WO2008088298A1 - Method for producing thin semiconductor films - Google Patents

Method for producing thin semiconductor films Download PDF

Info

Publication number
WO2008088298A1
WO2008088298A1 PCT/UA2007/000005 UA2007000005W WO2008088298A1 WO 2008088298 A1 WO2008088298 A1 WO 2008088298A1 UA 2007000005 W UA2007000005 W UA 2007000005W WO 2008088298 A1 WO2008088298 A1 WO 2008088298A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
porous layer
layer
semiconductor substrate
semiconductor
electromagnetic radiation
Prior art date
Application number
PCT/UA2007/000005
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Volodymyr Sergiyovych Khokhlachov
Victor Andreevich Philippenko
Original Assignee
Khokhlachov Volodymyr Sergiyov
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Khokhlachov Volodymyr Sergiyov filed Critical Khokhlachov Volodymyr Sergiyov
Priority to PCT/UA2007/000005 priority Critical patent/WO2008088298A1/en
Publication of WO2008088298A1 publication Critical patent/WO2008088298A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H01L33/18Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region

Definitions

  • This invention relates to the field of semiconductor technology and electronics, and in particular to methods for manufacturing thin films of semiconductors, including for solar cells and emitting diodes.
  • the invention relates to methods for forming semiconductor film layers on a substrate with a plurality of porous layers described herein that have controlled and relatively different porosities.
  • Silicon which is the second most abundant element in the earth's crust (silicon makes up 26% of the earth’s mass) and whose properties do not cause concern about possible environmental pollution, is of particular interest for research.
  • the vast majority of solar cells (more than ninety percent of the production of solar cells) in the world are made on the basis of silicon.
  • the challenges facing the developers of solar cells are to reduce the cost of the solar cell, increase the efficiency of conversion of the electromagnetic radiation of the Sun into electricity, increase operational reliability and minimize the time period for returning the energy spent for the manufacture of solar cells.
  • monocrystalline silicon is currently the best material for its use for the production of solar cells, but at the same time it is difficult to obtain monocrystalline silicon of solar quality at a low price. Therefore, in the field of solar cells, in particular in the field of solar cells with large surface area, active research and development work on solar cells using thin films based on polycrystalline silicon or amorphous silicon is ongoing. In thin-film solar cells based on polycrystalline silicon, the purity of silicon is increased by the technology of distillation from the initial - metallurgical silicon. An ingot is formed by the casting process, while the substrate is formed using multi-wire cutting or other high speed separation technology.
  • the process for removing phosphorus and boron from metallurgical silicon, the preparation of a high-quality ingot by casting into molds, increasing the surface area of the substrate, and the multi-wire cutting process or other high-speed separation process require a very high level of technology, therefore the substrates that were substantially would be cheaper and have good performance at the moment have not yet been produced.
  • the thickness of the substrate films is approximately 200 micrometers, and this fact makes it difficult to manufacture a flexible substrate.
  • Amorphous silicon on the surface of the substrate can be formed from plastic using vapor deposition technology. Therefore, the formation of a flexible thin layer of amorphous silicon is possible. As a result, solar cells having a wide range of applications can be formed.
  • amorphous silicon there are disadvantages of amorphous silicon in that the conversion coefficient is lower than that of polycrystalline silicon and single-crystal silicon, and the conversion coefficient very much and quickly degrades during operation.
  • Monocrystalline silicon allows to obtain high values of the coefficient of conversion of solar energy into electrical energy and high operational reliability.
  • Thin films based on single-crystal silicon can be fabricated using silicon on an insulator technology, which is used in integrated circuits, but this technology has low productivity. Using this technology, manufacturing costs become very significant, and this is a problem for the application of this technology for the production of cheap solar cells.
  • the temperature of the technological process in the production of single-crystal silicon is relatively high; therefore, this process is difficult to carry out on a plastic or glass substrate with low thermal resistance of the substrates. Difficulties in producing single-crystal silicon on a plastic substrate make it difficult to produce flexible thin films based on single-crystal silicon.
  • US6326280 discloses a method for manufacturing thin semiconductor films in the manufacture of thin single-crystal silicon solar cells, in accordance with which at least one anodizing of a semiconductor substrate in a solution of hydrofluoric acid and ethyl alcohol electrolyte (HF + C 2 H 5 OH) and form three porous layers. Two with low porosity and one with high porosity. After that, a high-temperature annealing of the semiconductor substrate is carried out with a surface porous layer formed at the stage of anodizing in a hydrogen reducing atmosphere.
  • HF + C 2 H 5 OH ethyl alcohol electrolyte
  • a thin-film single-crystal structure of a solar cell having a pth junction with a p + region is grown on the surface of a low-porous layer using an epitaxial growth process.
  • a flexible support substrate is adhered to the resulting thin semiconductor film.
  • a flexible support substrate with a thin semiconductor substrate is separated from the semiconductor substrate using an external tensile force.
  • Metallization is carried out and an antireflection coating is applied.
  • the anodization process in this prototype is relatively poorly controlled, which can cause destruction of the porous layer at the stage of its formation during the anodization process, especially when anodizing at high density anodizing current.
  • the critical factors ensuring the success of photovoltaic energy for industrial manufacturing and commercial use are: the efficiency of converting solar radiation into electricity, the production of large area solar cells (substrates with formed solar cells based on them with dimensions of 150 x 150 cm or more) at low the cost of production, production, ensuring ease of manufacture and reliability, stability of reproduction of the characteristics of solar cells, the service life of the solar cell, the efficiency degradation value during operation, payback of a solar cell during its operation for generating electric energy.
  • the prototype of the method cannot reproduce the characteristics of the solar cell. In particular, such characteristics as the peeling of the formed solar cell over the entire area from the substrate, which is associated with a wide range of strength properties of the formed porous structure, on which the solar cell is held during the manufacturing process.
  • 2OjUm which is an essential part of the semiconductor substrate and, accordingly, determines the cost of a future solar cell or device formed on a given porous structure, i.e. the structure of the future device includes the cost of the material of the semiconductor substrate used to obtain the porous structure, as well as the cost of chemicals, electricity, staff wages (during such a long anodizing process).
  • Such substantial thicknesses of the porous structure increase the cost of the solar cell and, accordingly, reduce its competitiveness.
  • the disadvantages of this method include the relatively low efficiency of converting solar radiation into electricity.
  • the efficiency of converting solar radiation into electricity by companies producing solar cells based on monocrystalline silicon on an industrial scale reaches 22%, and laboratory samples reach 25%.
  • the objective of the invention is to provide a method for manufacturing thin semiconductor films, which allows to obtain thin semiconductor films of large surface areas with a high degree of crystalline perfection including to create solar cells with high photovoltaic conversion efficiency of a solar cell at low manufacturing costs and high process performance.
  • the problem is solved by creating a method for manufacturing thin semiconductor films in which the following are successively carried out: at least one anodizing of the semiconductor substrate in a hydrofluoric acid based electrolyte solution to produce a porous layered structure; high temperature annealing in a reducing atmosphere of hydrogen; epitaxial build-up of a thin semiconductor film; bonding a flexible support substrate to the resulting thin semiconductor film; the destruction of the highly porous layer and the separation of the flexible supporting substrate with a thin semiconductor film from the semiconductor substrate; metallization.
  • the anodization current density is set in the range from 1 mA / cm 2 to 2 mA / cm 2 ;
  • an additional effect is exerted by a magnetic field and / or an electric field and / or electromagnetic radiation and / or ultrasound;
  • - high-temperature annealing is carried out for 1 minute to 1 hour at a temperature of 900-1400 ° C; - epitaxial build-up of a thin semiconductor film is carried out at a temperature of 800-1400 ° C for from 1 minute to 1 hour; breaking stress for separating a thin semiconductor film from a semiconductor substrate is caused by application of: thermal stresses (occurring during cooling and / or heating), and / or ultrasound, and / or mechanical stresses by dissection by mechanical incorporation.
  • the wavelength of electromagnetic radiation during anodization is set in the range from gamma radiation to 100 ⁇ m.
  • the value of the magnetic field energy density during anodization is set in the range 1 - 1 - W 3 J / cm 3 .
  • the value of the energy density of the electric field during anodization is set in the range of 1 - 1 - IQ 3 J / cm 3 .
  • the value of magnetic induction during anodization is set in the range of 1 to 10 T.
  • the value of the magnetic field during anodization is set in the range of 1 A / m - 1-10 3 AZM.
  • the value of the electric field during anodization is set in the range of 1 V / m - 1 - 10 3 V / m.
  • the value of the power density of ultrasonic vibrations during anodization is set in the range 1 - 10 "1 W / cm 2 - 1 W / cm 2 .
  • the value of the frequency of ultrasonic vibrations during anodization is set in the range of 1 10 Hz to 1-10 Hz.
  • a semiconductor substrate with a resistance of 0.001 ⁇ • cm - 1 ⁇ • cm is used for anodizing.
  • a semiconductor substrate with a dopant concentration of 10 18 -10 22 atoms / cm 3 is used during anodization.
  • the concentration of hydrofluoric acid in the electrolyte solution is in the range of 1-100%.
  • the electrolyte solution has a pH of 1-7.
  • a direct current source and / or an alternating current source and / or a pulse current source are used as an anodizing current source.
  • an electromagnetic radiation source with a constant and / or variable and / or pulsed power density of electromagnetic radiation is used as the source of electromagnetic radiation during anodization.
  • a lamp and / or a matrix of emitting diodes and / or a laser are used as a source of electromagnetic radiation with a constant and / or variable and / or pulsed power density of electromagnetic radiation.
  • the electromagnetic radiation source is structurally made in the form of a perforated plate, permeable to the electrolyte solution in the places of its perforation, transparent to electromagnetic radiation and resistant to the chemical effect of the electrolyte.
  • the effect of a magnetic field and / or electric field and / or electromagnetic radiation and / or ultrasound is constantly in the direction of action and / or changes in the Cartesian coordinate system, for example, it is concentrated and / or decreases per unit area processed semiconductor substrate.
  • the energy density of the magnetic field and / or the energy density of the electric field and / or the power density of electromagnetic radiation and / or the power density of ultrasound at doping is left unchanged and / or increased and / or decreased, including pulse and / or periodically and / or with a constant component of the increment, where the constant component lies in the range from 1 to 100% of the numerical value of the physical influencing factor, and the change in the influencing factor lies in the time range from 10 bp . up to 5 minutes
  • a part of the surface of the semiconductor substrate is treated with at least one exposure that is simultaneous with the process of anode treatment — electromagnetic radiation, magnetic field, electric field, and ultrasonic vibrations to form many porous layers having varying degrees of porosity adjacent to the surface of the semiconductor substrate.
  • the substrate is anodized during the first anode treatment at a first current density, electromagnetic radiation power density, ultrasonic vibration power density, magnetic field energy density and electric field to provide a first porous layer adjacent to a surface having a first porosity.
  • the second stage of anode processing is carried out after the first stage of processing, and a large current density is used, as well as a high power density of electromagnetic radiation, a high power density of ultrasonic vibrations, a high energy density of the magnetic field and electric field to provide a second porous layer adjacent to the first porous layer, moreover, the porosity of the second porous layer is greater than the porosity of the first porous layer.
  • the difference in porosity between the first porous layer and the second porous layer provides an unremovable line or zone of relative mechanical weakness of the porous material relative to the adjacent layers, and this weakness is concentrated in the second porous layer or adjacent to it the interface between the first porous layer and the second porous layer.
  • the line of low strength or brittleness introduced by deformation caused by the difference in the constant lattices of adjacent porous layers allows interlayer separation of the porous layers and any films grown on them from the remaining second porous layer and substrate.
  • the third stage of anode processing is performed at a third higher current density, as well as a third higher power density of electromagnetic radiation, power density of ultrasonic vibrations, magnetic field energy density and electric field to form a third porous layer having a third porosity greater than the second porous layer .
  • the third porous layer is located inside the second porous layer or adjacent to the second porous layer.
  • a relative line of low strength is defined by a third porous layer or on or an adjacent interface formed between the third porous layer and the second porous layer.
  • a thin semiconductor film is made by changing the surface of the semiconductor substrate by forming a porous structure including two or more porous layers having different porosity, growing a semiconductor film on the surface of the porous structure, and separating, removing and / or peeling the semiconductor film from a semiconductor substrate in a controlled or controlled manner along the line of frailty created in a layered porous structure.
  • solar cells are produced by a method comprising the steps of changing the surface of a semiconductor substrate to form a porous structure including two or more porous layers having different porosity, epitaxial a layer having different porosity, epitaxial build-up of a semiconductor film including a plurality of layers constituting the solar cell on the surface of the porous structure, and peeling or separation of the semiconductor film of the epitaxial multilayer from the semiconductor substrate along the friability line specified in the layered porous structure.
  • emitting diodes are manufactured by a method using the steps of changing the surface of a semiconductor substrate by forming a layered porous structure including two or more layers, including a first porous layer constituting the light emitting a region and a second porous separating layer having a large porosity located below and behind the light-emitting region, peeling or separation of the light-emitting region from uprovodnikovoy brittle substrate along a line defined in the separating layer layered porous structure.
  • the surface of the semiconductor wafer is changed by the formation of a porous layer
  • the semiconductor layer is formed on the substrate by epitaxial growth
  • this semiconductor layer is peeled off from the semiconductor substrate by destruction in the porous layer or on the interface with the porous layer, it turns out the intended thin semiconductor film or solar cell.
  • an epitaxially extended semiconductor layer can be formed with any desired film thickness.
  • peeling of the semiconductor thin film from the substrate can be reliably performed by suitably selected strength of the porous layer, for example, by selecting porosity in the porous structure of the corresponding porous layers.
  • a thin film of a semiconductor can be obtained with any sufficient thickness with good performance.
  • solar cells with a high conversion rate of light into electricity can be formed on the basis of that the active part composed by this epitaxial layer can be composed substantially thin and it can be formed by a thin single-crystal semiconductor film that is grown epitaxially.
  • various applications for example, applications for a solar car, etc., become easy to manufacture.
  • the superstructure can be formed by porous layers having different porosities and therefore, an improvement in emissivity can be achieved.
  • a method for manufacturing thin semiconductor films comprising the following steps: forming a porous layer having a first porosity on a substrate surface, forming a second porous layer on its surface, inside or below said first porous layer having a second porosity of large than said first porosity, forming at least one thin semiconductor layer on said surface, separating said thin semiconductor layer from said of the substrate along the line with the relative lowest strength of the porous structure defined in or adjacent to the indicated first and second porous layers, wherein said first and second porous layer are formed by the joint action in time of electrochemical exposure (anodization), electromagnetic field, magnetic field, electric field and ultrasonic vibrations.
  • An embodiment provides a thin semiconductor film formed in accordance with a method including the steps of: providing a semiconductor substrate having a surface, forming a first porous layer having a first porosity on the surface of said substrate, forming a second porous layer on, in, or below said first porous a layer having a second porosity greater than that of the first porous layer, the formation of at least one thin semiconductor layer on a specified surface minute, and separating said semiconductor thin a nickel layer from said substrate along the line of relative least strength of a porous structure defined in or adjacent to said first and second porous layers to obtain said thin semiconductor structure, said first and second porous layers being formed by the combined action of the time of electrochemical exposure (anodizing) electromagnetic radiation, magnetic field, electric field and ultrasonic vibrations.
  • combined combined anode processing refers to the combined time effect of electrochemical exposure (anodization), electromagnetic radiation, magnetic field and electric field and ultrasonic vibrations.
  • a thin semiconductor film is formed, formed in accordance with a method including the steps of: providing a semiconductor substrate having a surface, combined combined anodic treatment of said semiconductor substrate with first processing parameters to provide a first porous layer adjacent to said surface having first porosity , combined combined anode treatment of the specified semiconductor substrate with second processing parameters greater than specified first processing parameters to ensure the second porosity adjacent to the specified first porous layer opposite of said surface, said second porous layer has a second porosity greater than said first porous layer, annealing said semiconductor substrate in a hydrogen atmosphere after said steps of anodizing said semiconductor substrate to provide a second porous layer, and forming at least one semiconductor layer on said surface .
  • An embodiment provides a thin semiconductor film formed in accordance with a method including the steps of: providing a semiconductor substrate having a surface, forming a first porous layer adjacent to the surface and having first porosity on the surface of said substrate, forming a second porous layer in said the first porous layer having a second porosity greater than that of the first porous layer, the formation of at least one thin semiconductor with laying on said surface, and separating said thin semiconductor layer from said substrate along a line of relative lowest strength of a porous structure defined in or adjacent to said first and second porous layers to obtain said thin semiconductor layer.
  • An embodiment provides a thin semiconductor film formed in accordance with a method including the steps of: providing a semiconductor substrate having a surface, forming one porous layer adjacent to a surface having porosity on the surface of said substrate, forming at least one thin semiconductor layer on said surface, and separating said thin semiconductor layer from said substrate along a line of relative least strength n Risto structure to obtain said thin semiconductor layer.
  • the surface of the semiconductor substrate can be altered by combined combined anodic treatment to form a porous structure including two or more porous layers, each of which has a different porosity.
  • a semiconductor film is grown on the surface of this porous structure by epitaxial. After that, this epitaxial semiconductor layer peels off or separates from the semiconductor substrate along the line of weakness formed in the porous structure to obtain the intended thin film of the semiconductor.
  • the remaining semiconductor substrate can be repeatedly reused for the production of the above thin semiconductor films.
  • this semiconductor substrate which becomes thinner due to repeated use, can be used as a thin semiconductor film.
  • the interface of the semiconductor substrate means the interface of the semiconductor substrate, which is made of a non-porous and porous layer) between the layer with low porosity and the semiconductor substrate.
