RU2741743C1 - Способ изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов - Google Patents
Способ изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2741743C1 RU2741743C1 RU2020110272A RU2020110272A RU2741743C1 RU 2741743 C1 RU2741743 C1 RU 2741743C1 RU 2020110272 A RU2020110272 A RU 2020110272A RU 2020110272 A RU2020110272 A RU 2020110272A RU 2741743 C1 RU2741743 C1 RU 2741743C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photoconverter
- antireflection coating
- etching
- chemical
- tio
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 14
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 5
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 13
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000001017 electron-beam sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- 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
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
-
- 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
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
-
- 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
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- 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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к солнечной энергетике, а именно к способам изготовления фотопреобразователей космического назначения на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge. Cпособ изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов включает формирование на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры лицевого и тыльного контактов на основе серебра; формирование мезаизоляции; отжиг контактов; выпрямление металлизированной подложки охлаждением в парах азота; дисковую резку эпитаксиальной структуры; вскрытие оптического окна травлением; напыление просветляющего покрытия, содержащего слои TiO2 и Al2O3, электронно-лучевым методом без применения плазмы; химико-динамическое травление просветляющего покрытия в растворе гидроокиси тетраметиламмония, перекиси водорода и воды; выпрямление фотопреобразователя охлаждением в парах азота; химико-динамическое травление областей реза германиевой подложки с одновременным вскрытием оптического окна; напыление просветляющего покрытия из последовательных слоев TiO2, ZrO2, Al2O3, причем толщину слоя ZrO2выбирают в диапазоне 7÷20 нм, кроме того, дисковую резку выполняют с отделением сегментов эпитаксиальной структуры от вертикальных и горизонтальных сторон чипов, а после химико-динамического травления просветляющего покрытия отделяют сегменты эпитаксиальной структуры от фасок чипов. Технический результат изобретения: возможность изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов с повышенными электрическими параметрами и повышение выхода годных фотопреобразователей. 10 ил.
Description
Изобретение относится к солнечной энергетике, а именно, к способам изготовления фотопреобразователей космического назначения на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge.
Известен способ изготовления каскадного фотоэлектрического преобразователя с наноструктурным просветляющим покрытием (патент РФ №2436191, опубл. 10.12.2011 г.), включающий создание на трехкаскадной эпитаксиальной структуре GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенной на германиевой подложке, лицевого и тыльного контактов; отжиг контактов; утолщение контактов электрохимическим осаждением; вскрытие оптического окна травлением контактного слоя GaAs в местах, свободных от омического контакта; нанесение трехслойного просветляющего покрытия SiO2/Si3N4/TiOx методом магнетронного распыления; разделение эпитаксиальной структуры на чипы.
Недостаток способа-аналога заключается в том, что слой Si3N4 невозможно нанести широко используемым методом электронно-лучевого напыления.
Признаки, общие с предлагаемым способом изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов, следующие: создание лицевого и тыльного контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение трехслойного просветляющего покрытия, разделение эпитаксиальной структуры на чипы.
Известен способ изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом (патент РФ №2515420, опубл. 10.08.2014 г.), принятый за аналог, в котором создают на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры GaInP/Ga(In)As/Ge лицевой и тыльный контакты; выполняют меза-изоляцию; отжигают контакты; вскрывают оптическое окно травлением; наносят просветляющее покрытие, содержащее слои TiO2 и Al2O3, методом электронно-лучевого напыления; выполняют дисковую резку эпитаксиальной структуры; выпрямляют фотопреобразователь посредством охлаждения в парах азота.
Недостатки способа-аналога заключаются в том, что при электроннолучевом напылении просветляющего покрытия TiO2/Al2O3 с использованием плазменного ассистирования снижаются предельно возможные параметры фотопреобразователя из-за шунтирующего воздействия зарядов плазмы на р/n переходы, выходящие на торцевую поверхность мезы. При напылении слоев TiO2/Al2O3 без плазмы потери рабочего тока фотоэлемента связаны с повышенным оптическим отражением после наклейки радиационно-защитной стеклянной пластины.
