloyed layer.

Пример 4. ФП с конструкцией на фиг.4 изготовляют из пластин кремния n-типа аналогично примеру 3. Отличие состоит в том, что лицевую сторону легируют диффузией бора, а тыльную сторону диффузией фосфора и пленку Al₂O₃ наносят с лицевой стороны.Example 4. FP with the design of FIG. 4 is made of n-type silicon wafers as in Example 3. The difference is that the front side is doped with boron diffusion and the back side is phosphorus diffusion and the Al ₂ O ₃ film is applied on the front side.

Пример 5. ФП с конструкцией на фиг.5 изготовляют из пластин кремния толщиной около 200 мкм р-типа проводимости с диффузионной длиной ННТ более 300 мкм. После удаления механически нарушенного слоя проводят текстурирование обеих сторон пластин. Лицевую сторону легируют диффузией фосфора, создавая n⁺ слой. Тыльную сторону химически травят, очищают поверхность и наносят пленку Al₂O₃. На обе стороны наносят пленку нитрида кремния. Затем методом лазерной диффузии создают локально легированные бором или алюминием слои p⁺⁺ и р⁺-типа на тыльной стороне и легированные фосфором слои n⁺⁺ и n⁺-типа на лицевой стороне. При воздействии лазера в пленках нитрида кремния и окиси алюминия происходит образование окон и канавок в кремнии, которые заполняют химическим осаждением контактов из никеля и меди+олова.Example 5. FP with the design of FIG. 5 is made of silicon wafers with a thickness of about 200 μm of p-type conductivity with a diffusion length of NNT of more than 300 μm. After removal of the mechanically disturbed layer, both sides of the plates are textured. The front side is doped with phosphorus diffusion, creating an n ⁺ layer. The back side is chemically etched, the surface is cleaned and an Al ₂ O ₃ film is applied. A silicon nitride film is applied on both sides. Then, p ⁺⁺ and p ⁺ -type layers locally doped with boron or aluminum are created by laser diffusion on the back side and n ⁺⁺ and n ⁺ -type layers doped with phosphorus on the front side. Under the action of a laser, silicon and aluminum oxide films form windows and grooves in silicon, which are filled by chemical deposition of contacts from nickel and copper + tin.

Пример 6. ФП с конструкцией на фиг.6 изготовляют из пластин кремния n-типа аналогично примеру 5. Отличие состоит в том, что лицевую сторону легируют диффузией бора, а тыльную сторону диффузией фосфора и пленку Al₂O₃ наносят с лицевой стороны.Example 6. FP with the design of FIG. 6 is made of n-type silicon wafers as in Example 5. The difference is that the front side is doped with boron diffusion, and the back side is phosphorus diffusion and the Al ₂ O ₃ film is applied on the front side.

ФП действует следующим образом. Тонкие (менее 0,5 мкм) n⁺и p⁺слои на лицевой и тыльной сторонах в промежутке между контактами обладают низким поглощением света, поэтому при освещении потоком светового излучения фоточувствительных сторон 10 и 13 на фиг.1-6 электронно-дырочные пары генерируются в основном в базовой области 1. ННТ, возникшие в n⁺и р⁺ слоях, двигаются к n⁺-p (p⁺-n) переходу под действием электрического поля, образованного градиентом концентрации основных носителей. Наведенные встроенным зарядом n⁺или p⁺слои на тыльной стороне не имеют структурных дефектов, свойственных легированным слоям, и поэтому способствуют увеличению собирания ННТ из базовой области при освещении тыльной стороны. ННТ, возникшие в базовой области 1, двигаются за счет диффузии, однако при приближении к изотипному р-р⁺ (n-n⁺) переходу 5, отталкиваются электрическим полем изотипного перехода и дрейфуют к n⁺-p (p⁺-n) переходу. При условии малой толщины базовой области (меньше диффузионной длины ННТ) происходит практически полное собирание ННТ, что приводит к увеличению фототока и КПД и равной эффективности, как при освещении лицевой, так и тыльной сторон. По сравнению с прототипом предлагаемые двусторонние ФП имеют низкую себестоимость изготовления и обладают на 20% большей эффективностью при освещении с тыльной стороны.AF acts as follows. Thin (less than 0.5 μm) n ⁺ and p ⁺ layers on the front and back sides in the interval between the contacts have low light absorption, therefore, when electron-hole sides of the photosensitive sides 10 and 13 are illuminated by a stream of light, electron-hole pairs are generated mainly in the base region 1. NNTs arising in the n ⁺ and p ⁺ layers move to the n ⁺ -p (p ⁺ -n) transition under the influence of an electric field formed by the concentration gradient of the main carriers. The layers induced by the built-in charge n ⁺ or p ⁺ on the back side do not have structural defects characteristic of the doped layers, and therefore contribute to an increase in the collection of NNT from the base region when illuminating the back side. NNTs that arose in base region 1 move due to diffusion; however, when approaching the isotypic p ⁺ p (nn ⁺ ) junction 5, they are repelled by the isotype junction electric field and drift to the n ⁺ p (p ⁺ n) junction. Under the condition of a small thickness of the base region (less than the diffusion length of the NNT), almost complete collection of the NNT occurs, which leads to an increase in the photocurrent and efficiency and equal efficiency, both when illuminating the front and back sides. Compared with the prototype, the proposed bilateral FP have a low manufacturing cost and have a 20% greater efficiency in lighting from the back.