  • an intermediate porous layer is formed below the low porosity layer having a higher porosity than the surface layer, and a layer with high porosity is formed in this intermediate porous layer or beneath the intermediate porous layer, can be formed having a greater porosity than that of the intermediate porous layer.
  • the porous layer may be formed by a combined combined anode treatment. This combined combined anode treatment includes at least two or more steps carried out with different processing parameters.
  • ultrasonic vibrations for peeling off a thin semiconductor film, ultrasonic vibrations, thermal stresses, stresses caused by the action of a compressed liquid jet or air jet, guillotine knives, wire cutting, adhesion of supporting substrates to a thin one are used: a semiconductor layer, followed by separation of these supporting substrates together with a thin semiconductor layer, and a combination of these means.
  • the composition of the electrolyte solution can be changed when the processing parameters are changed.
  • the layer is preferably heated in an atmosphere of hydrogen. Furthermore, after the formation of the porous layer and before the step of heating in a hydrogen atmosphere, preferably the porous layer is thermally oxidized.
  • the semiconductor substrate may be composed of various semiconductor substrates, such as single crystal substrates of silicon, polycrystalline silicon, or a complex semiconductor substrate, such as, for example, a gallium arsenide single crystal.
  • a single-crystal silicon substrate is used to produce single-crystal silicon thin films and solar cells in which single-crystal silicon thin films are used as the material of the solar cell.
  • n is a type or p is a type of semiconductor substrate or an undoped semiconductor substrate can be used.
  • a semiconductor substrate having a low resistance, doped with a p type of impurity at a high impurity content that is, the so-called p + type silicon substrate.
  • a p + type of a silicon substrate a silicon substrate in which boron is a p type of impurity is doped at and having its resistance at a level of from 0.01 to 0.02 ⁇ cm.
  • p - type or p - type of semiconductor substrate is used during joint combined anode processing.
  • concentration of impurities in the semiconductor substrates used during the joint combined anode treatment of p - type or p - type is at a level of ⁇ tf b ⁇ amomov /
  • the electrical resistance of the semiconductor substrates used during the joint combined anode treatment of p - type or p - type is at a level of from 0.001 ⁇ szh to l ⁇ szh.
  • the semiconductor layer is epitaxially grown on the porous layer while it maintains its crystallinity. Due to this, it is possible to form a single crystal semiconductor layer.
  • the grown semiconductor layer may include multi-semiconductor layers of various types of conductivity.
  • a semiconductor layer epitaxially grown on a porous layer is separated from the semiconductor substrate due to direct fracture of the porous layer.
  • the support substrate includes, for example, a flexible plastic sheet, and can be attached to the semiconductor film as a support substrate.
  • the semiconductor film may be peeled off from the semiconductor substrate together with the support substrate by means of a porous layer formed on this semiconductor substrate.
  • This support substrate is not limited to a flexible sheet.
  • a supporting substrate it is possible to use a glass substrate, a polymer substrate, or a flexible or rigid transparent printed circuit board on which the required printed attachments are applied.
  • the first porous layer of the outermost surface is preferably formed as a thick porous layer that has a relatively low porosity to obtain improved growth of the epitaxial semiconductor film on this porous surface. that layer.
  • the mechanical strength decreases due to the large porosity of the second porous layer or, in other words, the bond between the first and second porous layers becomes brittle due to stresses caused by the difference in the constant lattices of each of these layers. Due to this, the separation of the epitaxial semiconductor layer, or separation, can be easily done by means of a layer with high porosity. For example, it is also possible to form such a fragile porous layer that will separate by ultrasound.
  • the formed highly porous layer is easy to peel off due to its greater porosity, but if this porosity is very large, failure in the highly porous layer can occur before the stage of exfoliation of the semiconductor layer from the porous structure. Therefore, porosity in this highly porous layer is preferred at a level of 40 to 98 percent.
  • an intermediate porous layer having an intermediate porosity that is greater than that of the surface layer but less than that of the layer with high porosity is preferably formed between the highly porous layer and the surface porous layer.
  • the intermediate porous layer may be a stress relief buffer layer. The porosity of the highly porous layer can be made large enough so that the peeling of the epitaxial semiconductor layer can be reliably carried out.
  • an epitaxial semiconductor layer which is perfect in crystallinity, can be formed on the porous layer.
  • Anodizing to change the surface of a semiconductor substrate to form a porous layer can be carried out by a well-known method.
  • a double electrolytic bath method The schematic structural view shown in FIG. 1., used in a double electrolytic bath process.
  • the electrolyte solution of cell 1 has a first IA and a second IB cell.
  • a semiconductor substrate 11 on which a porous layer is to be formed is installed between two cells IA and IB.
  • Two platinum electrodes ZA and ZV are connected to a constant current source 2 installed between the first and second cells IA and IB.
  • the electrolyte solution 4 contains, for example, hydrofluoric acid and ethanol (ethyl alcohol) or hydrofluoric acid and methanol (methyl alcohol).
  • the semiconductor substrate 11 is installed so that its two surfaces are in contact with the electrolyte solution 4 in the first and second cells IA and IB.
  • Two platinum electrodes ZA and ZV are installed immersed in an electrolyte solution 4.
  • Two sources of electromagnetic radiation A are immersed in an electrolyte solution in cells IA and IB and are located on each side of the anodized semiconductor substrate 11.
  • a magnetic field source B made in the form of a solenoid encompasses an electrolytic bath 1 with its magnetic field inside the inductance coil 1.
  • the source of ultrasonic vibrations B is connected to the electrolytic bath 1.
  • the electric field source (not shown in the figure) acts on semiconductor substrate 11 with its field during its anodization in the electrolytic bath 1.
  • the magnetic field of the solenoid and the electric field of the corresponding sources are turned on.
  • the source of ultrasonic vibrations B is turned on, then the electromagnetic radiation source A, then, the current is supplied between the two electrodes of the electrodes ZA and ZV using a constant current source 2 and using the ZA electrode as a cathode.
  • the current is supplied in such a way that the surface of the semiconductor substrate 11 facing its surface to the ZA electrode corrodes and becomes porous.
  • it becomes unnecessary to cover the semiconductor substrate with an ohmic electrode and the introduction of contaminants into the semiconductor substrate from the ohmic electrode is avoided.
  • the structure of the porous layer can be changed by the selection of modes during the anodization process, whereby the crystallinity of the semiconductor layer is formed on the porous layer and the peeling properties change.
  • a porous layer is formed composed of two or more layers having different porosities.
  • a multi-stage anodizing method is used composed of two or more steps carried out at different current densities. More specifically, to prepare a relatively dense, porous layer with low porosity having small fine-grained pores on the surface of the semiconductor substrate, the first anodizing step is performed at a low current density.
  • the film thickness of the porous layer is proportional to the anodizing time, therefore, at this stage, the anodizing time is selected to form the desired layer thickness.
  • the second anodization is carried out at a higher current density so as to form a highly porous layer under the formed porous layer with a low porosity.
  • a porous layer is formed including at least a low porosity layer having a low porosity and a highly porous layer.
  • the first anodizing step can be carried out at a low current density of 0.5 to 10 tL / cm 2 over a period of 1 to 60 minutes, preferably 2 to 20 minutes, using a p-type single-crystal silicon semiconductor substrate with a resistance of 0.01 up to 0.02 ⁇ cm and the ratio of HF (49% solution) and C 2 H 5 OH (95% solution) at 1: 1 (volume parts) (hereinafter, HF and C 2 H 5 OH indicates volume parts of 49% solution HF and 95% solution of C 2 H 5 OH, respectively).
  • the second anodizing step can be carried out with a higher current density at a level of from 40 to 300 tA / cm 2 over a period of 1 to 30 seconds, preferably for a period of about three seconds.
  • an intermediate porous layer having a greater porosity than the surface layer but lower porosity than that of the highly porous layer is preferably formed between the highly porous and low porosity layer, as a buffer layer to relieve the stress generated by them. More specifically, the first anodization at a low current density is carried out first, the second anodization is carried out at a slightly higher current density than during the first anodization, and then the third anodization is carried out with a much higher current density than before.
  • the porosity reaches 16%, 26%, and from 60 to 70%, respectively.
  • a semiconductor layer having excellent crystalline properties can be epitaxially grown on a porous layer.
  • an intermediate porous layer can be formed under the low porosity layer. Accordingly, the porous layer becomes a bilayer structure of the low porosity layer and the intermediate porosity layer.
  • the current density is set at 90 tA / cm 2 OR more, a highly porous layer is formed inside the intermediate porous layer, although the principle is not clear.
  • an intermediate porous layer with porosity which increases gradually or abruptly from the low porous layer to the highly porous layer, is formed between the low porous surface layer and the highly porous layer.
  • the voltage between the low-porous layer and the high-porous layer decreases and the epitaxial semiconductor layer with good crystalline properties can be further reliably formed on the porous structure.
  • the separation will occur due to high stresses due to the difference in the constant lattices at the interfaces between the peeling layer (separating layer) of the highly porous layer and the buffer layer of the intermediate layer. If some special actions are carried out at the third stage of anodizing, separation becomes even easier. This is obtained by applying intermittent current in the third stage of anodizing with a high current density, for example, by applying current not continuously for 3 seconds, but by alternative steps, including applying current for one second and then switching current, with a preset time, for example, for one minute. By intermittently supplying current in discrete steps, a highly porous layer, like a separating layer, can be formed under the intermediate layer. In this case, the porous layer remaining with the semiconductor layer after separation can be removed by electrochemical polishing or other chemical or mechanical means.
  • the distance between the highly porous layer in which stresses are caused and the surface of the porous layer is larger and the buffer effect of the intermediate layer becomes large, so that a semiconductor layer with good crystalline properties can be formed.
  • the thickness of the whole porous layer can be reduced, and the thickness of the semiconductor substrate used to form this porous layer can be reduced, and the reuse of this semiconductor substrate can be increased.
  • a highly concentrated solution of hydrofluoric acid can be used.
  • an electrochemical solution of highly concentrated hydrofluoric acid is used at the anodizing stage with a low current density to form a low porous layer.
  • an intermediate porous layer is formed, which serves as a buffer layer, then the concentration of hydrofluoric acid in the electrolytic solution decreases and finally anodizing with high density is performed current.
  • anodizing is carried out using an electrolytic solution, for example, HF:
  • the current supply when the current density changes during the period of the first stage to the second stage, the current supply can be cut off before the second stage. Or, after the first stage, the second stage can be carried out without interrupting the current supply.
  • the anodization process can be carried out in a dark place where light penetration is blocked, in order to make the surface irregularities of the porous layer smaller and increase the crystallinity of the semiconductor film epitaxially grown on the porous layer.
  • the anodized porous silicon layer can be used as a radiating diode. In this case, it is preferable that the anodizing is carried out by irradiation with light to increase the radiation efficiency. Further, by oxidizing the anodized porous layer, a purple mixing of the wavelengths of the emitting light is obtained.
  • the semiconductor substrate which may be p-type or p-type, preferably has a high resistance so as not to introduce contamination.
  • the thickness of the whole porous layer is particularly unlimited, but the thickness can be from 1 to 50 ⁇ t, preferably from 3 to 15 ⁇ t, usually 8 ⁇ t.
  • the thickness of the whole porous layer is preferably reduced as much as possible so that the semiconductor substrate can be reused.
  • the porous layer is annealed prior to the epitaxial build-up of the semiconductor on the porous layer.
  • This annealing can be hydrogen annealing, which can be carried out by heating hydrogen gas in a gas atmosphere.
  • hydrogen annealing the natural oxide film formed on the surface of the porous layer can be completely removed and the oxygen atoms in the porous layer can be removed as much as possible.
  • the surface of the porous layer becomes smoothed, and an epitaxial semiconductor layer with good crystalline properties can be formed.
  • This hydrogen annealing can be carried out in the temperature range from 950 0 C to 1350 0 C.
  • the porous layer is oxidized at a low temperature before hydrogen annealing, and the inside of the porous layer is oxidized. Because of this, large structural changes do not appear in the porous layer even if heat treatment is applied in a hydrogen atmosphere. Accordingly, the stresses between the highly porous layer and the intermediate porous layer are isolated by a remote zone or separated from the surface of the first porous layer, and an epitaxial semiconductor film having good crystallinity can be formed.
  • the low temperature Injection can be carried out in a dry oxidizing atmosphere at 400 ° C for 1 hour.
  • the semiconductor can be epitaxially grown on the surface of the porous layer.
  • a porous layer formed on the surface of a single crystalline semiconductor substrate maintains its crystallinity despite being porous. Therefore, epitaxial buildup onto this porous layer is possible.
  • Epitaxial growth on the surface of this porous layer can be carried out using the process of deposition from the gas phase at temperatures, for example, 700-1300 C.
  • both the method of heating a semiconductor substrate to a predetermined temperature the so-called reactive heating system or a conductive heating system, conducting a current through a semiconductor substrate can itself be adopted for heating.
  • the aforementioned semiconductor layer epitaxially grown on a porous layer may be a single crystal layer of a semiconductor film or a multilayer semiconductor film formed by layering a plurality of semiconductor layers.
  • this semiconductor layer may be from the same substance as that semiconductor substrate or another substance.
  • a semiconductor film various kinds of semiconductor film or films can be used. For example, a single crystal silicon semiconductor film, a complex semiconductor gallium arsenide, etc., a complex silicon semiconductor Si Ge, or films suitably combined and composed can also be used.
  • the substrate of a complex semiconductor can be used as a substrate.
  • a composite semiconductor film can be formed on the porous layer.
  • the p-type and p-type of impurities can be added to the semiconductor film formed on the porous layer during its epitaxial growth.
  • impurities can be added over a continuous surface or selectively by ion implantation, diffusion, etc. after the formation of an epitaxial semiconductor layer.
  • the type of conductivity and concentration and the type of impurities are selected in accordance with the object of its use.
  • the thickness of the epitaxial semiconductor layer may be suitably selected in accordance with the purpose of the thin semiconductor film.
  • the semiconductor layer can be formed for example at a thickness of 5 ⁇ t (micrometers).
  • the sign ⁇ t indicates the unit of measurement of linear quantities - micrometers.
  • the impurity concentrations and film thicknesses of these layers are in principle unlimited, but, for example, preferably, the p + - type semiconductor layer is specified by the film thickness in the range from 0 to 1 ⁇ t, usually 0.5 ⁇ t, and boron B, as p is the type of impurity, the concentration specified in the range from 10 18 to 10 20 atoms / st 3 , usually at the level of 10 19 atoms / st 3 ; p - type semiconductor layer is specified by the film thickness within the range from 1 to 100 ⁇ t, usually 5 ⁇ m, and the boron concentration is set in the range from 10 14 to 10 17 atoms / cm b , usually
  • 10 16 atoms / st 3 , and u + - the type of semiconductor layer is specified by the film thickness lying in the range from 0.0001 to 1 ⁇ t, usually 0.03 ⁇ t, and the concentration of phosphorus, P, arsenide, As 5 in the range from 10 18 up to 10 20 atoms / cm b , usually 10 19 atoms / cm 3 .
  • the semiconductor film can be composed by epitaxial growth p + - type of silicon layer, p - type Si ⁇ x Ge x - step layer, undoped Si x _ y Ge y layer, and - type Si ⁇ x Ge x - step layer, and n + - the type of silicon layer in this sequence and in this application for the preparation of a double heterostructured solar cell.
  • Typical examples of layers for composing these double heterostructures preferably for the p + type silicon layer, the concentration of impurities lies at 10 19 atoms / st 3 and the layer thickness at 0.5 ⁇ t; for the p - type Sts_ x Ge x - a stepped layer, the impurity concentration is at a level October 16 atoms / st 3 and the layer thickness at 1 ⁇ t; for an undoped Si x _ y Ge y layer, the y-layer is 0.7 and the layer thickness is at level 1; for n - type Si x _ x Ge x - step layer, the concentration of impurities lies at the level of 10 16 atoms / 'st 3 and the layer thickness at the level of 1 ⁇ t; and for n + - type silicon layer, the concentration of impurities lies at the level of 10 10 atoms / st 3 and the layer thickness at the level of 0.5 ⁇ t.
  • the manufacture of solar cells can be carried out before breaking off the semiconductor substrate. In this case, the peeling process will be carried out after the support substrate is attached to the semiconductor film formed on the porous layer and the semiconductor layer is peeled off from the semiconductor substrate together with the support substrate.
  • a supporting substrate in solar cells can be composed of a plurality of substrates, for example, a sheet of glass such as window glass, a metal substrate, a ceramic substrate, or a flexible substrate composed of a transparent resinous film or sheet (hereinafter, simply provided for consideration as a sheet) and so on.
  • a multilayer silicon semiconductor film is epitaxially grown on a semiconductor substrate, on the surface of which a porous layer is formed. Further, for example, a thermal oxidation process is conducted to form an oxidized layer having a thickness of 10 to 200 pts on the surface of the semiconductor film. Then, the oxidized surface film of the semiconductor film is screened to form a bonding layer using photolithography. Alternatively, it is also possible to form holes only in areas where connections to the semiconductor layer are necessary.
  • a conductive layer for composing the electrode and the interconnect layer for example, a single metal layer such as Al or multilayer metal layers formed by layering a plurality of metal layers, are finally formed on a continuous surface by vacuum deposition, and so on, and this is a pattern for forming the required electrodes and wiring pattern by photolithography and etching.
  • the electrodes and wiring pattern can be formed using screen printing, for example, contact stencil- printing, which is used in the manufacture of metallization of single-crystal and multicrystalline solar cells.
  • the so-called printed circuit board made of a transparent polymer sheet on which the required electrodes and wiring patterns are made that is, the so-called printed hinged elements are formed, prepared in advance and this printed circuit board is connected to the semiconductor film formed on the porous a layer for forming an electrical contact of the respective parts.