Признаки, общие с предлагаемым способом изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов, следующие: создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры GaInP/Ga(In)As/Ge лицевого и тыльного контактов; вскрытие оптического окна травлением; нанесение просветляющего покрытия, содержащего слои TiO2 и Al2O3 методом электронно-лучевого напыления; выполнение дисковой резки эпитаксиальной структуры; выпрямление фотопреобразователя посредством охлаждения в парах азота.
Известен способ изготовления фотопреобразователя с наноструктурным просветляющим покрытием (патент РФ №2650785, опубл. 17.04.2018 г.), принятый за прототип, в котором создают на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры, лицевой и тыльный контакты на основе серебра; выполняют меза-изоляцию; отжигают контакты; выпрямляют металлизированную подложку охлаждением в парах азота. Выполняют дисковую резку эпитаксиальной структуры на чипы, включающую дисковый надрез лицевой стороны германиевой подложки по меза-канавке и последующее отделение сегментов эпитаксиальной структуры посредством многократного перегиба тыльного слоя металлизации. Далее вскрывают оптическое окно травлением, наносят просветляющее покрытие последовательным напылением слоев TiO2 (I) толщиной 5÷30 нм без применения плазмы, TiO2 (II) толщиной 15÷40 нм с применением плазмы, Al2O3 толщиной 70÷80 нм без применения плазмы. Затем выполняют химико-динамическое травление просветляющего покрытия в растворе гидроокиси тетраметиламмония, перекиси водорода и воды при количественном соотношении компонентов 1÷1,5 масс. %, 10÷20 масс. %, 89÷78,5 масс. % соответственно. При этом наряду с наноструктурированием поверхности просветляющего покрытия стравливаются дефекты реза германиевой подложки, что увеличивает механическую прочность фотопреобразователя. Выпрямляют фотопреобразователь охлаждением в парах азота.
Недостатки способа-прототипа заключаются в снижении выхода годных фотопреобразователей при дисковой резке эпитаксиальных структур в связи с тем, что при выполнении глубокого надреза диском лицевой стороны германиевой подложки вносятся микросколы на торцевую поверхность мезы. Для отделения чипов необходим неоднократный перегиб (5÷6 раз) тыльного слоя металлизации, при этом возможно развитие дефектов с последующим трещинообразованием по механически наименее прочным кристаллографическим направлениям от края фасок, см. фиг. 1. Кроме того, для космического применения необходима наклейка на лицевую сторону фотопреобразователя радиационно-защитной пластины из стекла марки К-208, при этом результирующее спектральное отражение фотоэлемента не оптимально, что приводит к потерям рабочего тока в коротковолновой области.
Признаки, общие с предлагаемым способом изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов, следующие: создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры лицевого и тыльного контактов на основе серебра; выполнение меза-изоляции; отжиг контактов; выпрямление металлизированной подложки охлаждением в парах азота; выполнение дисковой резки эпитаксиальной структуры; вскрытие оптического окна травлением; напыление просветляющего покрытия электронно-лучевым методом без применения плазмы; химико-динамическое травление просветляющего покрытия в растворе гидроокиси тетраметиламмония, перекиси водорода и воды; выпрямление фотопреобразователя охлаждением в парах азота.
Технический результат, достигаемый предложенным способом изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов, заключается в повышении электрических параметров и выхода годных фотопреобразователей.
Отличительные признаки предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов, обеспечивающие его соответствие критерию «новизна»: выполняют химико-динамическое травление областей реза германиевой подложки с одновременным вскрытием оптического окна; напыляют просветляющее покрытие из последовательных слоев TiO2, ZrO2, Al2O3, причем толщину слоя ZrO2 выбирают в диапазоне 7÷20 нм, кроме того, дисковую резку выполняют с отделением сегментов эпитаксиальной структуры от вертикальных и горизонтальных сторон чипов, а после химико-динамического травления просветляющего покрытия отделяют сегменты эпитаксиальной структуры от фасок чипов.
