TW201330294A - 奈米結構區域的電性接點 - Google Patents

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Abstract

本發明一種製程提供做為一奈米結構表面的接點。在該製程中，提供一基材具有一奈米結構材料在一表面上，該基材是導電的與該奈米結構披覆一絕緣材料。一部份的奈米結構材料至少部份被移除。在該基材上沉積一種導體與該基材電性接點的方式是通過該奈米結構材料至少已部份被移除的區域。

Description

奈米結構區域的電性接點 相關申請案的交互參考
本申請案申請專利範圍優先權在美國臨時專利申請號碼61/536,243，2011年9月19日申請，其全部內容在本文中合併做為參考。奈米線陣列在各種不同應用中正見到增加使用的趨勢。例如，見美國專利申請號碼20090256134。一矽奈米線陣列的例子可以由一群矽奈米線所組成，約100nm直徑、幾微米高度，及近似圓柱或截頭圓錐形。奈米線的軸近似彼此平行。個別奈米線的一端接在一矽基材上及很粗略地垂直該基材。
一矽奈米線陣列在一矽基材頂端，可以改變塊體矽基材的光電性質。例如，一矽奈米線陣列降低該矽基材的反射，降低入射斜角的反射，及增加矽的吸收之方式相似於使用在太陽電池中傳統角錐或光補捉機制。
某些矽奈米線改變的光電性質與塊體矽相比對太陽電池是有利的。然而，為了形成一太陽電池，一p-n接面的兩邊需要連接到外部的世界。不幸地，奈米線接點總是不容易。
用在奈米線太陽電池的一種裝置設計放置垂直排列的奈米線在一塊體(無奈米結構的)基材上。在 該設計中，背端接點可以容易從基材的背面製作。然而，前端接點則更困難製作。
愈小的接點面積增加接觸電阻。假如接點是製作在奈米線陣列的頂端，僅線的尖端與金屬接觸，及因此該接觸電阻可能是不可避免的高。太高的接觸電阻不利地影響裝置的效率。
對於目前製造的太陽電池型式，不使用奈米線陣列，一般利用網版印刷製作接點。網版印刷是穩健的，具有高產率，及低成本。一太陽電池的前後端接點典型地以分開的步驟形成。對典型的電池設計，銀使用在前端，及鋁用在背端。對於前端，以具有一可調整與精密控制的力傳送通過金屬或高分子刮刀將油墨擠壓通過一不銹鋼或聚酯細金屬網目網版。該網版定義一梳狀(指紋線陣列與匯流條)圖紋，其是設計用來提供足夠的導電度而將金屬線光學遮影減至最低。該油墨接著在溫度100-200℃乾燥以驅除有機溶劑及在800℃左右燒附以將金屬擴散進入而建立一低接觸電阻接點。對於背端，一鋁基油墨網印在背表面上，建立電接觸及用做一背表面場。該鋁成為油墨擠壓通過一細網目網版，接著在一高溫燒附以驅除有機溶劑與將鋁擴散進入以建立一低接觸電阻接點。雖然一連續接點將導致較低電阻，商用晶圓利用一背端接點一內埋的網目結構以減少油墨使用及在後續的高溫製程步驟使晶圓翹 曲降至最低。雖然雷射切割金屬模版可以用在較細線寬，定義在網版中的圖紋是利用黃光微影技術。可用自動網印機其能夠在生產線、連續操作具有高產率。這些機器從包裝、卡匣或一輸送帶接收晶圓，足夠精確的將它們放置在網版下以及傳送該印刷好的晶圓到輸送線。詳細的網版印刷方法描述在參考資料(1)。
電鍍已發展成一取代網版印刷太陽電池金屬化的製程。該製程典型地以兩步驟進行。第一步驟，經由許多種方法將一窄凹槽加工進入一矽的重摻雜區域，包括雷射加工如美國專利號碼4,726,850所描述或其他機械方法。沉積一金屬晶種層如鎳或銅，其立即接觸矽及被選擇成具有好的機械與電性接點到矽表面。在後續步驟，該線利用電鍍加厚以增加該線導電度。第二層可以包含一不同的金屬如銀以及可以選擇每一步驟的製程參數以使裝置的整體功能達最佳化。沒有金屬接點的該等區域可以覆蓋一低摻雜與鈍化的射極。雷射定義的凹槽做為該等金屬晶種層之線寬可以是25-50微米，相對於網版印刷方法，降低光學遮影損失。或者，以黃光微影技術遮罩氮化矽層與蝕刻穿透。移除光阻與該SiN做為電化學沉積下層矽的遮罩。接著金屬電化學沉積在氮化矽被蝕刻掉的區域。不幸地，這兩種電鍍方法需要黃光微影技術或昂貴的圖紋形成技術。