  • the electrodes of the semiconductor film and the printed circuit are connected, for example, by solder.
  • other parts, unlike electrodes, can be attached using a transparent bonding element, such as epoxy resin.
  • the support substrate is not limited to a printed circuit board — a transparent sheet of material can also be adhered.
  • a supporting substrate such as a printed circuit board or a transparent sheet of material is attached, tensile stress can be applied to the semiconductor substrate, thereby causing destruction in the high porous layer or on the interface between the highly porous layer and the intermediate porous layer or the interface between the highly porous layer and a semiconductor substrate, the epitaxial semiconductor layer is easily peeled off from the semiconductor substrate on the supporting substrate.
  • flexible solar cells made up of a thin semiconductor film on a support substrate such as a printed circuit board can be obtained.
  • the porous layer remains on the back of the semiconductor film opposite the supporting substrate.
  • it is possible to remove this porous layer for example, by etching.
  • a metal film such as silver paste used as another ohmic electrode or as a reflective film can be formed on a porous layer without removing it. This reflective surface will improve the efficiency of photoelectric conversion.
  • the semiconductor substrate, from which the semiconductor film is peeled off can be a base on its surface and is subjected to many times the same operation to form a porous layer and solar cells and so on.
  • the thickness of the semiconductor substrate can be made, for example, at a level of 200 to 300 ⁇ t, while the thickness of the semiconductor substrate spent on the preparation of the solar cell is from 3 to 20 ⁇ t, so even the thickness consumed after ten repeated uses is from 30 to 200 ⁇ t. Therefore, the semiconductor substrate can be reused quite a lot. According to the process of the present invention, expensive single-crystal semiconductor substrates can be reused repeatedly, and therefore, solar cells can be produced with low energy consumption, while costs are reduced. Further, the semiconductor substrate obtained during processing becomes significantly thinner. After such a multiple procedure, it can itself be used to perform a solar cell.
  • Fig. L is a schematic side view of an example of an anode device for operating the present invention.
  • FIG. 2 (A) - 2 (C) is a cross-sectional view illustrating a sequence of steps for forming a porous structure on a semiconductor substrate in accordance with an embodiment of the method of the present invention.
  • FIG. 3 (A) - 3 (D) is a cross-sectional view illustrating the growth stages of an epitaxial semiconductor layer, the relationship of the structural support of the semiconductor layer, the separation of the semiconductor layer from the substrate along the line of relative least strength of the porous structure defined in the porous structure to obtain a separated thin semiconductor product .
  • FIG. 4 (A) - 4 (D) is a cross-sectional view illustrating the steps of forming a second porous structure in accordance with an alternative embodiment.
  • FIG. 5 (A) - 5 (B) is a cross-sectional view illustrating the steps of growing a semiconductor layer on the porous structure shown in FIG. 4 (A) - 4 (D) and separating the semiconductor layer from the semiconductor substrate.
  • FIG. 6 (A) - 6 (E) is a cross-sectional view illustrating a sequence of steps for forming a multilayer porous structure in accordance with a third embodiment of the invention.
  • FIG. 7 (A) - 7 (B) is a cross-sectional view illustrating a sequence of steps for forming a semiconductor film on a porous structure made in FIG. 6 (A) - 6 (E) and the separation of the semiconductor layer from the semiconductor substrate.
  • FIG. 8 (A) - 8 (F) is a cross-sectional view illustrating another embodiment of a process for forming a multilayer porous structure on a semiconductor substrate, forming a semiconductor film on a porous structure, and separating the semiconductor film from the semiconductor substrate.
  • FIG. 9 (A) - 9 (D) is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the method of the present invention for forming a multilayer porous structure on a semiconductor substrate.
  • FIG. 10 (A) to 10 (D) is a cross-sectional view illustrating the formation of a multilayer semiconductor film on the porous structure shown in FIG. 9 (A) - 9 (D) and the separation of the multilayer semiconductor film from the semiconductor substrate.
  • FIG. H (A) - H (C) is a cross-sectional view illustrating the formation of a multilayer porous structure on a semiconductor substrate.
  • FIG. 12 (A) - 12 (B) is a cross-sectional view illustrating the formation of a multilayer semiconductor film on the porous structure shown in FIG. H (A) - P (C) and the formation and copying of the pattern of the insulating layer afterwards to determine the contact holes, respectively.
  • FIG. 13 (A) to 13 (B) is a cross-sectional view illustrating the formation of electrodes in the contact windows of the substrate prepared in FIG. 1 (C) and the connection of the printed circuit board to the electrodes and the semiconductor substrate, respectively.
  • FIG. 14 (A) - 14 (B) is a cross-sectional view illustrating the separation of the structure of the solar cell panel from the semiconductor substrate and the attachment of the rear metal electrode, respectively.
  • FIG. 15 (A) - 15 (D) is a cross-sectional view illustrating the formation of a multilayer porous structure on a semiconductor substrate.
  • FIG. 16 (A) - 16 (B) is a cross-sectional view illustrating the formation of an epitaxially grown thin semiconductor film on a porous substrate shown in 15 (D) and the separation of a thin semiconductor film from a semiconductor film, respectively.
  • FIG. 17 (A) - 17 (E) is a cross-sectional view illustrating the formation of another porous structure on a semiconductor substrate and the formation of an epitaxially grown thin semiconductor film on it.
  • FIG. 18 (A) - 18 (E) is a cross-sectional view illustrating the formation of another porous structure on a semiconductor substrate and the formation of a thin semiconductor film on it.
  • FIG. 19 (A) - 19 (B) is a cross-sectional view illustrating the formation of an electrode structure on a semiconductor thin film and the attachment of a conductive structural member and a transparent substrate to the structure of the solar panel, respectively.
  • FIG. 20 (A) - 20 (B) is a cross-sectional view illustrating the separation of the structure of the solar panel from the semiconductor substrate and the attachment of the back electrode, respectively.
  • FIG. 21 (A) - 21 (C) is a side view of views of a plurality of solar panel structures indicating a method of the present invention through an intermediate formation step.
  • FIG. 22 (A) - 22 (B) is a side view of the views illustrating the shown method of the final stages of forming the solar panels prepared in FIG. 21 (A) - 21 (C).
  • FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of a micrograph of a main part of a porous layer during the manufacturing process of the present invention in cross-section before heat treatment.
  • FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of a micrograph of a major part of a porous layer during the manufacturing process of the present invention after heat treatment.
  • FIG. 25 (A) - 25 (E) is a cross-sectional view illustrating the formation of a heterojunction and a porous structure on a semiconductor substrate in accordance with an embodiment of the method of the present invention for the manufacture of emitting diodes.
  • FIG. 26 (A) - 26 (D) is a cross-sectional view illustrating the steps of attaching electrodes and a supporting substrate and separating a diode substrate from a semiconductor substrate in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 (A) - 27 (C) is a cross-sectional view illustrating the subsequent steps of attaching a second array of electrodes and a second supporting substrate in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 (A) and FIG. 28 (B) composite views of the process.
  • FIG. 2 and FIG. 3 shows a process diagram of an example of implementation 1.
  • a semiconductor substrate 11 was made of monocrystalline silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.02 to 0.03 ⁇ st (Fig. 2A).
  • this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a two-sided structure of an electrochemical cell explained in FIG.
  • a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was turned on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.1 W / cm 2 , at the same time a source of electromagnetic radiation A with a power density of electromagnetic radiation of 0.1 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through electrodes ZA and ZV with a current density of 8 tL / st 2 for 15 minutes. At the same time, sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire stage of anodization and their characteristics did not change over time.
  • An incandescent lamp was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • a surface layer 12S was formed having a porosity of 27% and a thickness of 11 ⁇ t (Fig. 2B).
  • the current supply was stopped for a moment, and then using a magnetic field source B (Fig. 1) a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations OD W / cm 2 was turned on , at the same time, the electromagnetic radiation source A was switched on with an electromagnetic radiation power density of 0.1 W / cm 2 ; at the same time, the anodizing current was supplied through ZA and ZV electrodes with a current density of 150 tA / st 2 for 1.5 seconds . In this case, source A was turned on for 0.5 s, source B was turned on continuously, and source B for 0.7 s and their characteristics did not change over time.
  • An incandescent lamp was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • a highly porous layer is located between the previous formed surface layer 12S (Fig. 2C).
  • a porous layer 12 composed of a surface layer 12S and a highly porous layer 12H was formed.
  • the surface layer 12S and the highly porous layer 12H have large differences in porosity, therefore, large stresses are introduced at the interface between the surface layer 12S and the highly porous layer 12H, and the strength of the material becomes extremely small around the vicinity of the interface.
  • heat treatment which is annealing at 1100 C
  • annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 C for about 20 minutes and holding at 1100 0 C for approximately 30 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth and the strength porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H was made even more brittle.
  • the temperature was reduced from the annealing temperature of 1110 ° C to 1020 ° C in an H 2 atmosphere and the epitaxial growth of silicon was carried out for 18 minutes using 5 ⁇ 2 2 gas as a gas source.
  • an epitaxial semiconductor film 13 made of single crystal silicon having a thickness of 5 ⁇ t was formed on the surface of the porous layer 12 (FIG. 3A).
  • the epitaxial semiconductor layer 13 was peeled off from the semiconductor substrate 11.
  • a bonding element 14 was deposited on the surface of the epitaxial semiconductor film 13 and on the back side of the semiconductor substrate 11, respectively, and the flexible supporting substrate 15 made of a poly ethylene terephthalate was adhered to this connecting element 14 (Fig. 3B).
  • the bond strength of the support substrate 15 with this bonding element 14 was selected more durable than the separation strength in the porous layer 12.
  • FIG. 4-5 the process diagram of implementation example 2.
  • a semiconductor substrate 11 was made of single-crystal silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.02 to 0.03 ⁇ st (Fig. 4A )
  • this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • the anodization was carried out using an anodizing apparatus having a two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG. one.
  • a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using an alternating current source 2 with a frequency of 60 Hz.
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.1 W / cm 2, at the same time a source of electromagnetic radiation was turned on A with a power density of electromagnetic radiation of 0.1 W / cm; at the same time, an anodizing current was applied through electrodes ZA and ZV with a current density of 1 mA / cm g for 7 minutes. Moreover, sources A, B and C were included periodically with a period of 0.7 minutes.
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created; at the same time, an ultrasonic vibration source B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.01 W / cm 2 at the same time, the electromagnetic radiation source A was switched on with an electromagnetic radiation power density of 0.1 W / cm 2 ; at the same time, the anodizing current was supplied through the ZA and ZV electrodes with a current density of 8 tA / st 2 for 8 minutes. At the same time, sources A, B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics increased over time by 40% with a constant increment component.
  • An incandescent lamp and a matrix of emitting diodes were used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • an intermediate porous layer 12M having a porosity of 26% and a thickness of 6, b ⁇ m and having a greater porosity compared to the surface layer 12S was formed under the surface layer 12S (Fig. 4C).
  • the current supply was stopped again for a moment and then using a magnetic field source B (Fig.
  • a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.1 W / cm 2 was turned on at the same time, the electromagnetic radiation source A was switched on with an electromagnetic radiation power density of 0.1 W / cm 2 ; at the same time, the anodizing current was supplied through ZA and ZV electrodes with a current density of 210 tA / st 2 for 4 seconds . At the same time, sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire stage of anodizing and their characteristics increased over time by 10% with a constant increment component. As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used.
  • a highly porous layer 12H having a higher porosity than this intermediate porous layer 12M having a porosity of 61% and a thickness of 0.05 ⁇ m was formed in the intermediate porous layer 12M (Fig. 4D).
  • a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H.
  • annealing, silicon epitaxial growth, and peeling is carried out in the same sequence as described in embodiment 1.
  • the heat treatment which is annealing at 1300 ° C was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure.
  • the annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1300 C for approximately 25 minutes and holding at 1300 C for approximately 40 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more fragile. After that, the temperature was reduced from the annealing temperature of 1300
  • an epitaxial semiconductor film 13 made of monocrystalline silicon having a thickness of 5 ⁇ t was formed on the surface of the porous layer 12S (Fig. 5A).
  • the epitaxial semiconductor layer 13 was peeled off from the semiconductor substrate 11.
  • a bonding element 14 was deposited on the surface of the epitaxial semiconductor film 13 and on the back side of the semiconductor substrate 11, respectively, and a flexible supporting substrate 15 made of sheet poly- ethylene terephthalate was bonded by this bonding element 14.
  • the bond strength of the support substrate 15 with this bonding element 14 was selected to be stronger than the separation strength in the porous layer 12. Then, a directional compressed jet of water caused a breaking stress to separate the resulting thin semiconductor film from a semiconductor substrate.
  • FIG. 6 and FIG. 7 is a process diagram of an example of implementation 3.
  • a semiconductor substrate 11 was made of monocrystalline silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.02 to 0.03 Ost (Fig. 6A).
  • this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • anodizing was performed using an anodizing apparatus having a two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG.
  • a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
  • a magnetic field source B Fig.
  • An incandescent lamp was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductance coil (solenoid) and permanent magnets were used as a source of magnetic field B.
  • a surface layer 12S was formed having a porosity of 16% and a thickness of 1.7 ⁇ t (Fig. 6B).
  • the current supply was stopped for a moment, and then using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with magnetic induction was created
  • the source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.05 W / cm 2 , and at the same time, an anodizing current was supplied through ZA and ZV electrodes with a current density of 4 tA / st 2 for 3 minutes .
  • sources B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1.5 T was created, at the same time the ultrasonic source was turned on oscillations of B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 ; at the same time, an anodization current was supplied through electrodes ZA and SV with a current density of 10 tA / st 2 for 6 minutes. At the same time, sources B and C were turned on continuously throughout the entire stage of anodization and their characteristics increased over time with 10% with a constant increment component.
  • An incandescent lamp was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductance coil (solenoid) and permanent magnets were used as a source of magnetic field B.
  • a second intermediate porous layer 12M2 having an intermediate porosity of 30% and a thickness of 6.6 ⁇ t was formed under the first intermediate porous layer 12Ml (Fig. 6D).
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created at the same time as the source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 1 W / cm 2 , at the same time, the anodizing current was supplied through the electrodes ZA and ZV with a current density of 200 tA / st 2 for 3 seconds.
  • sources B and C were turned on continuously throughout the entire stage of anodizing and their characteristics remained constant over time.
  • a highly porous layer 12H having a greater porosity than the intermediate porous layer 12M2 having a porosity of 60% and a thickness of 0.5 ⁇ t was formed (Fig. 6E).
  • a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, first and second intermediate layers 12Ml and 12M2, and a highly porous layer 12H.
  • the epitaxial semiconductor film 13 is formed by the epitaxial growth of silicon (Fig. 7A), and the polyethylene terephthalate sheet (not shown) serving as a support substrate was bonded. Flaking epitaxial semiconductor film 13 and the semiconductor substrate 11 was carried out by the destruction of the highly porous layer 12H of the porous layer 12 or in its vicinity (Fig. 7B). Destructive stresses of highly porous 12 were created by tensile stress to the polyethylene terephthalate film. In Embodiment 3, between the highly porous layer 12H and the surface layer 12S, the first and second intermediate layers 12Ml and 12M2 having porosities increasing towards the highly porous layer 12H are created. These intermediate layers perform the task of buffer layers. Therefore, the magnitude of the effect of stress due to the highly porous 12H layer can be more effectively reduced.
  • FIG. 4 and FIG. 5 is a process diagram of an example of implementation 4.
  • a semiconductor substrate 11 was prepared made of single-crystal silicon doped with boron B at a high concentration and having a resistance of 0.02 to 0.03 ⁇ st (Fig. 4A).
  • this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a double-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG. one.
  • a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.1 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through electrodes ZA and ZV with a current density of 1 tA / st 2 for 8 minutes. At the same time, sources B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component. A laser was used as the source of electromagnetic radiation A. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • a surface layer 12S having a porosity of 16% and a thickness of 1.7 ⁇ t having a very small pore diameter was formed compared to the surface layer 12S in the first embodiment (FIG. 4B).
  • the anodization was carried out by gradually increasing the current density from 1 tA / st 2 to 10 tA / st 2 for 16 minutes, with a speed of increasing current density I mA / ' st 2 per minute.
  • the magnetic field source B was switched on (Fig. 1) and a magnetic field with a magnetic induction of 1.5 T and a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.01 W / cm were created.
  • an intermediate porous layer 12M having a varying porosity of 16% to 30% and a thickness of 6, S ⁇ m was formed under the surface layer 12S (Fig. 4C).
  • the current supply was stopped for a moment, and then the current was supplied with a current density of 200 tA / st 2 for 3 seconds.
  • the magnetic field source B was switched on (Fig. 1) and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T and a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 were created .
  • Fig. 4D was formed in an intermediate porous layer 12M, a highly porous layer 12H having a greater porosity of 60% and a thickness of 0.05 ⁇ t than this intermediate porous layer 12M.
  • a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H.
  • the porosity of the intermediate porous layer 12M is very different from that of the highly porous layer 12H. Therefore, large stresses are created at the interface between the highly porous layer 12H and the intermediate layer 12M and close to this surface, thus, the mechanical strength of the porous structure in this vicinity becomes very small.
  • heat treatment which is annealing at 1100 C
  • the annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 30 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more fragile.
  • Example 2 After the above steps, which are identical, as in Example 2, the adhesion of a sheet of polyethylene terephthalate (not shown) serving as a supporting substrate was carried out and peeling (Fig. 5B), epitaxial semiconductor film 13 and semiconductor substrate 11 was carried out by destruction of the highly porous layer 12H the porous layer 12 or in the vicinity thereof by applying tensile forces to the supporting substrates directed in opposite directions.