Для обоснования соответствия предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов критерию «изобретательский уровень» был проведен анализ известных технических решений по литературным источникам, в результате которого не обнаружено технических решений, содержащих совокупность известных и отличительных признаков предлагаемого способа, дающих вышеуказанный технический результат.Поэтому, по мнению авторов, предлагаемый способ изготовления фотоэлемента соответствует критерию «изобретательский уровень».
Достигается это тем, что в способе изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов создают на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры лицевой и тыльный контакты на основе серебра; выполняют меза-изоляцию; отжиг контактов; выпрямляют металлизированную подложку охлаждением в парах азота; выполняют дисковую резку эпитаксиальной структуры; вскрывают оптическое окно травлением; напыляют просветляющее покрытие электронно-лучевым методом без применения плазмы; выполняют химико-динамическое травление просветляющего покрытия в растворе гидроокиси тетраметиламмония, перекиси водорода и воды; выпрямляют фотопреобразователь охлаждением в парах азота; выполняют химико-динамическое травление областей реза германиевой подложки с одновременным вскрытием оптического окна; напыляют просветляющее покрытие из последовательных слоев TiO2, ZrO2, Al2O3, причем толщину слоя ZrO2 выбирают в диапазоне 7÷20 нм, кроме того, дисковую резку выполняют с отделением сегментов эпитаксиальной структуры от вертикальных и горизонтальных сторон чипов, а после химико-динамического травления просветляющего покрытия отделяют сегменты эпитаксиальной структуры от фасок чипов.
В процессе химико-динамического травления областей реза германиевой подложки чипов фотопреобразователей, с сохраненными на фасках чипов сегментами эпитаксиальной структуры, при одновременном вскрытии оптического окна и травлении просветляющего покрытия, вытравливаются микродефекты, вносимые дисковым резом на торцевую поверхность мезы. В результате, при последующем отделении сегментов эпитаксиальной структуры от фасок чипов посредством перегиба слоя тыльной металлизации снижается вероятность трещинообразования в механически наименее прочных кристаллографических направлениях (перпендикулярно фаскам), увеличивается выход годных фотопреобразователей. Трехслойное просветляющее покрытие TiO2 / ZrO2 / Al2O3, напыляемое электронно-лучевым методом, без плазменного ассистирования, обеспечивает повышение электрических параметров фотопреобразователя после наклейки радиационно-защитной стеклянной пластины за счет увеличения спектральной плотности рабочего тока в коротковолновой области.
Конкретный пример реализации предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов иллюстрирован рисунками фиг. 1÷10 и таблицей 1а, б. На фиг. 1 представлен вид чипа фотопреобразователя с трещиной. На фиг. 2 представлен вид микросколов дискового реза на торцевой поверхности германиевой подложки. На фиг. 3 представлен вид чипов с сегментами эпитаксиальной структуры на фасках. На фиг. 4 представлен вид ванночки с чипами в процессе химико-динамического травления областей реза германиевой подложки и вскрытия оптического окна. На фиг. 5 представлен вид спектрального отражения фотопреобразователей с просветляющими покрытиями: а)- TiO2 / ZrO2 / Al2O3 (40 нм/10 нм/80 нм)-согласно предлагаемому способу; б)- TiO2 / Al2O3 (40 нм/ 80 нм)- в случае отсутствия слоя ZrO2; в)- TiO2 (I) / TiO2 (II) / Al2O3 (25 нм/20 нм/80 нм)- согласно прототипу. На фиг. 6 представлен вид фотопреобразователя после отделения сегментов эпитаксиальных структур от фасок чипов. На фиг. 7 представлен вид торцевой области чипа после химико-динамической обработки. На фиг. 8 представлен вид фотопреобразователя с радиационно-защитной стеклянной пластиной. На фиг. 9 представлен вид спектрального отражения фотопреобразователя с радиационно-защитной стеклянной пластиной и просветляющими покрытиями: а)- TiO2 / ZrO2 / Al2O3 (40 нм/10 нм/80 нм)- согласно предлагаемому способу; б)- TiO2 / Al2O3 (40 нм/80 нм)- в случае отсутствия слоя ZrO2; в)- TiO2 (I) / TiO2 (II) / Al2O3 (25 нм/20 нм/80 нм)- согласно прототипу. На фиг. 10 представлен вид спектрального отражения фотопреобразователя с радиационно-защитной стеклянной пластиной и просветляющими покрытиями: а)- TiO2 /ZrO2 / Al2O3 (40 нм/20 нм/75 нм); б)-TiO2 (I) / TiO2 (II) / Al2O3 (25 нм/20 нм/80 нм)- согласно прототипу. В таблице 1а,б представлены электрические параметры фотопреобразователей до и после наклейки радиационно-защитной стеклянной пластины, изготовленных с просветляющими покрытиями, согласно: а)- предложенному способу; б)-прототипу.