有需要發展改進技術用來製作電性接點到一表 面的奈米結構部份。
在一具體實施例中，提供一基材具有一奈米結構材料在一表面上。該奈米結構材料從一部份表面移除，及一電性接點沉積在該奈米結構材料被移除部份的表面。
在一些具體實施例中，提供一製程用來接點一奈米結構材料表面。在該製程，提供一基材具有一奈米結構材料在一表面上，該基材是導電的及該奈米結構材料披覆一電性絕緣材料。至少部份移除一部份奈米結構材料。一導體沉積在該基材上的方式是通過奈米結構材料已被至少部份移除的地方與基材電性接點。
在某些具體實施例中，製程中該基材與奈米結構材料包含矽。在某些具體實施例中，使用在該等揭露製程中的奈米結構材料包含多孔矽。在某些具體實施例中，使用在該等揭露製程中的奈米結構材料包含奈米線，其可以包含一奈米線陣列。在某些具體實施例中，使用在該等揭露製程中的奈米結構材料包含二氧化矽。使用在該等揭露製程中的電性絕緣材料可以包含氧化鋁。
在一些具體實施例中，移除奈米結構材料與絕緣材料的步驟包括使用機械力到奈米結構材料所在的一部份表面上。使用機械力的步驟可以刮擦該表面。
其可以包括以一物體包含比該奈米結構材料軟的一材料接點該表面。其可以包括以一包含鋁的一物體接點該表面。其可以包括以一遺留材料在該表面的物體接點該表面。
在一些具體實施例中，移除奈米結構材料與絕緣材料的步驟包括加熱或冷卻。該加熱可以使用一雷射實施掃描過該表面。該加熱可以引起快速局部膨脹。
在一些具體實施例中，沉積一導體的步驟包括電化學沉積或無電解電鍍。該電化學沉積可以包括，例如，電鍍。沉積一導體也可以，例如，利用一物理沉積製程，其可以包括，例如，濺鍍或蒸鍍加以實施。該沉積也可以，例如，包括網版印刷，來取代。
在一些具體實施例中，該沉積的導體可以與基材僅在奈米結構材料沒被移除的部份表面有電性接點。該沉積的導體可以是廣泛的各種材料，例如，包括鎳或銀或銅或鋁的材料，或不包括銀的材料。
沉積之後，在一進一步的製程步驟可以移除全部或大部份奈米結構材料。在一些具體實施例中，可以使用一在兩相對表面上具有奈米結構化的基材。移除奈米結構與沉積導體可以在兩相對表面的個別表面上實施。在一些具體實施例中，該使用的電性絕緣材料可以提供鈍化。
在一些具體實施例中，所提供的一光電裝置包括一基材，一奈米結構區域在基材的第一表面、一絕緣層在該第一表面之上、一區段奈米結構區域該處奈米結構至少部份破壞或移除、可選擇一覆蓋層在該區段之上，及一導體在絕緣層與選擇的覆蓋層之上。
在一些具體實施例中，該覆蓋層可以包括鋁。在一些具體實施例中，該絕緣層可以包括氧化鋁。該區段可以包括一網柵形狀。該導體可以通過覆蓋層與區段，做電性接點到基材。該區段可以包括許多孔洞在絕緣層中。該等孔洞可以具有一直徑約在25nm到約250nm之間。它們可以露出基材。在一些具體實施例中，該導體可以通過覆蓋層與在絕緣層中的許多孔洞，做電性接點到基材。
該光電裝置可以是一光伏電池。該電池的功率轉換效率在AM1.5G模擬太陽光下可以至少約10%或至少約15%。
在一些具體實施例中，一光電裝置包括一基材、一奈米結構區域在該基材的第一表面上、一鈍化層在該第一表面之上、一區段奈米結構區域該處有許多孔洞在該鈍化層中、可選擇一覆蓋層在該區段之上，及一導體在鈍化層與選擇的覆蓋層之上。
在一些具體實施例中，提供一製程用來電鍍一基材。在該製程中，氧化鋁沉積在該基材上。該氧 化鋁被形成圖紋以致在整個基材部份存在的氧化鋁實際上被消除。該基材被放入在一適當支撐器裏的電鍍液中。使用一適當電流以達到在基材上電鍍材料的一厚度。該電鍍可以單獨或主要發生在存有氧化鋁被消除的基材部份。
在詳細說明本發明之前，已知本發明不限定特定溶劑、材料或裝置構造，因其可以改變。應知道使用在本文中的術語是僅用做說明特定具體實施例的目的並非限制本發明。