  • the surface layer 12S which has a small and dense porosity and becomes smoother due to annealing in price. Therefore, the semiconductor film 13 epitaxially grown on the surface layer 12S is formed and has even better crystallinity. As a result, an ultrathin silicon single-crystal solar cell with a surface area of 150 x 150 mm x mm was obtained.
  • Implementation Example 5
  • FIG. 8 shows a process diagram of an example of implementation 5.
  • a semiconductor substrate 11 made of single-crystal silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.02 to 0.03 ⁇ .cm was prepared (Fig. 8A).
  • the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a two-sided structure of an electrochemical cell explained in FIG.
  • a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV of the cells IA and IB immersed in the electrolyte solution using a direct current source 2.
  • a magnetic field source B (Fig. 1)
  • a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created at the same time the source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 ; at the same time, the anodizing current was supplied through the electrodes ZA and SV with a current density of 1 tL / st 2 for 8 minutes.
  • the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.018 W / cm 2.
  • the sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
  • a source of electromagnetic radiation A a matrix of emitting diodes was used.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • a surface layer 12S was formed having a porosity of 16% and a thickness of 1.7 ⁇ t (Fig. 8B).
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1.5 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, the electromagnetic radiation source A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2 , at the same time, the anodizing current was supplied through electrodes ZA and ZV with a current density of 7 tA / st 2 for 8 minutes. Moreover, sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
  • a matrix of emitting diodes was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • an intermediate porous layer 12M having a porosity of 26% and a thickness of 6, b ⁇ m and having a greater porosity compared to the surface layer 12S was formed under the surface layer 12S (Fig. 8C).
  • the current supply was stopped again for a moment, and then using a magnetic field source B (Fig.
  • a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.07 was turned on W / cm 2 , at the same time, the source of electromagnetic radiation A with an electromagnetic power density of 0.18 W / cm 2 was turned on , at the same time, an anodizing current was supplied through the ZA and ZV electrodes with a current density of 200 tA / st 2 at 0.7 min ut, then the current supply was again stopped for a minute, then a current of 200 tA / st 2 was supplied for 0.7 seconds. Moreover, sources A, B and C were turned on continuously throughout stages of anodization and their characteristics over time remained constant.
  • a matrix of emitting diodes was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • a highly porous 12H layer was formed having a porosity of 60% and a thickness of 50 r ⁇ and larger compared to the intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H was formed under the intermediate porous layer 12M (Fig. 8D).
  • a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H.
  • heat treatment which is annealing at 1100 C
  • the annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 3 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle.
  • the epitaxial semiconductor film 13 and the semiconductor substrate 11 are separated (Fig. 8F).
  • a highly porous layer 12H is formed at the bottom or under the intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H can be formed with very high porosity.
  • the porosity of the highly porous layer is significantly improved during high-temperature annealing in an H 2 atmosphere. Accordingly, the epitaxial semiconductor film 13 on the porous layer 12 can be very easily peeled off along the high porous layer 12H or in its vicinity.
  • FIG. 23 and FIG. 24 are schematic views based on microphotographs with a magnification of 100,000 of a cross section of an intermediate porous layer 12M and a highly porous layer 12H in this embodiment before and after high-temperature annealing in an H 2 atmosphere. As is evident from a comparison of these two species, the growth of crystalline grains is caused by high-temperature annealing in an H 2 atmosphere.
  • FIG. 8 shows a process diagram of an example of implementation 6.
  • a semiconductor substrate 11 made of single-crystal silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.01 to 0.02 ⁇ st (Fig. 8A) was prepared.
  • this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • anodizing was carried out using an anodizing apparatus having the two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG.
  • a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
  • a magnetic field source B Fig.
  • a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 was turned on , at the same time an anodized current was applied. through electrodes ZA and SV with a current density of 1 tA / st 2 for 8 minutes.
  • the electromagnetic radiation source A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm.
  • sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
  • a matrix of emitting diodes was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • a surface layer 12S was formed having a porosity of 16% and a thickness of 1.7 ⁇ t (Fig. 8B).
  • a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H.
  • the porosity is very different between the highly porous layer 12H, the intermediate layer 12M and the substrate 11, therefore, large stresses are introduced on the interface of these layers and in its vicinity, thus the strength of the highly porous layer and the surrounding area becomes very unstable.
  • heat treatment which is annealing at 1100 C
  • the annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 3 minutes.
  • the surface of the porous layer 12 becomes smooth and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H was made even more brittle.
  • the temperature was reduced from the annealing temperature 1100
  • the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, thereby producing the intended thin semiconductor film 23 (FIG. 8F).
  • the intended thin semiconductor film 23 FIG. 8F.
  • FIG. 8 shows a process diagram of an example of implementation 7.
  • a semiconductor substrate 11 was prepared made of monocrystalline silicon, doped with boron B at a high concentration and having a resistance of 0.01 to 0.02 ⁇ st (Fig. 8A). Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a two-sided structure of an electrochemical cell explained in FIG.
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1.5 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 was turned on , at the same time a current was applied anodizing through electrodes ZA and ZV with a current density of 1 tA / st 2 for 6 minutes.
  • the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2.
  • sources A, B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing phase and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
  • a matrix of emitting diodes was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • a surface layer 12S was formed having a porosity of 16% and a thickness of 1.5 ⁇ t (Fig. 8B).
  • a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H.
  • heat treatment which is annealing at 1100 C
  • the annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 3 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle. After that, the temperature was reduced from the annealing temperature of 1100
  • FIG. 8 shows a process diagram of an example of implementation 8.
  • a semiconductor substrate 11 was prepared made of monocrystalline silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.01 to 0.02 ⁇ .cm (Fig. 8A).
  • anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a two-sided structure of an electrochemical cell explained in FIG.
  • a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through ZA and ZV electrodes with current density at the level of 1 tA / st 2 for 5 minutes.
  • the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2 , while sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing phase. and their characteristics over time decreased by 5% with a constant component of the increment.
  • a matrix of emitting diodes was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • a surface layer 12S was formed having a porosity of 13% and a thickness of 1.5 ⁇ t (Fig. 8B).
  • a porous layer 12 was formed comprising a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H.
  • heat treatment which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure.
  • the annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 C during about 20 minutes and holding at 1100 C 0 for about
  • the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, thereby obtaining the intended thin semiconductor film 23 (Fig. 8F).
  • FIG. 4 and FIG. 5 shows a process diagram of an example of implementation 9.
  • a semiconductor substrate 11 was made of single-crystal silicon doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.01 to 0.02 ⁇ st (Fig. 4A).
  • this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • anodizing was carried out using an anodizing apparatus having the two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG.
  • the current was passed between Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through ZA and ZV electrodes with a current density of 1 tA / st 2 for 8 minutes.
  • the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.1 W / cm 2.
  • sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing phase and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
  • a matrix of emitting diodes was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • a surface layer 12S was formed (Fig. 4B).
  • the current supply was stopped for a moment, and then the current was supplied with a current density of 7 tA / st 2 for 8 minutes.
  • an intermediate porous layer 12M was formed under the surface layer 12S (Fig. 4C).
  • the current supply was stopped again for a moment, and then the current was supplied for 3 seconds with a current density of 200 tA / st 2 and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created.
  • a highly porous 12H layer was formed.
  • this highly porous layer 12H was formed inside the intermediate porous layer 12M.
  • a porous layer 12 was formed comprising a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H (Fig. 4D).
  • an oxidation step was carried out.
  • This oxidation step was carried out by dry oxidation, which included high-temperature heating to 400 C in an oxygen atmosphere.
  • the inner-lying portion of the porous layer 12 was oxidized, a large structural changes in the porous layer were prevented even during subsequent heat treatment in an H 2 atmosphere, and the stress caused by the proximity of the interface of the highly porous layer 12H straining the surface layer can be effectively reduced or completely eliminated.
  • heat treatment which is annealing at 1100 C
  • Annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 C for about 20 minutes and holding at 1100 0 C for approximately ZOminut. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle. After that, the temperature was reduced from the annealing temperature of 1100
  • the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, thereby obtaining the intended thin semiconductor film 23 (Fig. 5B).
  • the intended thin semiconductor film 23 Fig. 5B.
  • an ultrathin silicon single-crystal solar cell with a surface area of 150X150LShXLSh was obtained.
  • FIG. 4 and FIG. 5 shows a process diagram of an embodiment 10.
  • a semiconductor substrate 11 made of single-crystal silicon doped with boron B at a high concentration and having a resistance of 0.01 to 0.02 ⁇ , cm was prepared (Fig. 4A).
  • this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • anodizing was carried out using an anodizing apparatus having the two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG.
  • a semiconductor substrate 11 made of monocrystalline silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution HF - was poured into the first electrochemical cell IA.
  • C 2 H 5 OH 2: 1
  • a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV of cells IA and immersed in the electrolyte solution and IB using a DC source 2.
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through ZA and ZV electrodes with a current density of 1 rpA / st 2 for 8 minutes.
  • the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2.
  • sources A, B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time. with a constant component of the increment.
  • a matrix of emitting diodes was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • a surface layer 12S was formed having a porosity of 16% and a thickness of 1.7 ⁇ t (Fig. 4B).
  • a porous layer 12 was formed comprising a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H (Fig. 4D).
  • heat treatment which is annealing at 1100 C
  • the annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 3 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle. After that, the temperature was reduced from the annealing temperature.
  • the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, thereby producing the intended thin semiconductor film 23 (FIG. 5B).
  • the concentration of hydrofluoric acid increased.
  • the porosity of the porous layer became smaller. Therefore, in this case, since a porous layer is formed having extremely fine-grained small pores on the surface of the porous layer 12, an epitaxially grown epitaxial semiconductor film formed on this porous layer is a film with perfect crystallinity.
  • the concentration of hydrofluoric acid in the electrolyte solution is high, significant porosity cannot be achieved by applying current with a current density of 200 tA / st 2 in 3 seconds, but in this example, at the stage of formation of a highly porous 12H layer, the concentration of hydrofluoric acid in the electrolyte solution was reduced — by replacing the electrolyte before the formation of a highly porous layer, so a highly porous 12H layer having a large porosity could be produced.
  • the result was an ultrathin silicon single crystal solar cell with a surface area of 150 x 150 mm x mm.
  • FIG. 6 and FIG. 7 shows a process diagram of an example implementation 11.
  • a semiconductor substrate 11 was made of mono crystalline silicon doped with boron B at high concentration and having a resistance of 0.01 to 0.02 ⁇ st (Fig. 6A).
  • this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • anodizing was carried out using an anodizing apparatus having the two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG.
  • a semiconductor substrate 11 made of monocrystalline silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution HF - was poured into the first electrochemical cell IA.
  • C 2 H 5 OH 2: 1
  • a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV of cells IA and immersed in the electrolyte solution and IB using a DC source 2.
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through ZA and ZV electrodes with a current density of 1 tA / st 2 for 8 minutes.
  • the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2.
  • sources A, B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time. with a constant component of the increment.
  • a matrix of emitting diodes was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • a surface layer 12S was formed having a porosity of 14% and a thickness of 2 ⁇ t (Fig. 6B).
  • the current supply was stopped for a moment, and then the current was supplied with a current density of 7 tA / st 2 for 6 minutes.
  • This stage was formed a first intermediate 12Ml porous layer having a porosity of 20% and a thickness of 6.4 ⁇ t (Fig. 6C).
  • the current was supplied with a current density of 7 tA / st 2 for 2 minutes.
  • a second intermediate porous layer 12M2 was formed having a porosity of 26% and a thickness of 1.7 ⁇ t (Fig. 6D).
  • a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, a first intermediate porous layer 12Ml, a second intermediate layer 12M2 and a highly porous layer 12H.
  • high-temperature annealing in a hydrogen atmosphere was carried out, then the process of epitaxial growth, and finally the process of peeling an epitaxially grown thin semiconductor film from a semiconductor substrate by applying a breaking voltage to the highly porous layer.
  • heat treatment which is annealing at 1100 C 0 , was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure.
  • Annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 0 C for approximately 20 minutes and holding at 1100 0 C for approximately ZOminut. Using this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle.
  • the temperature was reduced from the annealing temperature of 1100 C to 1030 C ° in an H 2 atmosphere and the epitaxial growth of silicon was carried out for 17 minutes using SiH 4 B gas as a gas source.
  • an epitaxial semiconductor film 13 made of single-crystal silicon having a thickness of about 5 ⁇ t was formed on the surface of the porous layer 12 (Fig. 7A). Further, as in the above-described embodiments, the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, thereby obtaining the intended thin semiconductor film 23 (Fig. 7B).
  • the first and second porous layers 12Ml and 12M2 were formed.
  • the concentration of hydrofluoric acid was reduced.
  • the concentration of hydrofluoric acid was further reduced during the formation of the highly porous 12H layer. Therefore, the porosity increased stepwise from the surface layer 12S to the highly porous layer 12H, and therefore, the stress effect on the surface of the porous layer 12 by the highly porous layer 12H can be effectively reduced, and the crystallinity of the epitaxially grown epitaxial semiconductor layer 13 on the porous layer 12 can be made large.
  • the concentration of hydrofluoric acid was further reduced, so the fragility of this porous 12H layer could be further increased, and the peeling, that is, the delamination property of the epitaxial semiconductor film 13 from the semiconductor substrate 11, could be increased .
  • Implementation Example 12 This implementation example demonstrates the case where an epitaxial semiconductor film, that is, a thin semiconductor film, has a multi-layer structure, i.e., a p + / p- / n + structure.
  • FIG. 9 and FIG. 10 is a process diagram of an example of implementation 12.
  • a semiconductor substrate 11 was made of single-crystal silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.01 to 0.02 ⁇ .cm (FIG. 9A).
  • this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a double-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG. .
  • a semiconductor substrate 11 made of single crystal silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution HF -.
  • a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
  • a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 was turned on , at the same time an anodizing current was applied through electrodes ZA and ZV with a current density of 7 tL / st 2 for 8 minutes (Fig. 9B).
  • the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.1 W / cm 2.
  • sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing phase and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
  • a matrix of emitting diodes was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • an intermediate porous layer 12M was formed.
  • the current supply was stopped again for a moment, and then the current was supplied with a current density of 200 shA / st 2 for 3 seconds and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created.
  • a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate layer 12M, and a highly porous layer 12H.
  • heat treatment which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure.
  • Annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 0 C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately ZOminut. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle.
  • a thin p + type epitaxial semiconductor film doped with boron was formed at a high concentration (Fig. 10 A).
  • This step was carried out at normal pressure using SiH 4 and -S 2 H 6 gases for two minutes. Further, the gas flow rate of B 2 H 6 gas was changed and silicon epitaxial growth was carried out for 17 minutes to form the second epitaxial semiconductor layer 132 made in the form of a p-type silicon layer doped with boron at a low concentration (Fig. 10 B) .
  • PH 3 gas was supplied instead of B 2 H 6 gas, and silicon epitaxial growth doped with phosphorus at a high concentration was carried out on the p-epitaxial semiconductor layer 132 for 2 minutes to form the third epitaxial semiconductor layer 133 made in the form of n + silicon (Fig. 10 C).
  • an epitaxial semiconductor layer 13 having a p + / p- / n + structure including a first 131, a second 132 and a third 133 epitaxial semiconductor layers.
  • the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, and the processes were carried out to obtain the intended thin semiconductor film 23 (Fig. 10 D).
  • the porous layer adhered to the thin semiconductor film 23 has been removed by etching.
  • a thin semiconductor film 23 made of a three-layer p + / p- / n + structure can constitute a solar cell.
  • This implementation example demonstrates the case when an epitaxial semiconductor film consists of a semiconductor with a complex chemical composition.
  • the epitaxial semiconductor film 13 is formed as an epitaxial semiconductor film of gallium arsenide (GaAs).
  • the steps from FIG. 9A to FIG. 9D were used, similar to the steps that were used in implementation example 12, and further, with the epitaxial growth of the epitaxial semiconductor layer 13, heteroepitaxial growth was carried out at a substrate temperature of 720 ° C for 1 hour at atmospheric pressure by the method of vapor deposition of organometallic compounds using trimethyl gallium gas, and AsH 3 as the source gas in accordance with the deposition process from the gas phase of the metallo-connected s thus formed was epi- Taxi semiconductor film 13 made of GaAs and having a thickness of 3 ⁇ t.
  • the epitaxial semiconductor film 13 was separated from the semiconductor substrate 11 to obtain a thin semiconductor film 23 made of an epitaxial semiconductor film 13.
  • Implementation Example 14 This implementation example demonstrates the case when solar cells are produced.
  • FIG. 11 to FIG. 18 shows the production of solar cells.
  • Fig - Fig presents a diagram of the production of solar panels.
  • the following positions are indicated: electrode or hinged element - pos.17; hinged element - pos.19; transparent substrate - pos. 18, 42, 104; electrodes - pos.24, 102, 106; printed circuit board - pos.20; glue - pos.21, 103; explorer - pos.41; semiconductor layer - keys 101 and 105.
  • an epitaxial semiconductor film that is, a thin semiconductor film having a multi-layer structure, that is, p + / p- / n + structure, is formed by the same process as in the example implementations 12.
  • a semiconductor substrate 11 was prepared made of single-crystal silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.01 to 0.02 ⁇ st.
  • this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
  • anodizing was performed using an anodizing apparatus having a double-sided electrochemical cell structure as explained in FIG. .
  • a semiconductor substrate 11 made of single crystal silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution HF -.
  • current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
  • a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.01 W / cm 2 was turned on , simultaneously with this was applied to the anodizing current through the electrodes ZA and SV with a current density of 1 tL / st 2 for 8 minutes to form a surface layer 12S (Fig. 11 A).
  • the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2.