Для конкретного примера реализации способа изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов используют трехкаскадные эпитаксиальные структуры GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенные на германиевой подложке диаметром 100 мм, толщиной ~145 мкм на которых создают лицевой и тыльный контакты на основе серебра толщиной ~5,5 мкм. Выполняют меза-изоляцию, отжигают контакты, выпрямляют металлизированную подложку охлаждением в парах азота.
Выполняют дисковую резку эпитаксиальных структур на чипы прямоугольной конфигурации 40х 80 мм с фасками, используя установку DFD 6240. При этом надрезают германиевую подложку по меза-канавке до полупроводникового слоя толщиной 10÷15 мкм, прилегающего к тыльному контакту, с возникновением микросколов и выбоин по краю реза, см. фиг. 2.
Отделяют сегменты эпитаксиальной структуры от вертикальных и горизонтальных сторон чипов посредством надлома полупроводникового слоя подложки и последующего многократного перегиба (5÷6 раз) тыльного слоя металлизации. На фасках чипов, расположенных по линиям реза под углом 45° (к вертикальным и горизонтальным сторонам чипов) сегменты эпитаксиальной структуры сохраняют, см. фиг. 3 во избежание трещинообразования по механически наименее прочным направлениям (110), так как в процессе перегибов возможно развитие внесенных дефектов от края фасок. Далее выполняют химико-динамическое травление областей реза германиевой подложки с одновременным вскрытием оптического окна чипов с сегментами эпитаксиальной структуры на фасках. Используют раствор гидроокиси тетраметиламмония, перекиси водорода и воды при количественном соотношении компонентов: 0,5 масс. %;0,7 масс. %;88,8 масс. % соответственно. В процессе химико-динамической обработки чипы располагают в ванночке в несколько слоев, см. фиг..4, при этом температура раствора в ходе экзотермической реакции возрастает от 23°С до 30°С. Интенсивное перемешивание за счет кругового колебательного движения при повышенной температуре необходимо для более интенсивного травления углубленных областей реза германиевой подложки. Применяемый раствор не оказывает воздействия на серебряную составляющую контактов и полупроводниковый слой AlInP оптического окна фотопреобразователя.
Далее чипы с сегментами эпитаксиальной структуры на фасках укладывают в металлический держатель-маску, предназначенный для маскирования лицевых контактов и областей дискового реза на фасках, а также для создания электрической цепи короткого замыкания лицевых и тыльного контактов в процессе электронно-лучевого напыления просветляющего покрытия (в связи со значительной светимостью тигля с расплавом). В тоже время, в процессе длительного производственного применения возможно возрастание электрического сопротивления в цепи замыкания держателя-маски, что в случае плазменного ассистирования приводит к разрядному току через плазму, негативно влияющему на электрические параметры фотопреобразователя.
Напыляют электронно-лучевым методом просветляющее покрытие, состоящее из последовательных слоев TiO2 / ZrO2 / Al2O3 с толщинами 40 нм/10 нм/80 нм соответственно, без плазменного ассистирования, что позволяет избежать микрошунтирования р/n переходов, выходящих на торцевую поверхность меза-структуры. При этом спектральное отражение фотопреобразователя в области 400÷700 нм существенно ниже в сравнении с просветляющим покрытием TiO2 / Al2O3 (40 нм/80 нм), напыляемым без слоя ZrO2, но выше по отношению к прототипу с просветляющим покрытием TiO2(I)/ TiO2(II) /Al2O3 (25 нм/20 нм/80 нм), в котором слой TiO2(II), формируется с плазменным ассистированием, см. фиг. 5.