提供一製程用來接點一奈米結構的表面。在該製程中，提供一基材具有一奈米結構材料在一表面上，該基材是導電的及該奈米結構材料披覆一絕緣材料。一部份奈米結構材料至少部份被移除。一導體沉積在該基材上的方式是以通過奈米結構材料已被至少部份移除的地方與該基材電性接點。
可以使用各種不同製程實施至少部份移除奈米結構材料的步驟。一些考量相關於一移除製程的選擇如下。
一普通方式移除一部份奈米結構材料是使用一機械物件傳達剪應力到奈米結構材料。用來提供剪應力到奈米結構材料的該機械物件需要擁有一硬度低於基材以避免塊體基材的機械劈裂或磨損或其他影響該等奈米結構(例如奈米線)外部的任何裝置結 構及其基底。
礦物硬度的摩氏尺標鑑定各種材料的刮痕抵抗性質是經由一較硬材料刮擦一較軟材料的能力。元素晶體矽具有一摩氏硬度6.0-7.0。鋁具有一摩氏硬度2.5-3.0，而未硬化鋼具有一硬度4.5-5.0。因為某些合金鋼與鋁硬度比矽低，它們相當適合用做一機械物件以剪切如奈米線的奈米結構。其可能要求使用一材料具有摩氏硬度近似正要被磨損材料的0.2到0.8，或近似正要被磨損材料的0.4到0.6。不希望被理論束縛，相信奈米結構(例如奈米線)實施幾何應力集中器的功能，以致較軟的材料能夠劈開較硬的材料，特別地因為該幾何，留下其下面的材料(例如塊體矽)未變形。
奈米結構被移除的區域形狀與大小由機械物件的尖端形狀、力傳送到基材的製程、及傳送到基材的力之數量等因子所決定。可能有許多尖端形狀，包括單尖端、4-100尖端的梳形、尖端陣列、彈簧負載尖端、伸縮尖端、原子力顯微鏡尖端、及具有相當大面的尖端。由製程產生的金屬形狀可以是簡單線、線陣列、交叉線陣列、或由一手動或機械控制尖端掃描系統所決定的任意形狀。依目標該等達成的尺寸涵蓋一寬廣範圍，包括利用高剛性原子力顯微鏡尖端的奈米尺度，使用不銹鋼尖端的微米範圍，或使用大鈍尖端的毫米範圍。利用接續的剪力 步驟在鄰近區域，人們可以形成暴露基材(例如矽)的較大區域。可以使用彈簧負載尖端恢復機械物件與漸磨損而正移除奈米結構材料的基材之間的接觸。其可以用來控制尖端接觸工件的力，例如，具有一力在近似0.1與10N之間，或近似0.5與2.5N之間。
在製造過程中選擇性移除奈米結構的一方法是將具有一邊覆蓋在奈米結構矽中的矽晶圓放在輸送帶上，及在一梳狀金屬尖端下移動刮擦表面形成排列，而移除該處的奈米結構。該等晶圓接著可以旋轉90°及送過另一梳狀金屬尖端，因此產生一陣列曝露矽的交叉線，一網柵狀圖紋的例子。或者它們可以旋轉60°一或兩次產生一部份或完全六邊形的網柵形狀。該系晶圓於是可以將，例如電鍍，金屬沉積在曝露的矽表面上。
在本揭露的一方面，剪力可以利用熱能傳送。在奈米結構材料中一快速熱變化可以增加對基底劈裂的貢獻。完成在奈米結構與非奈米結構(塊體)材料間一溫度變化的一方法是保持用來劈裂的機械物件比表面較高20，30或50℃的不同溫度。例如以一掃描雷射可以傳送局部地熱能梯度。熱能可以與機械壓力一起或個別地使用以劈開奈米結構材料。或者，用來劈開奈米結構材料的一機械物件可以擁有一暫時振盪的溫度剖面。
在本揭露的一方面，基材與該等奈米結構包括 除了矽之材料。被注意產生該等奈米結構在該等奈結構上的許多方法包括氣液固製程，雷射化學氣相沉積，反應性離子蝕刻，及金屬增進蝕刻(例如，在下面說明的實施例製程)。進一步金屬化製程不限定任何簡單製程及可以包括濺鍍、網版印刷、電鍍及蒸鍍。對一些金屬沉積製程，可以實施遮罩沉積或金屬沉積後遮罩蝕刻。在該例子，局部移除絕緣材料(從劈開的奈米結構材料)決定金屬接點該矽的區域，但是遮罩決定金屬沉積的地方及因此可以沉積在絕緣材料上面的一些區域。
包括無電解電鍍及電化學沉積，將金屬鍍到曝露的矽或其他基材上特別匹配本發明。一般的電鍍製程僅沉積在電性傳導的區域上。因此，具有絕緣覆蓋的矽區域將無金屬沉積，而移除奈米結構矽的區域露出矽將有金屬沉積。因此在本例子，不需要進一步遮罩或黃光技術以形成金屬接點的圖紋。在本揭露的一方面，可以調整沉積接點的製程參數以致以許多剪切動作產生在矽表面的相鄰近開孔利用一較寬金屬線電子連接在矽表面上。所以，例如，在矽上氧化鋁披覆的矽奈米線之例子，該等奈米線在接近他們基底處被劈開。因此移除奈米線之處露出矽留下約50-100nm直徑露出矽的圓形區域。調整電化學沉積以致其沉積在露出的矽上及因此覆蓋氧化鋁形成一條連續線。