  • sources A, B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time. with a constant component of the increment.
  • a matrix of emitting diodes was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • the current supply was stopped for a moment, and then using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created at the same time as the source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, the anodizing current was supplied through the electrodes ZA and ZV with a current density of 7 tA / st 2 for 8 minutes (Fig. 9B). At the same time, the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.018 W / cm 2. The sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing phase and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component .
  • a matrix of emitting diodes was used as a source of electromagnetic radiation A.
  • An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
  • an intermediate porous layer 12M was formed.
  • the current supply was stopped again for a moment, and then the current was supplied with a current density of 200 tAJst 2 for 3 seconds, and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, as well as ultrasonic vibrations with an oscillation power density of 0, 02 W / cm.
  • a porous layer 12 was formed comprising a surface layer 12 S, an intermediate layer 12M, and a highly porous layer 12H.
  • heat treatment which is annealing at 1100 C
  • the annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 3 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle.
  • the first semiconductor epitaxial layer 131 made of p + type silicon layer having a thickness of 0.5 ⁇ t and doped with boron to a concentration of 10 to 19 atoms per centimeter cube.
  • SiH 4 and 2 gases were used as gas sources 2 H 6 .
  • the gas flow rate of ⁇ 2 H 6 gas was changed and silicon epitaxial growth was carried out for 17 minutes to form the second epitaxial semiconductor layer 132 of a thickness of 5 ⁇ m made in the form of a p-type silicon layer doped with boron at a low boron concentration of up to 10 to 16 atoms per centimeter cube
  • PH 3 gas was supplied instead of B 2 H 6 gas and silicon epitaxial growth doped with phosphorus at a high concentration, until concentration was carried out on a p-epitaxial semiconductor nickel layer 132 for 2 minutes to form a third epitaxial semiconductor layer 133 made in the form of n + silicon.
  • an epitaxial semiconductor layer 13 having a p + / p- / n + structure comprising a first 131, a second 132 and a third 133 epitaxial semiconductor layers (Fig. 12 A) was formed.
  • a silicon oxide film that is, a transparent insulating film 16
  • a silicon oxide film was formed on the epitaxial semiconductor layer 13 by thermal oxidation and then stencilled using photolithography to form holes 16W for contacts with electrodes or attachments ( Fig. 12 B).
  • the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, and the processes were carried out to obtain the intended thin semiconductor film 23 (Fig. 10 D).
  • the porous layer adhered to the thin semiconductor film 23 has been removed by etching.
  • a thin semiconductor film 23 made of a three-layer p + / p- / n + structure can constitute a solar cell.

Abstract

The invention relates to novel and improved thin semiconductor films and to methods for producing thin crystalline semiconductor films which are applicable to different types of substrates. Said films can be flexible. The inventive methods consist in forming a multi-porous semiconductor structure comprising two or more different porosity layers by producing the combined through time action of anode oxidation, electromagnetic radiation, magnetic and electric fields and ultrasonic oscillations. The thin semiconductor film is grown on a porous structure. Electrodes and/or required carrier substrate can be connected to the grown layer. The grown layer is separated from a semiconductor substrate where the porous structure has the lowest strength. The separated semiconductor layer secured on the carrier substrate can be, afterwards, used for producing improved film devices, solar batteries, solar cells and light-emitting diodes. The inventive thin semiconductor films are perfect in terms of the crystalline structure thereof and, therefore, are cheap in production and are suitable for producing low-cost solar cells and light-emitting diodes.

Description

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК ПОЛУПРОВОДНИКОВ METHOD FOR MANUFACTURING THIN FILMS OF SEMICONDUCTORS
Область техникиTechnical field
Данное изобретение относится к области полупроводниковой техники и электроники, а именно к способам изготовления тонких пленок полупроводников, в том числе для солнечных элементов и излучающих диодов. В частности, изобретение относится к способам формирования полупроводниковых пленоч- ных слоев на подложке с множеством описанных здесь пористых слоев, которые имеют управляемые и относительно отличающиеся пористости.This invention relates to the field of semiconductor technology and electronics, and in particular to methods for manufacturing thin films of semiconductors, including for solar cells and emitting diodes. In particular, the invention relates to methods for forming semiconductor film layers on a substrate with a plurality of porous layers described herein that have controlled and relatively different porosities.
Уровень техникиState of the art
По данной тематике были изучены свойства большого количество мате- риалов для их возможного применения для изготовления солнечных элементов. Кремний, который является вторым самым распространенным элементом в земной коре (26% от массы земли составляет кремний) и свойства которого не вызывают опасений в возможном загрязнении окружающей среды, представляет особый интерес для исследований. Подавляющее большинство солнечных элемен- тов (более девяносто процентов объема производства солнечных элементов) в мире изготавливаются на основе кремния. Задачи, стоящие перед разработчиками солнечных элементов состоят в том, чтобы снизить себестоимость солнечного элемента, повысить КПД преобразования электромагнитного излучения Солнца в электричество, повысить надежность в эксплуатации и максимально умень- шить временной промежуток для возврата энергии, затраченной для изготовления солнечных элементов. Для удовлетворения требований по высокому значению КПД преобразования и высокой надежности в настоящее время монокристаллический кремний является наилучшим материалом дла его использования для производства солнечных элементов, но одновременно тяжело получать мо- некристаллический кремний солнечного качества по низкой цене. Поэтому, в области солнечных элементов, в частности, в области солнечных элементов с большой площадью поверхности, продолжаются активные научно- исследовательские и опытно-конструкторские работы по солнечным элементам с применением тонких пленок на основе поликристаллического кремния или аморфного кремния. В тонкопленочных солнечных элементах на основе поликристаллического кремния чистота кремния увеличивается технологией перегонки от начального — металлургического кремния. Слиток формируется процессом разливки в форму, в то время как подложка формируется применением мульти-проволочной резки или другой высокоскоростной разделяющей технологии. Однако, процесс для удаления фосфора и бора из металлургического кремния, приготовление слитка высокого качества, путем разливки в формы, увеличение площади поверхности подложки, и процесс мульти-проволочной резки или другой высокоскоростной процесс разделения требуют очень высокого уровня технологии, поэтому подложки, которые существенно были бы дешевле и имели хорошие рабочие харак- теристики на данный момент еще не были произведены. К тому же, толщина пленок подложки составляет приблизительно 200 микрометров, и этот факт делает проблематичным изготовление гибкой подложки.The properties of a large number of materials for their possible application for the manufacture of solar cells were studied on this topic. Silicon, which is the second most abundant element in the earth's crust (silicon makes up 26% of the earth’s mass) and whose properties do not cause concern about possible environmental pollution, is of particular interest for research. The vast majority of solar cells (more than ninety percent of the production of solar cells) in the world are made on the basis of silicon. The challenges facing the developers of solar cells are to reduce the cost of the solar cell, increase the efficiency of conversion of the electromagnetic radiation of the Sun into electricity, increase operational reliability and minimize the time period for returning the energy spent for the manufacture of solar cells. To meet the requirements for a high conversion efficiency and high reliability, monocrystalline silicon is currently the best material for its use for the production of solar cells, but at the same time it is difficult to obtain monocrystalline silicon of solar quality at a low price. Therefore, in the field of solar cells, in particular in the field of solar cells with large surface area, active research and development work on solar cells using thin films based on polycrystalline silicon or amorphous silicon is ongoing. In thin-film solar cells based on polycrystalline silicon, the purity of silicon is increased by the technology of distillation from the initial - metallurgical silicon. An ingot is formed by the casting process, while the substrate is formed using multi-wire cutting or other high speed separation technology. However, the process for removing phosphorus and boron from metallurgical silicon, the preparation of a high-quality ingot by casting into molds, increasing the surface area of the substrate, and the multi-wire cutting process or other high-speed separation process require a very high level of technology, therefore the substrates that were substantially would be cheaper and have good performance at the moment have not yet been produced. In addition, the thickness of the substrate films is approximately 200 micrometers, and this fact makes it difficult to manufacture a flexible substrate.
Аморфный кремний на поверхности подложки может быть сформирован из пластика с помощью технологии осаждением из газовой фазы. Поэтому воз- можно формирование гибкого тонкого слоя аморфного кремния. В результате, могут быть сформированы солнечные элементы, имеющие широкий спектр применений. Однако существуют недостатки аморфного кремния в том, что коэффициент преобразования ниже, чем у поликристаллического кремния и монокристаллического кремния, и коэффициент преобразования очень сильно и быстро деградирует в процессе эксплуатации.Amorphous silicon on the surface of the substrate can be formed from plastic using vapor deposition technology. Therefore, the formation of a flexible thin layer of amorphous silicon is possible. As a result, solar cells having a wide range of applications can be formed. However, there are disadvantages of amorphous silicon in that the conversion coefficient is lower than that of polycrystalline silicon and single-crystal silicon, and the conversion coefficient very much and quickly degrades during operation.
Монокристаллический кремний позволяет получить высокие значения коэффициента преобразования солнечной энергии в электрическую и высокую эксплуатационную надежность. Тонкие пленки на основе монокристаллического кремния могут быть изготовлены по технологии кремний на изоляторе, которая применяется в интегральных схемах, но эта технология обладает низкой производительностью. При использовании этой технологии производственные затраты становятся очень значительными, и это является проблемой для применения этой технологии для производства дешевых солнечных элементов.Monocrystalline silicon allows to obtain high values of the coefficient of conversion of solar energy into electrical energy and high operational reliability. Thin films based on single-crystal silicon can be fabricated using silicon on an insulator technology, which is used in integrated circuits, but this technology has low productivity. Using this technology, manufacturing costs become very significant, and this is a problem for the application of this technology for the production of cheap solar cells.
Также температура технологического процесса при производстве монокристаллического кремния относительно высока, поэтому этот процесс тяжело осу- ществить на пластиковой или стеклянной подложке при низкой термической стойкости подложек. Трудности получения монокристаллического кремния на пластиковой подложке затрудняют производство гибких тонких пленок на основе монокристаллического кремния.Also, the temperature of the technological process in the production of single-crystal silicon is relatively high; therefore, this process is difficult to carry out on a plastic or glass substrate with low thermal resistance of the substrates. Difficulties in producing single-crystal silicon on a plastic substrate make it difficult to produce flexible thin films based on single-crystal silicon.
Из уровня техники [US6326280] известен способ изготовления тонких по- лупроводниковых пленок при изготовлении тонких монокристаллических кремниевых солнечных элементов, в соответствии с которым последовательно осуществляют по меньшей мере одно анодирование полупроводниковой подложки в растворе электролита на основе плавиковой кислоты и этилового спирта (HF + C2H5OH) и формируют три пористых слоя. Два с низкой пористостью и один с высокой пористостью. После чего осуществляют высокотемпературный отжиг полупроводниковой подложки с поверхностным пористым слоем, сформированным на этапе анодирования в восстановительной атмосфере водорода. После этого на поверхности низкопористого слоя с помощью процесса эпитакси- ального наращивания выращивают тонкопленочную монокристаллическую структуру солнечного элемента, имеющую р - я переход с p+ областью. Осуществляют приклеивание гибкой поддерживающей подложки к полученной тонкой полупроводниковой пленке. Разделяют гибкую поддерживающую подложку с тонкой полупроводниковой подложкой от полупроводниковой подложки с помощью внешнего растягивающего усилия. Осуществляют металлизацию и на- носят антиотражающее покрытие.The prior art [US6326280] discloses a method for manufacturing thin semiconductor films in the manufacture of thin single-crystal silicon solar cells, in accordance with which at least one anodizing of a semiconductor substrate in a solution of hydrofluoric acid and ethyl alcohol electrolyte (HF + C 2 H 5 OH) and form three porous layers. Two with low porosity and one with high porosity. After that, a high-temperature annealing of the semiconductor substrate is carried out with a surface porous layer formed at the stage of anodizing in a hydrogen reducing atmosphere. After that, a thin-film single-crystal structure of a solar cell having a pth junction with a p + region is grown on the surface of a low-porous layer using an epitaxial growth process. A flexible support substrate is adhered to the resulting thin semiconductor film. A flexible support substrate with a thin semiconductor substrate is separated from the semiconductor substrate using an external tensile force. Metallization is carried out and an antireflection coating is applied.
К недостаткам указанного способа, в частности, относят невозможность получения тонких монокристаллических пленок большой площади и соответственно состоящих из них солнечных элементов, что существенно влияет на себестоимость и КПД последних. Из-за того, что нет возможности изготовить тонкие монокристаллические пленки и солнечные элементы большой площади, их себестоимость не может быть низкой. Не удается получить солнечные элементы с высокими показателями КПД преобразования солнечной радиации в электричество. Так, указанной японской корпорацией [US6326280] и ее сотрудниками были получены солнечные элементы с лучшими показателями КПД преобразования солнеч- ной радиации в электричество равным КПД = 12,5% и максимальной площадью солнечного элемента 4,0 см2 .The disadvantages of this method, in particular, include the impossibility of producing thin single-crystal films of large area and, accordingly, solar cells consisting of them, which significantly affects the cost and efficiency of the latter. Due to the fact that it is not possible to produce thin single-crystal films and large-area solar cells, their cost cannot to be low. It is not possible to obtain solar cells with high rates of conversion of solar radiation to electricity. So, the indicated solar corporation [US6326280] and its employees obtained solar cells with the best efficiency indicators for converting solar radiation into electricity equal to efficiency = 12.5% and the maximum solar cell area of 4.0 cm 2 .
Также, что является очень важным в данном процессе изготовления тонких монокристаллических пленок и солнечных элементов, процесс анодирования в данном прототипе относительно слабо поддается контролю, что может вызвать разрушение пористого слоя на этапе его формирования во время проведения процесса анодирования, особенно при проведении анодирования при большой плотности тока анодирования. Критически важными факторами, обеспечивающими успех фотоэлектрической энергетики для промышленного изготовления и коммерческого использования являются: КПД преобразования солнечной радиа- ции в электричество, получение солнечных элементов большой площади (подложки с сформированными солнечными элементами на их основе с размерами 150 х 150 см и более) при низкой себестоимости производства, производство, обеспечивающее простоту изготовления и надежность, стабильность воспроизводства характеристик солнечных элементов, срок службы данного солнечного элемента, величина деградации КПД в процессе эксплуатации, срок окупаемости солнечного элемента в процессе его работы по выработке электрической энергии. В прототипе способа не удается получить воспроизводимость характеристик солнечного элемента. В частности таких характеристик как отслаиваемость сформированного солнечного элемента по всей площади от подложки, что связа- но с большим разбросом значений прочностных свойств сформированной пористой структуры, на которой в процессе изготовления удерживается солнечный элемент. Не удается отделить сформированную тонкую монокристаллическую структуру от первоначальной полупроводниковой подложки - отделение происходит частями площади сформированной полупроводниковой монокристалличе- ской структуры. Так, при проведении процесса отделения тонкого монокристаллического кремниевого солнечного элемента очень часто происходит разрушение солнечного элемента. Это разрушение солнечного элемента вызвано неоднородностью прочности структуры пористой структуры, что в свою очередь вызвано неоднородностью процесса анодирования поверхности полупроводниковой подложки при формировании пористой структуры. Также к недостаткам данного прототипа способа можно отнести довольно большую толщину пористого слоя, сформированного анодированием. Так минимальная толщина пористого слоя, сформированная анодированием составляет S/Jт -Also, which is very important in this process of manufacturing thin single-crystal films and solar cells, the anodization process in this prototype is relatively poorly controlled, which can cause destruction of the porous layer at the stage of its formation during the anodization process, especially when anodizing at high density anodizing current. The critical factors ensuring the success of photovoltaic energy for industrial manufacturing and commercial use are: the efficiency of converting solar radiation into electricity, the production of large area solar cells (substrates with formed solar cells based on them with dimensions of 150 x 150 cm or more) at low the cost of production, production, ensuring ease of manufacture and reliability, stability of reproduction of the characteristics of solar cells, the service life of the solar cell, the efficiency degradation value during operation, payback of a solar cell during its operation for generating electric energy. In the prototype of the method cannot reproduce the characteristics of the solar cell. In particular, such characteristics as the peeling of the formed solar cell over the entire area from the substrate, which is associated with a wide range of strength properties of the formed porous structure, on which the solar cell is held during the manufacturing process. It is not possible to separate the formed thin single-crystal structure from the initial semiconductor substrate — separation occurs by parts of the area of the formed semiconductor single-crystal structure. So, during the process of separation of a thin single-crystal silicon solar cell, destruction often occurs solar cell. This destruction of the solar cell is caused by the heterogeneity of the strength of the structure of the porous structure, which in turn is caused by the heterogeneity of the process of anodizing the surface of the semiconductor substrate during the formation of the porous structure. Also, the disadvantages of this prototype method include a rather large thickness of the porous layer formed by anodizing. So the minimum thickness of the porous layer formed by anodizing is S / Jt -
2OjUm , что составляет существенную часть полупроводниковой подложки и соответственно предопределяет себестоимость будущего солнечного элемента или устройства, сформированного на данной пористой структуре, т.е. в структуру будущего устройства включается стоимость материала полупроводниковой подложки, израсходованного на получение пористой структуры, а также стоимость химических реактивов, электроэнергии, оплата труда обслуживающего персонла (при проведении такого длительного процесса анодирования). Такие существен- ные толщины пористой структуры увеличивают себестоимость солнечного элемента и соответственно уменьшают его конкурентоспособность. К недостаткам данного способа относится относительно низкий КПД преобразования солнечной радиации в электричество. Так, КПД преобразования солнечной радиации в электричество компаний, производящих солнечные элементы на основе монокри- сталлического кремния в промышленных масштабах, достигает 22%, а лабораторные образцы достигают 25%. Такие различия в КПД преобразования солнечной радиации в электроэнергию солнечных элементов, изготовленных сотрудниками японской корпорацией [US6326280] и промышленно изготавливаемых, например, корпорацией SшiРоwеr Соrроrаtiоп, производящей солнечные элементы на основе монокристаллического кремния, связаны с не оптимальной пористой структурой, а также всего солнечного элемента и его структуры в целом. Неоднородная по площади полупроводниковой подложки и неоптимальная пористая структура, на которой в последствии эпитаксиально наращивается монокристаллическая кремниевая структура солнечного элемента, вызывает напряжения на поверхности, соприкасающейся с эпитаксиально растущим монокристаллическим слоем и эти напряжения генерируют дислокации и дефекты кристалличе- ской структуры будущего монокристаллического кремниевого солнечного элемента. В свою очередь эти дефекты кристаллической структуры вызывают захват электрических носителей зарядов, сгенерированных в процессе освещения электромагнитным излучением Солнца солнечного элемента, и их ре- комбинацию, что в свою очередь уменьшает КПД преобразования солнечной радиации в электроэнергию.2OjUm, which is an essential part of the semiconductor substrate and, accordingly, determines the cost of a future solar cell or device formed on a given porous structure, i.e. the structure of the future device includes the cost of the material of the semiconductor substrate used to obtain the porous structure, as well as the cost of chemicals, electricity, staff wages (during such a long anodizing process). Such substantial thicknesses of the porous structure increase the cost of the solar cell and, accordingly, reduce its competitiveness. The disadvantages of this method include the relatively low efficiency of converting solar radiation into electricity. Thus, the efficiency of converting solar radiation into electricity by companies producing solar cells based on monocrystalline silicon on an industrial scale reaches 22%, and laboratory samples reach 25%. Such differences in the efficiency of converting solar radiation into electric energy of solar cells manufactured by employees of the Japanese corporation [US6326280] and industrially manufactured, for example, by the SшiРоwer-Sorroratiop corporation producing solar cells based on single-crystal silicon, are associated with an unsatisfactory porous structure, as well as the entire solar cell and its structure as a whole. The nonuniform area of the semiconductor substrate and the non-optimal porous structure, on which the single-crystal silicon structure of the solar cell subsequently epitaxially grows, causes stresses on the surface in contact with the epitaxially growing single-crystal layer and these stresses generate dislocations and crystal defects structure of the future single-crystal silicon solar cell. In turn, these defects in the crystal structure cause the capture of electric charge carriers generated during the illumination of the solar cell by electromagnetic radiation of the Sun, and their combination, which in turn reduces the efficiency of conversion of solar radiation into electricity.