Выполняют химико-динамическое травление просветляющего покрытичипов с сегментами эпитаксиальной структуры на фасках. Используют раствор гидроокиси тетраметиламмония, перекиси водорода и воды при соотношении компонентов 1 масс. %; 12,6 масс. %; 86,4 масс. %, в течение ~3 мин. При этом наряду с наноструктурирующим воздействием на поверхность просветляющего покрытия, снижающем спектральное отражение фотопреобразователя в коротковолновой области, осуществляется дополнительное травление германиевой подложки в областях дискового реза на фасках чипов. В результате удаляется слой германиевой подложки толщиной 5÷7 мкм с вытравливанием микродефектов в областях дискового реза.
Затем отделяют сегменты эпитаксиальной структуры от фасок чипов посредством многократного перегиба (5÷6 раз) тыльного слоя металлизации, см. фиг. 6. При этом, за счет вытравливания дефектов дискового реза германиевой подложки, см. фиг. 7, снижается вероятность трещинообразования от края фасок по наиболее слабым в прочностном отношении кристаллографическим направлениям, что особенно важно для утоняемых подложек. Для осуществления перегибов целесообразно применять автоматизированное устройство.
Далее выполняют сварку лицевого и тыльного контактов фотопреобразователя с внешними выводами. Наклеивают на лицевую поверхность фотопреобразователя радиационно-защитную стеклянную пластину из стекла марки К-208, см. фиг. 8.
Изготовленные фотопреобразователи (фотоэлементы) с просветляющим покрытием TiO2/ ZrO2 / Al2O3 и радиационно-защитной стеклянной пластиной, в сравнении с прототипом, характеризуются более низким результирующим спектральным отражением, см. фиг. 9; меньшей величиной относительного изменения рабочего тока ΔIp до и после наклейки защитного стекла ~2% и ~3,5% соответственно; повышенной величиной рабочего тока Ip,фэ ~506 mА и ~503,5 mА соответственно, см. таблицу 1а, б.
Напыление слоя ZrO2 толщиной более 20 нм нецелесообразно из-за увеличения спектрального отражения просветляющего покрытия с радиационно-защитной стеклянной пластиной в коротковолновой области 350÷400 нм, см. фиг. 10. При толщинах слоя ZrO2 менее 7 нм возрастает оптическое отражение в длинноволновой части спектра 600÷800 нм, см. фиг. 9.
Просветляющее покрытие TiO2 / ZrO2 / Al2O3, напыляемое электроннолучевым методом без использования плазменного ассистирования, позволяет полностью устранить эффект микрошунтирования р/n переходов на торцевой поверхности фотопреобразователей и снизить результирующее спектральное отражение после наклейки радиационно-защитной стеклянной пластины. В результате достигается увеличение электрических параметров фотопреобразователей для космических аппаратов. Отделение сегментов эпитаксиальной структуры от фасок чипов, выполняемое после вытравливания дефектов дискового реза германиевой подложки, снижает вероятность трещинообразования на механически наименее прочных кристаллографических направлениях и способствует увеличению выхода годных фотопреобразователей.