依據製造的裝置，可以沉積各種不同的材料在其上。本發明不意指限定使用某些材料。一些薄膜裝置元件其可以所說明的該等製程沉積，包括太陽電池的金屬電極、太陽電池的連接線與匯流條、及感測器的電極、薄膜電池、與電晶體。在本揭露的進一步方面，提供一光電裝置。該光電裝置包括(a)一基材，(b)一奈米結構區域在該基材的第一表面，(c)一電性絕緣層位在第一表面頂端，(d)一區段的奈米構區域該處奈米結構至少部份破裂，(e)一選擇的覆蓋層在該區段頂端，及(f)一導體在該絕緣層與選擇的覆蓋層頂端。該導體可以通過該覆蓋層及該區段與基材做電性接點。該區段，例如，可以是網柵狀的型式。
圖12A-C圖示說明在本揭露一些製程中操作的一非依實際尺寸之工件可能的外觀。圖12A描述操作的一工件。在該圖中，100表示基材。在該基材頂上，有奈米結構其中110是一例子。有一電性絕緣層120在該奈米結構頂上。在工件的一區段132中該等奈米結構將至少部份破裂，然而其他地方(130)將不破裂。圖12B描述利用一物件邊緣150移除在區段132中的奈米結構與電性絕緣層。在該圖中所表示的移除是部份的。圖12C描述跟隨移除後，沉積一導體140的結果。在該圖中，導體140延伸某些超過該區段132之上。
本具體實施例的一說明例裝置描述在圖10中。一高度圖解一部份該裝置表示在圖12C中。在該圖中，100表示該基材。在該基材頂上，有奈米結構110為例子。有一電性絕緣層120在該奈米結構頂上。在該裝置的一區段132中該等奈米結構至少部份破裂，然而其他地方(130)將不破裂。導體140存在該絕緣層之上。在圖12C中沒表示選擇的覆蓋層。
該覆蓋層可以是一奈米結構破裂製程結果之沉積層，例如所實施的該製程是利用工具磨耗。該覆蓋層可以是導電的。該覆蓋層可以改善該導體的電接點。該覆蓋層可以擴散進入該基材，例如，鋁進入矽，為所使用製程的副作用或該製程故意設計的結果。假如該擴散發生，可以形成一選擇性的射極。
接下來，說明本發明的實施例製程。下面提出的實施例能夠提供一般熟悉本技藝的人們得以如何完成本發明更完整的揭露及說明，並無企圖限制本發明者所認定其發明的範圍。發明者已努力的確認關於數字(例如，數量、溫度等)的精確性，但是某些誤差與偏差將難以避免。
A.實施例製程1
圖11提供一高層次視圖1100流程圖說明實施例製程形式如下。該等步驟可以總結在圖中所示的下列六個方塊。方塊1102：形成奈米結構在基材上。 方塊1104：實施摻雜以產生一pn接面。方塊1106：經由濺鍍形成一背面接點。方塊1108：以ALD沉積氧化鋁鈍化奈米結構。方塊1110：以小刀劃過鈍化結構表面，移除一些鈍化與奈米結構。方塊1112：電鍍金屬在鈍化的奈米結構表面，接點在發生移除的區域。
選擇N型矽材料具有一電阻率1 ohm-cm具有(100)結晶方向的表面。第一步驟是沉積50-170Å的銀將用做金屬增進蝕刻。該晶圓載入一濺鍍腔中及銀濺鍍速率是2-4Å/s，一基礎壓力<10-6 Torr，及一氬氣壓力2×10-3 Torr。
下一步驟是在一氧/HF浴槽中形成奈米線。在樣品從濺鍍腔中移出，其被放入一稀氫氟酸(HF)浴槽中。該浴槽包含10部份體積的水與1部份體積的HF。該樣品在該HF浴槽中蝕刻10分鐘，期間使用一穿孔的塑膠管將氧氣激烈起泡通入HF。
該樣品在去離子水(DI)中潤濕三次後。因此移除該銀及該樣品在一系列濕浴槽中清洗。第一浴槽是光阻去除溶液(piranha clean)其由4 ml硫酸(H2SO4)對1 ml的30 wt%過氧化氫(H2O2)於70℃所組成。在將晶圓放入piranha之前，先將溶液攪拌2分鐘。接著開始攪拌與將晶圓浸入15分鐘。Piranha蝕刻之後，該晶圓以DI水清洗3次。