Суть изобретенияThe essence of the invention
Задачей изобретения является создание способа изготовления тонких полупроводниковых пленок, позволяющего получать тонкие полупроводниковые пленки больших поверхностных площадей с высокой степенью кристаллического совершенства в т.ч. для создания солнечных элементов обладающих высоким КПД фотоэлектрического преобразования солнечного элемента при низкой стоимости изготовления и высокой производительности процесса.The objective of the invention is to provide a method for manufacturing thin semiconductor films, which allows to obtain thin semiconductor films of large surface areas with a high degree of crystalline perfection including to create solar cells with high photovoltaic conversion efficiency of a solar cell at low manufacturing costs and high process performance.
Поставленную задачу решают путем создания способа изготовления тон- ких полупроводниковых пленок в котором последовательно осуществляют: по меньшей мере одно анодирование полупроводниковой подложки в растворе электролита на основе плавиковой кислоты с получением пористой слоистой структуры; высокотемпературный отжиг в восстановительной атмосфере водорода; эпитаксиальное наращивание тонкой полупроводниковой пленки; при- клеивание гибкой поддерживающей подложки к полученной тонкой полупроводниковой пленке; разрушение высокопористого слоя и отделение гибкой поддерживающей подложки с тонкой полупроводниковой пленкой от полупроводниковой подложки; металлизацию. При этом в соответствии с изобретением:The problem is solved by creating a method for manufacturing thin semiconductor films in which the following are successively carried out: at least one anodizing of the semiconductor substrate in a hydrofluoric acid based electrolyte solution to produce a porous layered structure; high temperature annealing in a reducing atmosphere of hydrogen; epitaxial build-up of a thin semiconductor film; bonding a flexible support substrate to the resulting thin semiconductor film; the destruction of the highly porous layer and the separation of the flexible supporting substrate with a thin semiconductor film from the semiconductor substrate; metallization. Moreover, in accordance with the invention:
- плотность тока анодирования задают в диапазоне от 1 мА/см2 до 2 мА/см2; - при анодировании полупроводниковой подложки дополнительно осуществляют воздействие магнитным полем и/или электрическим полем и/или электромагнитным излучением и/или ультразвуком;- the anodization current density is set in the range from 1 mA / cm 2 to 2 mA / cm 2 ; - when anodizing a semiconductor substrate, an additional effect is exerted by a magnetic field and / or an electric field and / or electromagnetic radiation and / or ultrasound;
- высокотемпературный отжиг осуществляют в течение от 1 минуты до 1 часа при температуре 900-1400° С; - эпитаксиальное наращивание тонкой полупроводниковой пленки осуществляют при температуре 800-1400° С в течение от 1 минуты до 1 часа; разрушающее напряжение для отделения тонкой полупроводниковой пленки от полупроводниковой подложки вызывают путем приложения: термических напряжений (возникающих во время охлаждения и/или нагрева), и/или ультразвука, и/или механических напряжений путем рассечения механическим внедрением.- high-temperature annealing is carried out for 1 minute to 1 hour at a temperature of 900-1400 ° C; - epitaxial build-up of a thin semiconductor film is carried out at a temperature of 800-1400 ° C for from 1 minute to 1 hour; breaking stress for separating a thin semiconductor film from a semiconductor substrate is caused by application of: thermal stresses (occurring during cooling and / or heating), and / or ultrasound, and / or mechanical stresses by dissection by mechanical incorporation.
При этом, в соответствии с изобретением, длину волны электромагнитного излучения во время анодирования задают в диапазоне от гамма-излучения до 100 мкм.Moreover, in accordance with the invention, the wavelength of electromagnetic radiation during anodization is set in the range from gamma radiation to 100 μm.
При этом, в соответствии с изобретением, значение плотности энергии магнитного поля во время анодирования задают в диапазоне 1 - 1- W3Дж/cм3.Moreover, in accordance with the invention, the value of the magnetic field energy density during anodization is set in the range 1 - 1 - W 3 J / cm 3 .
При этом, в соответствии с изобретением, значение плотности энергии электрического поля во время анодирования задают в диапазоне 1 - 1- IQ3 Дж/см3.Moreover, in accordance with the invention, the value of the energy density of the electric field during anodization is set in the range of 1 - 1 - IQ 3 J / cm 3 .
При этом, в соответствии с изобретением, значение магнитной индукции во время проведения анодирования задают в диапазоне 1 - 10 Тл.Moreover, in accordance with the invention, the value of magnetic induction during anodization is set in the range of 1 to 10 T.
При этом, в соответствии с изобретением, значение напряженности магнитного поля во время анодирования задают в диапазоне 1 А/м - 1- 103AZM .Moreover, in accordance with the invention, the value of the magnetic field during anodization is set in the range of 1 A / m - 1-10 3 AZM.
При этом, в соответствии с изобретением, значение напряженности электрического поля во время анодирования задают в диапазоне 1 В/м - 1- 103 В/м. При этом, в соответствии с изобретением, значение плотности мощности ультразвуковых колебаний во время анодирования задают в диапазоне 1 - Ю"1 Вт/см2 - 1 Вт/см2.Moreover, in accordance with the invention, the value of the electric field during anodization is set in the range of 1 V / m - 1 - 10 3 V / m. Moreover, in accordance with the invention, the value of the power density of ultrasonic vibrations during anodization is set in the range 1 - 10 "1 W / cm 2 - 1 W / cm 2 .
При этом, в соответствии с изобретением, значение частоты ультразвуко- вых колебаний во время анодирования задают в диапазоне 1 10 Гц до 1- 10 Гц. При этом, в соответствии с изобретением, при анодировании используют полупроводниковую подложку с сопротивлением 0,001 Ω • см - 1 Ω • см.Moreover, in accordance with the invention, the value of the frequency of ultrasonic vibrations during anodization is set in the range of 1 10 Hz to 1-10 Hz. Moreover, in accordance with the invention, a semiconductor substrate with a resistance of 0.001 Ω • cm - 1 Ω • cm is used for anodizing.
При этом, в соответствии с изобретением, во время анодирования используют полупроводниковую подложку с концентрацией легирующих примесей на уровне 1018 -1022 атомов/см3. При этом, в соответствии с изобретением, концентрация плавиковой кислоты в растворе электролита находится в диапазоне 1-100 % . При этом, в соответствии с изобретением, во время анодирования раствор электролита имеет рН 1-7.Moreover, in accordance with the invention, a semiconductor substrate with a dopant concentration of 10 18 -10 22 atoms / cm 3 is used during anodization. Moreover, in accordance with the invention, the concentration of hydrofluoric acid in the electrolyte solution is in the range of 1-100%. Moreover, in accordance with the invention, during anodization, the electrolyte solution has a pH of 1-7.
При этом, в соответствии с изобретением, при анодировании для создания магнитного поля используют постоянные магниты и/или соленоиды (катушки индуктивности).Moreover, in accordance with the invention, with anodizing, permanent magnets and / or solenoids (inductors) are used to create a magnetic field.
При этом, в соответствии с изобретением, в качестве источника тока при анодировании используют источник постоянного тока и/или источник переменного тока и/или источник импульсного тока.Moreover, in accordance with the invention, a direct current source and / or an alternating current source and / or a pulse current source are used as an anodizing current source.
При этом, в соответствии с изобретением, в качестве источника электро- магнитного излучения во время анодирования используют источник электромагнитного излучения с постоянной и/или переменной и/или импульсной плотностью мощности электромагнитного излучения.Moreover, in accordance with the invention, an electromagnetic radiation source with a constant and / or variable and / or pulsed power density of electromagnetic radiation is used as the source of electromagnetic radiation during anodization.
При этом, в соответствии с изобретением, в качестве источника электромагнитного излучения с постоянной и/или переменной и/или импульсной плот- ностью мощности электромагнитного излучения используют лампу и/или матрицу излучающих диодов и/или лазер.Moreover, in accordance with the invention, a lamp and / or a matrix of emitting diodes and / or a laser are used as a source of electromagnetic radiation with a constant and / or variable and / or pulsed power density of electromagnetic radiation.
При этом, в соответствии с изобретением, источник электромагнитного излучения конструктивно выполнен в виде перфорированной пластины, проницаемой для раствора электролита в местах ее перфорации, прозрачной для электро- магнитного излучения и устойчивой к химическому воздействию электролита.Moreover, in accordance with the invention, the electromagnetic radiation source is structurally made in the form of a perforated plate, permeable to the electrolyte solution in the places of its perforation, transparent to electromagnetic radiation and resistant to the chemical effect of the electrolyte.
При этом, в соответствии с изобретением, в процессе анодирования воздействие магнитным полем и/или электрическим полем и/или электромагнитным излучением и/или ультразвуком осуществляют периодически или непрерывно.Moreover, in accordance with the invention, in the anodizing process, exposure to a magnetic field and / or an electric field and / or electromagnetic radiation and / or ultrasound is carried out periodically or continuously.
При этом, в соответствии с изобретением, при анодировании воздействие магнитного поля и/или электрического поля и/или электромагнитного излучения и/или ультразвука постоянно по направлению воздействия и/или изменяется в декартовой системе координат, например, концентрируется и/или уменьшается на единицу площади обрабатываемой полупроводниковой подложки.Moreover, in accordance with the invention, when anodizing, the effect of a magnetic field and / or electric field and / or electromagnetic radiation and / or ultrasound is constantly in the direction of action and / or changes in the Cartesian coordinate system, for example, it is concentrated and / or decreases per unit area processed semiconductor substrate.
При этом, в соответствии с изобретением, плотность энергии магнитного поля и/или плотность энергии электрического поля и/или плотность мощности электромагнитного излучения и/или плотность мощности ультразвука при ано- дировании оставляют неизменной и/или увеличивают и/или уменьшают в том числе импульсно и/или периодически и/или с постоянной составляющей приращения, где постоянная составляющая лежит в диапазоне от 1 до 100% численного значения физического воздействующего фактора, причем изменение воздейст- вующего фактора лежит во временном диапазоне от 10 б с. до 5 мин.Moreover, in accordance with the invention, the energy density of the magnetic field and / or the energy density of the electric field and / or the power density of electromagnetic radiation and / or the power density of ultrasound at doping is left unchanged and / or increased and / or decreased, including pulse and / or periodically and / or with a constant component of the increment, where the constant component lies in the range from 1 to 100% of the numerical value of the physical influencing factor, and the change in the influencing factor lies in the time range from 10 bp . up to 5 minutes
В результате этого мы получаем ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния совершенного качества с толщиной от 1 до 100 μm, отслоенный от исходной подложки с поверхностной площадью от 100, 1000 и более см2 предварительно анодированной поверхности. Детальное описание изобретенияAs a result of this, we obtain an ultrathin silicon monocrystalline solar cell of perfect quality with a thickness of 1 to 100 μm, peeled from the original substrate with a surface area of 100, 1000 or more cm 2 of pre-anodized surface. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Часть поверхности полупроводниковой подложки обрабатывается как минимум одним совместным во времени с процессом анодной обработки воздействием - электромагнитным излучением, магнитным полем, электрическим полем и ультразвуковых колебаний для формирования множества пористых слоев, имеющих варьируемые степени пористости смежные к поверхности полупроводниковой подложки.A part of the surface of the semiconductor substrate is treated with at least one exposure that is simultaneous with the process of anode treatment — electromagnetic radiation, magnetic field, electric field, and ultrasonic vibrations to form many porous layers having varying degrees of porosity adjacent to the surface of the semiconductor substrate.
В предпочтительном осуществлении, подложка анодируется при первой анодной обработке при первой плотности тока, плотности мощности электромагнитного излучения, плотности мощности ультразвуковых колебаний, плотности энергии магнитного поля и электрического поля для обеспечения первого пористого слоя, смежного к поверхности, имеющего первую пористость. Второй этап анодной обработки производится вслед за первым этапом обработки, и используется большая плотность тока, а также большая плотность мощности электромагнитного излучения, большая плотность мощности ультразвуковых колебаний, большая плотности энергии магнитного поля и электрического поля для обеспечения второго пористого слоя смежного с первым пористым слоем, причем пористость второго пористого слоя больше, чем пористость первого пористого слоя. Отличие в пористости между первым пористым слоем и вторым пористым слоем обеспечивает неустранимую линию или зону относительной механической непрочности пористого материала относительно близлежащих слоев, причем эта непрочность сосредоточена во втором пористом слое или смежной к нему по- верхности раздела между первым пористым слоем и вторым пористым слоем. Линия низкой прочности или ломкости, внесенная деформацией, вызванной различием постоянных решеток смежных пористых слоев, позволяет меж- слойное разделение пористых слоев и любых пленок, выращенных на них от ос- тающегося второго пористого слоя и подложки. В особо предпочтительном осуществлении производится третий этап анодной обработки при третьей большей плотности тока, а также третьей большей плотности мощности электромагнитного излучения, плотности мощности ультразвуковых колебаний, плотности энергии магнитного поля и электрического поля для образования третьего пористого слоя имеющего третью пористость большую, чем второй пористый слой. Третий пористый слой располагается внутри второго пористого слоя или прилегающему к второму пористому слою. В соответствии с осуществлением, относительная линия низкой прочности задается третьим пористым слоем или на или смежной поверхности раздела сформированной между третьим пористым слоем и вторым пористым слоем. После строительства пористых слоев, смежных с поверхностью подложки, как минимум один полупроводниковый пленочный слой формируется на поверхности первого пористого слоя. После этого полупроводниковая пленка отделяется от полупроводниковой подложки вдоль линии относительной ломкости для получения полупроводникового тонкопленочного устройства. В соответствии с изобретением, тонкая пленка полупроводника изготовляется благодаря изменению поверхности полупроводниковой подложки формированием пористой структуры включающей в себя два или более пористых слоя имеющих различную пористость, выращивание полупроводниковой пленки на поверхности пористой структуры, и разделение, снятие и (или) отслаивание по- лупроводниковой пленки от полупроводниковой подложки контролируемым или управляемым методом вдоль линии непрочности, созданной в слоистой пористой структуре.In a preferred embodiment, the substrate is anodized during the first anode treatment at a first current density, electromagnetic radiation power density, ultrasonic vibration power density, magnetic field energy density and electric field to provide a first porous layer adjacent to a surface having a first porosity. The second stage of anode processing is carried out after the first stage of processing, and a large current density is used, as well as a high power density of electromagnetic radiation, a high power density of ultrasonic vibrations, a high energy density of the magnetic field and electric field to provide a second porous layer adjacent to the first porous layer, moreover, the porosity of the second porous layer is greater than the porosity of the first porous layer. The difference in porosity between the first porous layer and the second porous layer provides an unremovable line or zone of relative mechanical weakness of the porous material relative to the adjacent layers, and this weakness is concentrated in the second porous layer or adjacent to it the interface between the first porous layer and the second porous layer. The line of low strength or brittleness introduced by deformation caused by the difference in the constant lattices of adjacent porous layers allows interlayer separation of the porous layers and any films grown on them from the remaining second porous layer and substrate. In a particularly preferred embodiment, the third stage of anode processing is performed at a third higher current density, as well as a third higher power density of electromagnetic radiation, power density of ultrasonic vibrations, magnetic field energy density and electric field to form a third porous layer having a third porosity greater than the second porous layer . The third porous layer is located inside the second porous layer or adjacent to the second porous layer. According to an embodiment, a relative line of low strength is defined by a third porous layer or on or an adjacent interface formed between the third porous layer and the second porous layer. After the construction of porous layers adjacent to the surface of the substrate, at least one semiconductor film layer is formed on the surface of the first porous layer. After that, the semiconductor film is separated from the semiconductor substrate along the line of relative fragility to obtain a semiconductor thin-film device. In accordance with the invention, a thin semiconductor film is made by changing the surface of the semiconductor substrate by forming a porous structure including two or more porous layers having different porosity, growing a semiconductor film on the surface of the porous structure, and separating, removing and / or peeling the semiconductor film from a semiconductor substrate in a controlled or controlled manner along the line of frailty created in a layered porous structure.