Claims

1. Silicon photoconverter with two-sided photosensitivity, in which the thickness is commensurate with the diffusion length of minority carriers in the base region, containing an n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction on the front side, an isotype p-p ⁺ (nn ⁺ ) junction in the base area on the back side, and the antireflection film metal contact grid on the front and rear sides, wherein the antireflection film comprises a built-in electric charge density of not less than 1 × 10 ¹¹ cm ^-2, the sign of which coincides with the main charge nôshi firs current in the adjacent layer of silicon, the n ⁺ -p (p ⁺ -n) transition and isotype rr ^⁺ (nn ⁺⁾ passage under the contact grid formed at a greater depth than the contact grid intervals.

2. Silicon photoconverter with two-sided photosensitivity according to claim 1, characterized in that the built-in electric charge contains a silicon nitride film.

3. The silicon photoconverter with two-sided photosensitivity according to claim 1, characterized in that the built-in electric charge is contained under the silicon nitride film in the aluminum oxide film with a thickness of not more than 20 nm.

4. Silicon photoconverter with two-sided photosensitivity, in which the thickness is comparable with the diffusion length of minority current carriers in the base region, containing an n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction on the front side, an isotype p-p ⁺ (nn ⁺ ) junction in the base area on the back side, and the antireflection film metal contact grid on the front and rear sides, wherein the antireflection film comprises a built-in electric charge density of not less than 1 × 10 ¹¹ cm ^-2, the sign of which coincides with the main charge nôshi firs current in the adjacent silicon layer, the p-isotypic p ^⁺ (nn ⁺⁾ passage under the contact grid is made of doped layers and a contact grid spacing of the layers with charge carriers induced built-in electric charge.

5. Silicon photoconverter with two-sided photosensitivity according to claim 4, characterized in that the built-in electric charge contains a silicon nitride film.

6. Silicon photoconverter with two-sided photosensitivity according to claim 4, characterized in that the built-in electric charge is contained under the silicon nitride film in the aluminum oxide film of a thickness of not more than 20 nm.

7. A method of manufacturing a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity, including diffusion doping of silicon with donor and acceptor impurities, applying a passivating antireflection film and a network of metal contacts on the front and back sides, characterized in that the thickness of the doped layers on the front and back sides in the gaps is reduced by chemical etching metal contact grid and create an antireflection film on the front and back sides with built-in electric charge raft awn not less than 1 × 10 ¹¹ cm ^-2, the sign of which coincides with the sign of the charge of majority carriers in the adjacent silicon layer.

8. A method of manufacturing a silicon photoconverter with bilateral photosensitivity according to claim 7, characterized in that the built-in electric charge is created by plasma-chemical deposition of a film of silicon nitride.

9. A method of manufacturing a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity according to claim 7, characterized in that the built-in electric charge is created by atomic layer deposition on the silicon surface of a film of aluminum oxide, and then silicon nitride.

10. A method of manufacturing a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity according to claim 7, characterized in that the built-in electric charge is created by magnetron deposition of a film of aluminum oxide and then silicon nitride on the silicon surface.

11. A method of manufacturing a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity, including diffusion doping of silicon with donor and acceptor impurities, applying a passivating antireflection film and a network of metal contacts on the front and back sides, characterized in that the antireflection film on both sides is created with an integrated electric charge with a density of not less than 1 · 10 ¹¹ cm ^-2 , the sign of which coincides with the sign of the charge of the main current carriers in the adjacent silicon layer, a laser diffusion is created The fully doped layers of the n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction and the isotypic p-p ⁺ (nn ⁺ ) junction and a metal contact network are deposited on these doped layers.

12. A method of manufacturing a silicon photoconverter with bilateral photosensitivity according to claim 11, characterized in that the built-in electric charge is created by plasma-chemical deposition of a film of silicon nitride.

13. A method of manufacturing a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity according to claim 11, characterized in that the built-in electric charge is created by atomic layer deposition on the silicon surface of a film of aluminum oxide, and then silicon nitride.

14. A method of manufacturing a silicon photoconverter with two-sided photosensitivity according to claim 11, characterized in that the built-in electric charge is created by magnetron deposition of a film of aluminum oxide and then silicon nitride on the silicon surface.