接著該樣品放入稀HF中30秒。該HF溶液為 室溫下具有水對49%HF為24：1體積比。接著該晶圓以DI水清洗3次。
下一步，實施一傳統的SC1清洗10分鐘。這是一水，30 wt%氫氧化銨(NH4OH)與30 wt%過氧化氫在70℃下，體積比為5：1：1的浴槽。該晶圓再以DI水潤濕3次。
SC1清洗後，實施一SC2清洗晶圓。該清洗是70℃下，浸泡在5：1：1體積比的水，37 wt%氫氯酸(HCl)與30 wt%過氧化氫浴槽10分鐘。該樣品接著以DI水潤濕3次。
下一步驟形成太陽電池是摻雜樣品以產生一pn接面。對該摻雜製程，該等摻雜物首先放在兩起始晶圓上。一起始晶圓將摻雜該晶圓的前面，奈米線，晶圓的邊以及將具有硼摻雜。另一起始晶圓將具有磷與將摻雜在該樣品晶圓的背面。該等起始晶圓將被用來摻雜該樣品晶圓。
為了製備該兩起始晶圓，它們首先以piranha，HF，SC1與SC2洗液清洗如上所描述。
使用硼膜旋鍍擴散劑B-153(Filmtronics公司)將硼旋鍍在一起始晶圓上。該摻雜物的旋鍍使用500RPM預鍍5秒及接著一5000RPM旋鍍15秒。
一小角硬幣大小斑點的Filmtronics磷膜旋鍍擴散劑P-506滴到第二起始晶圓上。該等起始晶圓兩者接著在一250℃加熱板上烘烤10分鐘。
接著完成堆疊用來摻雜樣品晶圓的該等晶圓。該硼起始晶圓的硼將硼邊向上放在一石英片上。接著三個525微米厚的矽隔離片放在該晶圓邊緣。接著將樣品晶圓奈米線邊向下放在硼起始晶圓上，再三個隔離片放在此晶圓邊緣，及最後的起始晶圓(磷摻雜的起始晶圓)之磷邊向下放在面對樣品晶圓沒有奈米線的面上。
該全部堆疊包括兩起始晶圓，隔離物，與樣品晶圓等接著推入一爐管中，其中流通2000每分鐘標準立方公分(SCCM)氬氣，在1分30秒內從室溫升到1050℃。接著該爐子維持在2000SCCM的氬氣流率與在1050℃溫度5分鐘，在該點加入流量500SCCM的氧氣與從該溫度以每分鐘6度的降溫速率維持15分鐘。15分鐘後，關掉氧氣而留下氬氣及該爐子容許冷卻至745℃。接著拉出該堆疊及在大氣中冷卻至室溫。從堆疊中取出該樣品晶圓。
下一步是背面接點。該樣品晶圓首先以HF清洗10分鐘，使用4ml水對1ml的HF浸泡，及潤濕三次。HF清洗之後，該樣品面向上放在一濺鍍工具中與沉積一金屬堆積2000Å鎢，30000Å銀與4000Å鎢。
該樣品晶圓再於一4：1HF中浸泡30秒與在DI水中潤濕三次。
下一步驟是在奈米線陣列上放上氧化鋁鈍化。 這使用原子層沉積(ALD)的氧化鋁，其在奈米線陣列上提供電性鈍化與用做電化學沉積的一絕緣遮罩。該等樣品放在ALD腔體內。該ALD系統可以是，例如，一Cambridge Nanotech Savannah S200。該ALD腔體在負載我們的樣品之前預熱到250℃。負載樣品之後，該腔體以一初步幫浦在20SCCM定流量的N2流進腔體中同時抽氣。在該製程的壓力約2200mTorr。設定程式使該製程等待至加熱器到達250℃。一當溫度在250℃，該程式等待另60秒及脈沖入水，及接著脈沖入三乙基鋁(TMA)。一自動脈沖控制程式在水與TMA之間交替執行共275次循環。
圖1描述披覆氧化鋁的矽奈米線側面之掃描電子顯微鏡照片。該劈開的側面說明氧化鋁鍍層。
下一步驟是以一削尖的鋁片剝開晶圓的奈米線邊緣劈離一列奈米線，使用一模版引導該刀片(該刀片可以指定做一”小刀”)。該鋁刀片使用鋼材削尖從一鋁板切下的一鋁碎片。該刀片手動控制。以各種不同施力劃過基材形成許多刮痕。
該樣品以一銅線接點在背面及銀膠黏在鎢背接點之上。其以矽氧樹脂接著的鐵弗龍絕緣帶覆蓋。該樣品放入電鍍溶液中。
使用Transene公司(丹弗斯，馬薩諸塞州)的氨基磺酸鎳SN-10實施電鍍鎳，在50℃以定電流密 度20mA/cm2電鍍一小時。
在曝露出矽的區域電鍍鎳之後，該樣品在390℃的形成氣中退火1小時。
對該特定的樣品，所測定的鎳太薄，及因此該樣品被放回前述的氨基磺酸鎳及在相同條件電鍍另一小時。