Claims (1)
- Способ изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов, включающий создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры лицевого и тыльного контактов на основе серебра, выполнение мезаизоляции, отжиг контактов, выпрямление металлизированной подложки охлаждением в парах азота, выполнение дисковой резки эпитаксиальной структуры, вскрытие оптического окна травлением, напыление просветляющего покрытия электронно-лучевым методом без применения плазмы, химико-динамическое травление просветляющего покрытия в растворе гидроокиси тетраметиламмония, перекиси водорода и воды, выпрямление фотопреобразователя в парах азота, отличающийся тем, что химико-динамическое травление областей реза германиевой подложки выполняют с одновременным вскрытием оптического окна, напыляют просветляющее покрытие из последовательных слоев ТiO2, ZrO2, Al2O3, причем толщину слоя ZrO2 выбирают в диапазоне 7÷20 нм, кроме того, дисковую резку выполняют с отделением сегментов эпитаксиальной структуры от вертикальных и горизонтальных сторон чипов, а после химико-динамического травления просветляющего покрытия отделяют сегменты эпитаксиальной структуры от фасок чипов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020110272A RU2741743C1 (ru) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Способ изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020110272A RU2741743C1 (ru) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Способ изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2741743C1 true RU2741743C1 (ru) | 2021-01-28 |
Family
ID=74554496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020110272A RU2741743C1 (ru) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Способ изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2741743C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2790944C1 (ru) * | 2021-09-15 | 2023-02-28 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн") | Устройство для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7960645B2 (en) * | 2003-05-07 | 2011-06-14 | Imec | Germanium solar cell and method for the production thereof |
| RU2436191C1 (ru) * | 2010-06-28 | 2011-12-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Каскадный фотоэлектрический преобразователь с наноструктурным просветляющим покрытием |
| RU2650785C1 (ru) * | 2017-01-30 | 2018-04-17 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Способ изготовления фотопреобразователя с наноструктурным просветляющим покрытием |
| RU2703840C1 (ru) * | 2019-01-10 | 2019-10-22 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке и устройство для его осуществления |
-
2020
- 2020-03-10 RU RU2020110272A patent/RU2741743C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7960645B2 (en) * | 2003-05-07 | 2011-06-14 | Imec | Germanium solar cell and method for the production thereof |
| RU2436191C1 (ru) * | 2010-06-28 | 2011-12-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Каскадный фотоэлектрический преобразователь с наноструктурным просветляющим покрытием |
| RU2650785C1 (ru) * | 2017-01-30 | 2018-04-17 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Способ изготовления фотопреобразователя с наноструктурным просветляющим покрытием |
| RU2703840C1 (ru) * | 2019-01-10 | 2019-10-22 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке и устройство для его осуществления |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2790944C1 (ru) * | 2021-09-15 | 2023-02-28 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн") | Устройство для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10700222B2 (en) | Metallization of solar cells | |
| RU2650785C1 (ru) | Способ изготовления фотопреобразователя с наноструктурным просветляющим покрытием | |
| US8980726B2 (en) | Substrate dicing by laser ablation and plasma etch damage removal for ultra-thin wafers | |
| JP4340246B2 (ja) | 薄膜太陽電池およびその製造方法 | |
| CN102037563B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN106531620B (zh) | 半导体装置的制造方法 | |
| US8076215B2 (en) | Method of forming an electronic device using a separation technique | |
| EP2413372B1 (en) | Method for fabricating concentrated solar cell chip without edge current leakage | |
| US8841170B2 (en) | Methods for scribing of semiconductor devices with improved sidewall passivation | |
| KR20160029097A (ko) | 높은 다이 파괴 강도 및 평활한 측벽을 위한 레이저 스크라이빙 및 플라즈마 에칭 | |
| WO2016003709A1 (en) | Wafer dicing using hybrid laser and plasma etch approach with mask application by vacuum lamination | |
| RU2672760C1 (ru) | Способ изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом на германиевой подложке | |
| JPWO2007060837A1 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| RU2741743C1 (ru) | Способ изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов | |
| RU2685015C2 (ru) | Способ изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом на утоняемой подложке | |
| RU2645438C1 (ru) | Способ изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом | |
| RU2292610C1 (ru) | Способ изготовления фотопреобразователя | |
| US10629486B2 (en) | Method for producing a plurality of semiconductor chips and semiconductor chip | |
| CN110021681B (zh) | 太阳能电池表面的化学抛光及所得的结构 | |
| RU2354008C1 (ru) | Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя | |
| JP4127994B2 (ja) | 光起電力装置の製造方法 | |
| TW201618318A (zh) | 垂直柱結構的光伏設備及其製造方法 | |
| RU2730050C1 (ru) | Способ изготовления фотопреобразователя | |
| RU2703820C1 (ru) | Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке с выводом тыльного контакта на лицевой стороне полупроводниковой структуры | |
| RU2781508C1 (ru) | Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя на утоняемой германиевой подложке |