Кроме того, в процессе производства солнечных элементов в соответствии с заявленным изобретением солнечные элементы производятся способом включающем в себя этапы изменения поверхности полупроводниковой подложки для формирования пористой структуры, включающем в себя два или более пористых слоя, имеющих различную пористость, эпитаксиального слоя, имеющих различную пористость, эпитаксиального наращивания полупроводниковой пленки, включающей множество слоев, составляющих солнечный элемент на поверхности пористой структуры, и отслаивания или разделения полупроводниковой пленки эпитаксиального мультислоя от полупровод- никовой подложки вдоль линии ломкости, заданной в слоистой пористой структуре.In addition, in the manufacturing process of solar cells in accordance with the claimed invention, solar cells are produced by a method comprising the steps of changing the surface of a semiconductor substrate to form a porous structure including two or more porous layers having different porosity, epitaxial a layer having different porosity, epitaxial build-up of a semiconductor film including a plurality of layers constituting the solar cell on the surface of the porous structure, and peeling or separation of the semiconductor film of the epitaxial multilayer from the semiconductor substrate along the friability line specified in the layered porous structure.
Кроме того, в процессе для производства излучающих диодов в соответствии с данным изобретением, излучающие диоды изготовляются способом, использующим этапы изменения поверхности полупроводниковой подложки фор- мированием слоистой пористой структуры, включающей в себя два или более слоя, включая в себя первый пористый слой, составляющий светоизлучающую область и второй пористый разделяющий слой, имеющий большую пористость, располагающийся под светоизлучающей областью и за ней, отслаивание или разделение светоизлучающей области от полупроводниковой подложки вдоль линии ломкости, заданной в разделяющем слое слоистой пористой структуры.In addition, in the process for manufacturing emitting diodes in accordance with this invention, emitting diodes are manufactured by a method using the steps of changing the surface of a semiconductor substrate by forming a layered porous structure including two or more layers, including a first porous layer constituting the light emitting a region and a second porous separating layer having a large porosity located below and behind the light-emitting region, peeling or separation of the light-emitting region from uprovodnikovoy brittle substrate along a line defined in the separating layer layered porous structure.
Как указано выше, в соответствии с процессом данного изобретения поверхность полупроводниковой пластины изменяется формированием пористого слоя, полупроводниковый слой формируется на подложке эпитаксиальным наращиванием, и этот полупроводниковый слой отслаивается от полупроводнико- вой подложки посредством разрушения в пористом слое или на поверхности раздела с пористым слоем, так получается намеченная тонкая полупроводниковая пленка или солнечный элемент. Соответственно, эпитаксиально нарощенный полупроводниковый слой может быть сформирован с любой необходимой толщиной пленки. Дальше, отслаивание тонкой пленки полупроводника от подложки может быть надежно произведено посредством подходяще выбранной прочности пористого слоя, например, благодаря подбору пористости в пористой структуре соответствующих пористых слоев. Как описано выше, в соответствии с данным изобретением, тонкая пленка полупроводника может быть получена с любой достаточной толщиной с хорошей производительностью. Кроме того, при произ- водстве солнечных элементов, солнечные элементы с высоким коэффициентом преобразования света в электричество могут быть сформированы на основе того, что активная часть, составленная этим эпитаксиальным слоем, может быть составлена существенно тонкой и она может быть сформирована тонкой монокристаллической пленкой полупроводника, который выращивается эпитаксиально. Кроме того, так как теперь возможно получить гибкую структуру, различные применения, например, применения для солнечного автомобиля и т. п. становятся легко изготавливаемыми.As indicated above, in accordance with the process of the present invention, the surface of the semiconductor wafer is changed by the formation of a porous layer, the semiconductor layer is formed on the substrate by epitaxial growth, and this semiconductor layer is peeled off from the semiconductor substrate by destruction in the porous layer or on the interface with the porous layer, it turns out the intended thin semiconductor film or solar cell. Accordingly, an epitaxially extended semiconductor layer can be formed with any desired film thickness. Further, peeling of the semiconductor thin film from the substrate can be reliably performed by suitably selected strength of the porous layer, for example, by selecting porosity in the porous structure of the corresponding porous layers. As described above, in accordance with this invention, a thin film of a semiconductor can be obtained with any sufficient thickness with good performance. In addition, in the production of solar cells, solar cells with a high conversion rate of light into electricity can be formed on the basis of that the active part composed by this epitaxial layer can be composed substantially thin and it can be formed by a thin single-crystal semiconductor film that is grown epitaxially. In addition, since it is now possible to obtain a flexible structure, various applications, for example, applications for a solar car, etc., become easy to manufacture.
Кроме того, в варианте конструкции светоизлучающего диода в соответствии с данным изобретением сверхструктура может быть сформирована пористыми слоями имеющими различные пористости и поэтому может быть достигнуто улучшение коэффициента излучения.In addition, in the embodiment of the light emitting diode in accordance with this invention, the superstructure can be formed by porous layers having different porosities and therefore, an improvement in emissivity can be achieved.
Кроме того, в варианте конструкции предусмотрен способ изготовления тонких пленок полупроводников, включающий следующие этапы: формирование пористого слоя, имеющего первую пористость на поверхности подложки, формирование второго пористого слоя на его поверхности, внутри или под указан- ным первым пористым слоем, имеющего вторую пористость большую, чем указанную первую пористость, формирование по крайней мере одного тонкого полупроводникового слоя на указанной поверхности, отделение указанного тонкого полупроводникового слоя от указанной подложки по линии относительной наименьшей прочностью пористой структуры определенной в или смежной с ука- занным первым и вторым пористыми слоями, причем указанные первый и второй пористый слой сформированы совместным действием во времени электрохимического воздействия (анодирования), электромагнитного поля, магнитного поля, электрического поля и ультразвуковых колебаний.In addition, in the design embodiment, a method for manufacturing thin semiconductor films is provided, comprising the following steps: forming a porous layer having a first porosity on a substrate surface, forming a second porous layer on its surface, inside or below said first porous layer having a second porosity of large than said first porosity, forming at least one thin semiconductor layer on said surface, separating said thin semiconductor layer from said of the substrate along the line with the relative lowest strength of the porous structure defined in or adjacent to the indicated first and second porous layers, wherein said first and second porous layer are formed by the joint action in time of electrochemical exposure (anodization), electromagnetic field, magnetic field, electric field and ultrasonic vibrations.
В варианте конструкции обеспечивается тонкая полупроводниковая пленка сформированная в соответствии со способом, включающим в себя этапы: обеспечение полупроводниковой подложки имеющей поверхность, формирование первого пористого слоя, имеющего первую пористость на поверхности указанной подложки, формирование второго пористого слоя на, в, или под указанным первым пористым слоем, имеющим вторую пористость большую, чем у первого по- ристого слоя, формирование по крайней мере одного тонкого полупроводникового слоя на указанной поверхности, и разделение указанного тонкого полупровод- никового слоя от указанной подложки по линии относительной наименьшей прочности пористой структуры, определенной в или смежной с указанным первым и вторым пористыми слоями для получения указанной тонкой полупроводниковой структуры, причем указанные первый и второй пористый слой сформи- рованы совместным действием во времени электрохимического воздействия (анодирования), электромагнитного излучения, магнитного поля, электрического поля и ультразвуковых колебаний.An embodiment provides a thin semiconductor film formed in accordance with a method including the steps of: providing a semiconductor substrate having a surface, forming a first porous layer having a first porosity on the surface of said substrate, forming a second porous layer on, in, or below said first porous a layer having a second porosity greater than that of the first porous layer, the formation of at least one thin semiconductor layer on a specified surface minute, and separating said semiconductor thin a nickel layer from said substrate along the line of relative least strength of a porous structure defined in or adjacent to said first and second porous layers to obtain said thin semiconductor structure, said first and second porous layers being formed by the combined action of the time of electrochemical exposure (anodizing) electromagnetic radiation, magnetic field, electric field and ultrasonic vibrations.
Тут и далее под термином «coвмecтнaя комбинированная анодная обра- бoткa» имеется в виду совместное действие во времени электрохимического воз- действия (анодирования), электромагнитного излучения, магнитного поля и электрического поля и ультразвуковых колебаний.Hereinafter, the term “combined combined anode processing” refers to the combined time effect of electrochemical exposure (anodization), electromagnetic radiation, magnetic field and electric field and ultrasonic vibrations.
Тут и далее под термином «пapaмeтpы oбpaбoтки» имеется в виду численные значения физических величин, а именно: электрохимического воздействия (анодирования) выраженных в
Figure imgf000015_0001
электромагнитного излучения выра- женных в [Bm/cм2\, магнитного поля и электрического поля выраженных в плотность энергии электрического и магнитного поля, В - магнитная индукция Tn = ψ у 2 J5 H - напряженность магнитного поля γу J, E — напряжен¬
Hereinafter, the term "processing parameters" refers to the numerical values of physical quantities, namely: electrochemical effects (anodizing) expressed in
Figure imgf000015_0001
electromagnetic radiation expressed in [Bm / cm 2 \, magnetic field and electric field expressed in the energy density of the electric and magnetic fields, B is the magnetic induction Tn = ψ у 2 J 5 H is the magnetic field strength γу J, E is the stress
ность электрического поля ψ //M \, D - электрическое смещение ψ /уM 2 | и ультра-electric field ψ // M \, D - electric displacement ψ / уM 2 | and ultra
звуковых колебаний выраженных в [Вт/см2], которые они принимают при обра- ботке полупроводниковой подложки в растворе электролита на основе плавиковой кислоты.sound vibrations expressed in [W / cm 2 ], which they take when processing a semiconductor substrate in a hydrofluoric acid based electrolyte solution.
Обеспечивается тонкая полупроводниковая пленка, сформированная в соответствии со способом, включающем в себя этапы: обеспечение полупроводниковой подложки, имеющей поверхность, совместная комбинированная анод- ная обработка указанной полупроводниковой подложки при первых параметрах обработки для обеспечения первого пористого слоя, прилегающего к указанной поверхности, имеющего первую пористость, совместная комбинированная анодная обработка указанной полупроводниковой подложки при вторых параметрах обработки, больших, чем указанных первых параметрах обработки для обеспече- ния второй пористости смежным с указанным первым пористым слоем напротив указанной поверхности, указанный второй пористый слой имеет вторую пористость, большую, чем указанный первый пористый слой, отжиг указанной полупроводниковой подложки в атмосфере водорода после указанных этапов анодирования указанной полупроводниковой подложки для обеспечения второго пористого слоя, и формирование по крайней мере одного полупроводникового слоя на указанной поверхности.A thin semiconductor film is formed, formed in accordance with a method including the steps of: providing a semiconductor substrate having a surface, combined combined anodic treatment of said semiconductor substrate with first processing parameters to provide a first porous layer adjacent to said surface having first porosity , combined combined anode treatment of the specified semiconductor substrate with second processing parameters greater than specified first processing parameters to ensure the second porosity adjacent to the specified first porous layer opposite of said surface, said second porous layer has a second porosity greater than said first porous layer, annealing said semiconductor substrate in a hydrogen atmosphere after said steps of anodizing said semiconductor substrate to provide a second porous layer, and forming at least one semiconductor layer on said surface .
В варианте конструкции обеспечивается тонкая полупроводниковая пленка, сформированная в соответствии со способом, включающим в себя этапы: обеспечение полупроводниковой подложки, имеющей поверхность, формирова- ние первого пористого слоя смежного с поверхностью и имеющего первую пористость на поверхности указанной подложки, формирование второго пористого слоя в указанном первом пористом слое, имеющим вторую пористость, большую, чем у указанного первого пористого слоя, формирование по крайней мере одного тонкого полупроводникового слоя на указанной поверхности, и разделе- ние указанного тонкого полупроводникового слоя от указанной подложки по линии относительной наименьшей прочности пористой структуры, определенной в или смежной с указанными первым и вторым пористыми слоями для получения указанного тонкого полупроводникового слоя.An embodiment provides a thin semiconductor film formed in accordance with a method including the steps of: providing a semiconductor substrate having a surface, forming a first porous layer adjacent to the surface and having first porosity on the surface of said substrate, forming a second porous layer in said the first porous layer having a second porosity greater than that of the first porous layer, the formation of at least one thin semiconductor with laying on said surface, and separating said thin semiconductor layer from said substrate along a line of relative lowest strength of a porous structure defined in or adjacent to said first and second porous layers to obtain said thin semiconductor layer.
В варианте конструкции обеспечивается тонкая полупроводниковая плен- ка, сформированная в соответствии со способом, включающим в себя этапы: обеспечение полупроводниковой подложки имеющей поверхность, формирование одного пористого слоя, смежного с поверхностью, имеющего пористость на поверхности указанной подложки, формирование по крайней мере одного тонкого полупроводникового слоя на указанной поверхности, и разделение указанного тонкого полупроводникового слоя от указанной подложки по линии относительной наименьшей прочности пористой структуры для получения указанного тонкого полупроводникового слоя.An embodiment provides a thin semiconductor film formed in accordance with a method including the steps of: providing a semiconductor substrate having a surface, forming one porous layer adjacent to a surface having porosity on the surface of said substrate, forming at least one thin semiconductor layer on said surface, and separating said thin semiconductor layer from said substrate along a line of relative least strength n Risto structure to obtain said thin semiconductor layer.
В соответствии с реализацией данного изобретения поверхность полупроводниковой подложки может быть изменена совместной комбинированной анод- ной обработкой для формирования пористой структуры, включающей в себя два или более пористых слоя, каждый из которых имеет различную пористость. За- тем эпитаксиалыю наращивается полупроводниковая пленка на поверхности этой пористой структуры. После этого этот эпитаксиальный полупроводниковый слой отслаивается или отделяется от полупроводниковой подложки вдоль линии непрочности, сформированной в пористой структуре для получения намеченной тонкой пленки полупроводника.According to an embodiment of the present invention, the surface of the semiconductor substrate can be altered by combined combined anodic treatment to form a porous structure including two or more porous layers, each of which has a different porosity. Behind- thereby, a semiconductor film is grown on the surface of this porous structure by epitaxial. After that, this epitaxial semiconductor layer peels off or separates from the semiconductor substrate along the line of weakness formed in the porous structure to obtain the intended thin film of the semiconductor.
С другой стороны, оставшаяся полупроводниковая подложка может быть многократно повторно использована для производства указанных выше тонких полупроводниковых пленок. Кроме того, эта полупроводниковая подложка, которая становиться тоньше из-за повторных использований, может быть исполь- зована как тонкая пленка полупроводника.On the other hand, the remaining semiconductor substrate can be repeatedly reused for the production of the above thin semiconductor films. In addition, this semiconductor substrate, which becomes thinner due to repeated use, can be used as a thin semiconductor film.
На этапе формирования пористого слоя слой с низкой пористостью формируется на поверхности подложки. После этого слой с большой пористостью формируется под поверхностью раздела (в данном описании поверхность раздела полупроводниковой подложки означает поверхность раздела полупроводниковой подложкой, которая выполнена непористой, и пористым слоем) между слоем с низкой пористостью и полупроводниковой подложкой.At the stage of formation of the porous layer, a layer with low porosity is formed on the surface of the substrate. After that, a layer with high porosity is formed under the interface (in this description, the interface of the semiconductor substrate means the interface of the semiconductor substrate, which is made of a non-porous and porous layer) between the layer with low porosity and the semiconductor substrate.
Кроме того, на этапе формирования пористого слоя, например, слоя с низкой пористостью на поверхности подложки, промежуточный пористый слой формируется под слоем с низкой пористостью, имея большую пористость, чем у поверхностного слоя, и слой с большой пористостью формируется в этом промежуточном пористом слое или под промежуточным пористым слоем, может быть сформирован, имея большую пористость чем у промежуточного пористого слоя. Пористый слой может быть сформирован совместной комбинированной анодной обработкой. Эта совместная комбинированная анодная обработка вклю- чает в себя по крайней мере два или более этапа проведенных с различными параметрами обработки.In addition, in the step of forming a porous layer, for example, a layer with a low porosity on the substrate surface, an intermediate porous layer is formed below the low porosity layer having a higher porosity than the surface layer, and a layer with high porosity is formed in this intermediate porous layer or beneath the intermediate porous layer, can be formed having a greater porosity than that of the intermediate porous layer. The porous layer may be formed by a combined combined anode treatment. This combined combined anode treatment includes at least two or more steps carried out with different processing parameters.
Кроме того, для отслаивания тонкой полупроводниковой пленки используются: ультразвуковые колебания, термические напряжения, напряжения, вызванные за счет действия сжатой жидкостной струи или воздушной струи, ножи гильотины, проволочная резка, адгезия поддерживающих подложек к тонкому полупроводниковому слою с последующим отрывом этих поддерживающих подложек вместе с тонким полупроводниковым слоем, и комбинация этих средств.In addition, for peeling off a thin semiconductor film, ultrasonic vibrations, thermal stresses, stresses caused by the action of a compressed liquid jet or air jet, guillotine knives, wire cutting, adhesion of supporting substrates to a thin one are used: a semiconductor layer, followed by separation of these supporting substrates together with a thin semiconductor layer, and a combination of these means.