圖2描述利用本實施例製程製作的一鎳線之上視掃描電子顯微鏡照片。
圖3描述利用本實施例製程製作的一線之一傳輸線量測。該接觸電阻是0.0014Ω-cm2。圖4描述利用本實施例製程製作具有一金屬電極的一二極體之電流電-壓軌跡圖。該二極體在AM1.5G模擬太陽光下的功率轉換效率已被表示超過17%。
B.實施例製程2
在先前說明的製程使用一改變，其中取代一鋁”小刀”，一不銹鋼剃刀片用來刮擦該等奈米線。該剃刀片手動控制，由一放在基材上之一雷射切割的殷鋼模版引導。以各種不同施力劃過基材形成許多刮痕。
圖5表示利用本實施例製程製作的一線之光學照片。由尺標表示該金屬線寬度小於15微米。
圖6描述利用本實施例製程製作的一鎳線之側面的掃描電子顯微鏡照片。該刮痕寬度(內水平尺寸)是7.3微米寬，及該金屬線近似13微米寬及高 於該等奈米線頂端表面2微米。
圖7描述利用本實施例製程製作的一鎳線之上視的掃描電子顯微鏡照片。該金屬線近似23微米。
C.實施例製程3
也可以使用一取代先前製程利用濺鍍機披覆用在金屬沉積。該製程的開始在形成氧化鋁披鍍的奈米線與實施例製程1相同。
一光阻(Microchem SF9 PMGI,P/N G113109)旋鍍在氧化鋁披覆的矽奈米線表面上。該基材接著在180℃烘烤20分鐘以驅除溶劑。
接著用一不銹鋼剃刀片刮擦該等奈米線。該剃刀片手動控制，由一放在基材上之一雷射切割的殷鋼模版引導。以各種不同施力劃過基材形成許多刮痕。
圖8描述一光學照片表示一刮痕通過利用本實施例製程製備沉積在該等奈米線上面的光阻。該刮痕區域近似10微米寬。
下一步是以一紫外光臭氧在25℃清洗60秒，清除來自晶圓刮擦區段的光阻。接下來浸泡在HF中30秒蝕刻該刮擦區域的氧化物。在開始蝕刻反應之前，利用起泡的氧通過該HF將該HF溶液烘乾。該HF濃度近似9%重量百分比。
接著利用一濺鍍遮罩濺鍍650nm銀在樣品晶圓 上及利用一有機溶劑剝除光阻，銀僅留在刮痕的區域。
圖9描述一上視掃描電子顯微鏡照片表示利用本實施例製程在光阻遮罩剝離後製備的一條濺鍍金屬線。
在一取代的具體實施例，以一5-60sec標準KOH蝕刻金屬步驟後，可以蝕刻掉該奈米線陣列。這在不需要一奈米線陣列留在最後產品中是具有用途的。
D.應用例
本發明的該等製程與裝置設計可以被應用到光電裝置的接點矽奈米線陣列。它們可以使用在利用光電或光伏效應的裝置等，例如太陽電池，光偵測器，光二極體，光電晶體，光倍增器與積體光學線路等。
本發明的製程與設計可以被使用以生產製造或包含多晶矽的裝置。本發明包括該等製程與設計，其可以使用包括多晶矽的任何矽結晶方向。多晶矽是比單結晶矽便宜的材料，但由於混亂的晶粒方向，其典型地比單晶矽更困難定紋理與構造。本發明的該等製程與設計還同樣可以被用在非晶矽中的接點奈米線。
矽奈米線的陣列可以用在該矽將承受應力或應變的應用，其中該奈米結構能夠吸收及釋放該應力 或應變。例如，該等奈米線可以用做塊體矽與成長在其頂上與其晶格不匹配的另一材料間的一界面層。
本申請所描述的該等製程也可應用到鋰離子電池科技。由於其低放電電位與高充電容量，矽已被看做鋰離子電池陽極材料所需的一候選者。其應用在昔日被限制是由於離子嵌入與離子提取伴隨體積的大量改變。大量應力與應變儲存在矽中導致矽層的衰敗，以致一很短的性能壽命。追求奈米線是由於它們能夠忍受這些應力與應變。事實上多孔矽(奈米孔或微米孔)也可以藉本申請中說明的製程接點使能夠製造另一陽極的幾何能夠忍受在鋰離子電池應用中鋰離子嵌入/提取的應力與應變。
在本應用所描述的該等製程與設計可應用到接點奈米結構，其使矽成為一中間能帶光伏材料(IBPV)。對IBPV，矽具有一極佳能帶結構，可以提供增進特定電子轉換的強度。實施這個的一方式是形成一具有特定控制整個線徑、摻雜與結晶方向之緻密矽奈米線陣列。在本應用所描述的該等製程與設計可應用到接點該等奈米線陣列。
在本應用所描述的該等製程與設計可應用到接點奈米結構，其藉該等製程與設計形成能夠做電性接點的目的，縱使那些奈米結構在形成電性接點之後是不需要的。
下列的參考資料可以相關於本申請：(1)I.Tobias,C.del Canizo,J.Alonso,“結晶矽太陽電池與模組”Chapter 7 in A.Luque,Handbook of Photovoltiac Science and Engineering(John Wiley & Sons 2003).(2)Sami Franssila，微製造簡介(2d ed.John Wiley & Sons 2010).(3)K.Kang,W.Cai,“尺寸與溫度對矽奈米線破裂機制的效應：分子動力學模擬”International Journal of Plasticity 26,1387-1401(2010).(4)B.A.Gozen,O.B.Ozdoganlar,“一旋轉尖端基的機械奈米製造製程：奈米研磨”Nanoscale Research Letters 5,1403-1407(2010),(5)Modawar等人的美國出版專利申請案號2012/181502。
本申請提到的所有專利，專利申請與出版品因此將它們的全部併入本文做參考。然而，其中被併入做參考的一專利、專利申請或包含表示定義的出版品，那些表示定義應該被了解應用到該併入的專利、專利申請、或它們被發現的出版品，及不只在本申請內文之其他部份，特別地在本申請的申請專利範圍。
100‧‧‧基材
110‧‧‧例子
120‧‧‧電性絕緣層
130‧‧‧其他地方
132‧‧‧區段
140‧‧‧導體
150‧‧‧物件邊緣
1102‧‧‧形成奈米結構在基材上
1104‧‧‧實施摻雜
1106‧‧‧利用濺鍍形成背邊接點
1108‧‧‧利用ALD沉積氧化鋁用做鈍化奈米結構
1110‧‧‧以“小刀”劃過鈍化的奈米結構表面，移除一些鈍化與奈米結構
1112‧‧‧電鍍金屬在鈍化的奈米結構表面、與發生移除的接點區域
圖1描述披覆氧化鋁的矽奈米線側視之掃描電子顯微鏡照片。
圖2描述利用實施例製程2製作的一線之上視的掃 描電子顯微鏡照片。
圖3描述利用實施例製程2製作的一線之一傳輸線量測。
圖4描述利用實施例製程2製作具有一金屬電極的一二極體之電流電壓軌跡圖。
圖5表示利用實施例製程1製作的一線之光學照片。
圖6描述利用實施例製程1製作的一線之側視的掃描電子顯微鏡照片。
圖7描述利用實施例製程1製作的一線之上視的掃描電子顯微鏡照片。
圖8描述一光學照片表示一刮痕通過光阻其沉積在利用實施例製程3製備的該等奈米線的上面。
圖9描述一上視的掃描電子顯微鏡照片表示利用實施例製程3通過光阻遮罩剝離後製備的一濺鍍金屬線。
圖10描述一披覆氧化鋁的矽奈米線側視之掃描電子顯微鏡照片，其中一部份該等奈米線根據本發明的一製程已被移除。
圖11描述根據本揭露的一些具體實施例之一高階流程圖。
圖12A-C圖示而非依相同尺度描述本揭露的一些製程中正在操作的一工件之可能外觀。
1102‧‧‧形成奈米結構在基材上
1104‧‧‧實施摻雜
1106‧‧‧利用濺鍍形成背邊接點
1108‧‧‧利用ALD沉積氧化鋁用做鈍化奈米結構
1110‧‧‧以“小刀”劃過鈍化的奈米結構表面，移除一些鈍化與奈米結構
1112‧‧‧電鍍金屬在鈍化的奈米結構表面、與發生移除的接點區域

Claims (37)

  1. 一種製程包括：(a)提供一基材具有一奈米結構材料在一表面上，(b)從一選擇部份的表面移除該奈米結構材料，及(c)沉積一電性接點在該奈米結構材料被移除的該部份表面。
  2. 一種製程包括：(a)提供一基材具有一奈米結構材料在一表面上，該基材是導電的及該奈米結構材料披覆一電性絕緣材料，(b)從一選擇部份的表面至少部份移除該奈米結構材料與電性絕緣材料及(c)沉積一導體在該基材上，在該方法導體通過其中該奈米結構材料與絕緣材料已至少部份被移除的該部份表面與該基材電性接點。
  3. 如請求項2的製程，其中該基材與該奈米結構材料包括矽。
  4. 如請求項3的製程，其中該奈米結構材料包括多孔矽。
  5. 如請求項2的製程，其中該奈米結構材料包括奈米線。
  6. 如請求項2的製程，其中該絕緣材料包括二氧化矽。
  7. 如請求項2的製程，其中該絕緣材料包括氧化鋁。
  8. 如請求項2的製程，其中移除該奈米結構材料與該絕緣材料的步驟包括使用機械力到一部份表 面其上具有奈米結構材料的位置。
  9. 如請求項8的製程，其中使用機械力的步驟刮擦該表面。
  10. 如請求項8的製程，其中使用機械力的步驟包括以包含比基材材料較軟之材料的一物件接觸該表面。
  11. 如請求項8的製程，其中使用機械力的步驟包括以包含鋁之一物件接觸該表面。
  12. 如請求項2的製程，其中移除該奈米結構材料與該絕緣材料的步驟包括加熱或冷卻。
  13. 如請求項12的製程，其中實施該加熱使用一雷射橫掃過該表面。
  14. 如請求項12的製程，其中該加熱引起快速局部膨脹。
  15. 如請求項2的製程，其中步驟(c)包括電化學沉積或無電解電鍍。
  16. 如請求項2的製程，其中該沉積的導體與該基材其奈米結構材料在步驟(b)沒被移除的一部份表面沒有電性接點。
  17. 如請求項2的製程，其中該沉積的導體不含銀。
  18. 如請求項2的製程，其中該沉積的導體包含鎳。
  19. 如請求項2的製程，其中沉積一導體的步驟包括一物理沉積製程。
  20. 如請求項19的製程，其中該物理沉積製程包括濺鍍或蒸鍍。
  21. 如請求項2的製程，其中該步驟(c)包括網版印刷。
  22. 如請求項2的製程，更包括一步驟，在步驟(c)後實施，移除所有或大部份奈米結構材料。
  23. 如請求項5的製程，其中該奈米結構材料包括一陣列的奈米線。
  24. 如請求項8的製程，其中使用機械力的步驟包括以一物件接觸該表面其留下材料在該表面上。
  25. 如請求項15的製程，其中該電化學沉積包括電鍍。
  26. 如請求項2的製程，其中所提供的基材具有奈米結構在兩相對的表面上，及其中該等步驟(b)與(c)各別實施在兩相對表面上。
  27. 如請求項2的製程，其中該絕緣材料提供鈍化。
  28. 一種光電裝置包括(a)一基材，(b)一奈米結構區域在該基材之一第一表面上，(c)一絕緣材料層位在該第一表面頂上，(d)一區段的奈米結構區域其中該等奈米結構至少部份破裂或被移除，(e) 選擇性一覆蓋層位在該區段頂上，及(f)一導體位在該絕緣層與該選擇的覆蓋層頂上。
  29. 如請求項28的光電裝置，其中該覆蓋層包含鋁。
  30. 如請求項28的光電裝置，其中該絕緣層包含氧化鋁。
  31. 如請求項28的光電裝置，其中該區段包含一網柵形狀。
  32. 如請求項28的光電裝置，其中該導體通過覆蓋層與該區段做電性接點到該基材。
  33. 如請求項28的光電裝置，其中該區段包括許多在絕緣層中的孔洞具有一直徑在約25nm與約250nm之間以及露出該基材。
  34. 如請求項33的光電裝置，其中該導體通過覆蓋層與許多在絕緣層中的孔洞做電性接點到該基材。
  35. 如請求項33的光電裝置，其中該裝置是一光伏電池及其功率轉換效率在AM1.5G模擬太陽光下至少約10%。
  36. 一種光電裝置包括(a)一基材，(b)一奈米結構區域在該基材之一第一表面上，(c)一鈍化層位在該第一表面頂上，(d)一區段的奈米結構區域其中有許多孔洞在該鈍化層中，(e)一選擇的覆蓋層位在該區段頂上，及(f)一導體位在該鈍化層與 該選擇的覆蓋層頂上。
  37. 一種用來電鍍一基材的製程，包括該等步驟(a)沉積氧化鋁在該基材上，(b)形成氧化鋁圖紋以致存在部份該基材上的氧化鋁實際上被消除，(c)在一適當支撐器之一電鍍溶液中放入該基材，(d)使用一適當的電流以獲得位在基材頂端上該電鍍材料的一厚度，其中電鍍僅僅或主要發生在存在的氧化鋁被實際消除的該基板部份。
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