Кроме того, на этапе совместной комбинированной анодной обработки, состав раствора электролита может быть изменен, когда изменены параметры обработки.In addition, in the joint combined anode treatment step, the composition of the electrolyte solution can be changed when the processing parameters are changed.
После формирования пористого слоя, слой предпочтительно нагревается в атмосфере водорода. Кроме того, после формирования пористого слоя и перед этапом нагревания в атмосфере водорода, предпочтительно пористый слой тер- мически оксидируется.After the formation of the porous layer, the layer is preferably heated in an atmosphere of hydrogen. Furthermore, after the formation of the porous layer and before the step of heating in a hydrogen atmosphere, preferably the porous layer is thermally oxidized.
Различные виды полупроводниковых подложек могут быть использованы для данного изобретения. Полупроводниковая подложка может быть составлена из различных полупроводниковых подложек, таких как монокристаллических подложек кремния, поликристаллического кремния, или сложной полупроводни- ковой подложки, как, например, монокристалл арсенида галлия.Various types of semiconductor substrates can be used for this invention. The semiconductor substrate may be composed of various semiconductor substrates, such as single crystal substrates of silicon, polycrystalline silicon, or a complex semiconductor substrate, such as, for example, a gallium arsenide single crystal.
Предпочтительно используется монокристаллическая подложка кремния для производства монокристаллических кремниевых тонких пленок и солнечных элементов, в которых в качестве материала солнечного элемента используются монокристаллические тонкие пленки кремния. Кроме того, п - тип или р - тип полупроводниковой подложки или нелегированная полупроводниковая подложка может быть использована. Для анодирования в данном изобретении желательно используется полупроводниковая подложка, имеющая низкое сопротивление, легированная р -типом примеси при высоком содержании примеси, то есть так называемая p+ - тип кремниевая под- ложка. В качестве p+- типа кремниевой подложки, кремниевая подложка, в которой бор является р - типом примеси, легирована на уровне и
Figure imgf000018_0001
имеющая свое сопротивление на уровне от 0,01 до 0,02 Ωсм .
Preferably, a single-crystal silicon substrate is used to produce single-crystal silicon thin films and solar cells in which single-crystal silicon thin films are used as the material of the solar cell. In addition, n is a type or p is a type of semiconductor substrate or an undoped semiconductor substrate can be used. For anodizing in the present invention, it is desirable to use a semiconductor substrate having a low resistance, doped with a p type of impurity at a high impurity content, that is, the so-called p + type silicon substrate. As a p + type of a silicon substrate, a silicon substrate in which boron is a p type of impurity is doped at and
Figure imgf000018_0001
having its resistance at a level of from 0.01 to 0.02 Ωcm.
Кроме того, п - тип или р - тип полупроводниковой подложки используется во время проведения совместной комбинированной анодной обработки. Кроме того, концентрация примесей в полупроводниковых подложках использующихся во время проведения совместной комбинированной анодной обработки п - типа или р - типа находится на уровне от \tfъ \amoмoв/In addition, p - type or p - type of semiconductor substrate is used during joint combined anode processing. In addition, the concentration of impurities in the semiconductor substrates used during the joint combined anode treatment of p - type or p - type is at a level of \ tf b \ amomov /
L / см 1
Figure imgf000019_0001
Кроме того, электрическое сопротивление полупроводниковых подложек использующихся во время проведения совместной комбинированной анодной обработки п - типа или р - типа находится на уровне от 0,001Ωcж до lΩсж .
L / cm 1
Figure imgf000019_0001
In addition, the electrical resistance of the semiconductor substrates used during the joint combined anode treatment of p - type or p - type is at a level of from 0.001Ωszh to lΩszh.
Как указанно выше, полупроводниковый слой, эпитаксиально выращивается на пористом слое в то время, как он поддерживает свою кристалличность. Благодаря этому возможно составить монокристаллический полупроводниковый слой. Кроме того, когда выполняется солнечный элемент или другое устройство, выращенный полупроводниковый слой может включать в себя мульти- полупроводниковые слои различных типов проводимости.As indicated above, the semiconductor layer is epitaxially grown on the porous layer while it maintains its crystallinity. Due to this, it is possible to form a single crystal semiconductor layer. In addition, when a solar cell or other device is running, the grown semiconductor layer may include multi-semiconductor layers of various types of conductivity.
В соответствии с данным изобретением полупроводниковый слой, эпитак- сиально выращенный на пористом слое, отделяется от полупроводниковой подложки вследствие прямого разлома пористого слоя. Перед отслаиванием или отделением поддерживающая подложка включает в себя, например, гибкий пластиковый лист, и может быть прикреплена к полупроводниковой пленке как поддерживающая подложка. Полупроводниковая пленка может быть отслоена от по- лупроводниковой подложки вместе с поддерживающей подложкой посредством сформированного пористого слоя на этой полупроводниковой подложке.According to the present invention, a semiconductor layer epitaxially grown on a porous layer is separated from the semiconductor substrate due to direct fracture of the porous layer. Before peeling or peeling, the support substrate includes, for example, a flexible plastic sheet, and can be attached to the semiconductor film as a support substrate. The semiconductor film may be peeled off from the semiconductor substrate together with the support substrate by means of a porous layer formed on this semiconductor substrate.
Эта поддерживающая подложка не ограничивается гибким листом. В качестве поддерживающей подложки возможно использование стеклянной подложки, полимерной подложки, или гибкой или жесткой прозрачной печатной платы, на которой нанесены требуемые печатные навесные элементы.This support substrate is not limited to a flexible sheet. As a supporting substrate, it is possible to use a glass substrate, a polymer substrate, or a flexible or rigid transparent printed circuit board on which the required printed attachments are applied.
На поверхности полупроводниковой пластины сформированы два или более пористых слоя, имеющих различную пористость. Первый пористый слой наиболее удаленной поверхности предпочтительно сформирован как густой пористый слой, который имеет относительно маленькую пористость для получения улучшенного роста эпитаксиальной полупроводниковой пленки на этом порис- том слое. Формированием второго пористго слоя, имеющего относительно большую область внутренней пористости, смежного к поверхности и первому пористому слою, механическая прочность снижается из-за большой пористости самого второго пористого слоя или, иначе говоря, связь между первым и вторым пористыми слоями становится хрупкой из-за напряжений, вызванных различием в постоянных решеток каждого из этих слоев. Благодаря этому откалывание эпи- таксиального полупроводникового слоя, или отделение, может быть легко произведено посредством слоя с большой пористостью. Например, также возможно сформировать настолько непрочный пористый слой, который будет отделятся посредством ультразвука.Two or more porous layers having different porosity are formed on the surface of the semiconductor wafer. The first porous layer of the outermost surface is preferably formed as a thick porous layer that has a relatively low porosity to obtain improved growth of the epitaxial semiconductor film on this porous surface. that layer. By forming a second porous layer having a relatively large region of internal porosity adjacent to the surface and the first porous layer, the mechanical strength decreases due to the large porosity of the second porous layer or, in other words, the bond between the first and second porous layers becomes brittle due to stresses caused by the difference in the constant lattices of each of these layers. Due to this, the separation of the epitaxial semiconductor layer, or separation, can be easily done by means of a layer with high porosity. For example, it is also possible to form such a fragile porous layer that will separate by ultrasound.
Сформированный высокопористый слой легко отслоить из-за его большей пористости, но если эта пористость очень большая, разрушение в высокопористом слое может наступить до этапа отслаивания полупроводникового слоя от пористой структуры. Поэтому пористость в этом высокопористом слое предпочти- тельна на уровне от 40 до 98 процентов.The formed highly porous layer is easy to peel off due to its greater porosity, but if this porosity is very large, failure in the highly porous layer can occur before the stage of exfoliation of the semiconductor layer from the porous structure. Therefore, porosity in this highly porous layer is preferred at a level of 40 to 98 percent.
Кроме того, с увеличением пористости растет деформация. Если влияние этой деформации становится большим, в поверхностном слое первого пористого слоя, могут появится трещины на поверхностном слое. Кроме того, если влияние деформации достигнет поверхности пористого слоя, могут появиться дефекты кристалла в эпитаксиальной полупроводниковой пленке, выращенной на пористом слое. Поэтому в пористом слое промежуточный пористый слой, имеющий промежуточную пористость, которая больше, чем у поверхностного слоя, но меньше, чем у слоя с большой пористостью, предпочтительно сформирована между высокопористым слоем и поверхностным пористым слоем. В этом случае, промежуточный пористый слой может быть буферным слоем для снятия напряжения. Пористость высокопористого слоя может быть сделана достаточно большой, так что отслаивание эпитаксиального полупроводникового слоя может быть надежно проведено. Дополнительно, эпитаксиальный полупроводниковый слой, который совершенен в кристалличности, может быть сформирован на пористом слое. Анодирование для изменения поверхности полупроводниковой подложки для формирования пористого слоя может быть произведено по хорошо известному методу. Например, способ двойной электролитической ванны. Схематическое структурное изображение, показанное на Фиг. 1., используется в спосо- бе двойной электролитической ванны. В этом способе, раствор электролита ячейки 1 имеет первую IA и вторую IB ячейку. Полупроводниковая подложка 11, на которой пористый слой должен быть сформирован, установлена между двумя ячейками IA и IB. Два платиновых электрода ЗА и ЗВ подсоединены к источнику постоянного тока 2, установленного между первой и второй ячейками IA и IB. В первой и второй ячейках IA и IB, раствор электролита 4 содержит, например, плавиковую кислоту и этанол (этиловый спирт) или плавиковую кислоту и метанол (метиловый спирт). Полупроводниковая подложка 11 установлена так, что ее две поверхности находятся в контакте раствором электролита 4 в первой и второй ячейках IA и IB. Два платиновых электрода ЗА и ЗВ установле- ны погруженными в раствор электролита 4. Два источника А электромагнитного излучения погружены в раствор электролита в ячейки IA и IB и расположены с каждой из сторон анодируемой полупроводниковой подложки 11. Источник магнитного поля Б, выполненный в виде соленоида, охватывает своим магнитным полем внутри катушки индуктивности электролитическую ванну 1. Источник ультразвуковых колебаний В, соединен с электролитической ванной 1. Источник электрического поля (на рисунке не показано) воздействует на полупроводниковую подложку 11 своим полем во время ее анодирования в электролитической ванне 1.In addition, with increasing porosity, deformation increases. If the effect of this deformation becomes large, cracks in the surface layer may appear in the surface layer of the first porous layer. In addition, if the influence of deformation reaches the surface of the porous layer, crystal defects may appear in the epitaxial semiconductor film grown on the porous layer. Therefore, in the porous layer, an intermediate porous layer having an intermediate porosity that is greater than that of the surface layer but less than that of the layer with high porosity is preferably formed between the highly porous layer and the surface porous layer. In this case, the intermediate porous layer may be a stress relief buffer layer. The porosity of the highly porous layer can be made large enough so that the peeling of the epitaxial semiconductor layer can be reliably carried out. Additionally, an epitaxial semiconductor layer, which is perfect in crystallinity, can be formed on the porous layer. Anodizing to change the surface of a semiconductor substrate to form a porous layer can be carried out by a well-known method. For example, a double electrolytic bath method. The schematic structural view shown in FIG. 1., used in a double electrolytic bath process. In this method, the electrolyte solution of cell 1 has a first IA and a second IB cell. A semiconductor substrate 11 on which a porous layer is to be formed is installed between two cells IA and IB. Two platinum electrodes ZA and ZV are connected to a constant current source 2 installed between the first and second cells IA and IB. In the first and second cells IA and IB, the electrolyte solution 4 contains, for example, hydrofluoric acid and ethanol (ethyl alcohol) or hydrofluoric acid and methanol (methyl alcohol). The semiconductor substrate 11 is installed so that its two surfaces are in contact with the electrolyte solution 4 in the first and second cells IA and IB. Two platinum electrodes ZA and ZV are installed immersed in an electrolyte solution 4. Two sources of electromagnetic radiation A are immersed in an electrolyte solution in cells IA and IB and are located on each side of the anodized semiconductor substrate 11. A magnetic field source B made in the form of a solenoid encompasses an electrolytic bath 1 with its magnetic field inside the inductance coil 1. The source of ultrasonic vibrations B is connected to the electrolytic bath 1. The electric field source (not shown in the figure) acts on semiconductor substrate 11 with its field during its anodization in the electrolytic bath 1.
Сначала включается магнитное поле соленоида и электрическое поле соот- ветствующих источников. Затем включают источник ультразвуковых колебаний В, затем источник электромагнитного излучения А, затем, ток подается между двумя электродами электрода ЗА и ЗВ с помощью источника постоянного тока 2 и использующего электрод ЗА как катод. Ток подается таким образом, что поверхность полупроводниковой подложки 11 обращенная своей поверхностью к электроду ЗА корродирует и становится пористой. В соответствии со способом двойной электролитической ячейки становится излишним покрывать омическим электродом полупроводниковую подложку и избегается привнесение загрязнений в полупроводниковую подложку от омического электрода. Структура пористого слоя может быть изменена подбором режимов в процессе анодирования, посредством чего кристалличность полупроводникового слоя формируется на пористом слое и отслаивающиеся свойства изменяются.First, the magnetic field of the solenoid and the electric field of the corresponding sources are turned on. Then, the source of ultrasonic vibrations B is turned on, then the electromagnetic radiation source A, then, the current is supplied between the two electrodes of the electrodes ZA and ZV using a constant current source 2 and using the ZA electrode as a cathode. The current is supplied in such a way that the surface of the semiconductor substrate 11 facing its surface to the ZA electrode corrodes and becomes porous. According to the method of a double electrolytic cell, it becomes unnecessary to cover the semiconductor substrate with an ohmic electrode and the introduction of contaminants into the semiconductor substrate from the ohmic electrode is avoided. The structure of the porous layer can be changed by the selection of modes during the anodization process, whereby the crystallinity of the semiconductor layer is formed on the porous layer and the peeling properties change.
В процессе данного изобретения, как указанно выше, формируется пористый слой, составленный из двух или более слоев, имеющих различные пористо- сти. В этом случае, используется способ мультиэтапного анодирования составленного из двух или более этапов, проведенных при различных плотностях тока. Более конкретно, для приготовления относительно плотного, пористого слоя с малой пористостью имеющего маленькие мелкозернистые поры на поверхности полупроводниковой подложки, первый этап анодирования производится при низкой плотности тока. Толщина пленки пористого слоя пропорциональна времени проведения анодирования, поэтому, на этом этапе, время анодирования выбирается для формирования требуемой толщины слоя. После этого второе анодирование проводится при большей плотности тока так, чтобы сформировать высокопористый слой под сформированным пористым слоем с низкой пористо- стью. В результате, формируется пористый слой, включающий в себя как минимум низкопористый слой, имеющий малую пористость и высокопористый слой.In the process of the present invention, as indicated above, a porous layer is formed composed of two or more layers having different porosities. In this case, a multi-stage anodizing method is used composed of two or more steps carried out at different current densities. More specifically, to prepare a relatively dense, porous layer with low porosity having small fine-grained pores on the surface of the semiconductor substrate, the first anodizing step is performed at a low current density. The film thickness of the porous layer is proportional to the anodizing time, therefore, at this stage, the anodizing time is selected to form the desired layer thickness. After this, the second anodization is carried out at a higher current density so as to form a highly porous layer under the formed porous layer with a low porosity. As a result, a porous layer is formed including at least a low porosity layer having a low porosity and a highly porous layer.
В этом случае, большое напряжение может возникать недалеко от поверхности раздела низкопористого слоя и высокопористого слоя из-за различия постоянных решеток. Когда это напряжение достигает определенного значения или более, пористые слои разделяются на два. Путем формирования пористых слоев близко к критическим параметрам анодирования, которые вызывают отделение из-за напряжения или уменьшения механической прочности, полупроводниковые пленки, выращенные эпитаксиально на пористом слое, могут быть легко отделены благодаря пористому слою. Перед включением тока анодирования включаем освещения. В качестве источника использовалась лампа накаливания и был создан световой поток элек- тромагнитгого излучения с плотностью мощности 0,5 Bт/cм2. Световой поток электромагнитгого излучения был включен в течении всего периода анодирования и оставался постоянным. Первый этап анодирования может быть проведен при низкой плотности тока на уровне 0,5 до 10 тЛ/см2 на протяжении периода от 1 до 60 минут, предпочтительно от 2 до 20 минут, используя п-типа монокристаллическую кремниевую полупроводниковую подложку с сопротивлением 0,01 до 0,02 Ωсм и отношением HF (49% раствор) и C2H5OH (95% раствор) на уровне 1:1 (объемных частей) (в дальнейшем, HF и C2H5OH указывает объемные части 49% раствора HF и 95% раствора C2H5OH , соответственно). Далее, второй этап анодирования может быть проведен с большей плотностью тока на уровне от 40 до 300 тА/см2 на протяжении периода от 1 до 30 секунд, предпочтительно на время приблизительно трех секунд.In this case, a large voltage can occur near the interface between the low-porosity layer and the highly porous layer due to the difference in the constant lattices. When this stress reaches a certain value or more, the porous layers are divided into two. By forming porous layers close to the critical anodizing parameters that cause separation due to stress or a decrease in mechanical strength, semiconductor films grown epitaxially on the porous layer can be easily separated due to the porous layer. Before turning on the anodizing current, turn on the lights. An incandescent lamp was used as a source and a luminous flux of electric electromagnetic radiation with a power density of 0.5 W / cm2. The luminous flux of electromagnetic radiation was turned on during the entire period of anodization and remained constant. The first anodizing step can be carried out at a low current density of 0.5 to 10 tL / cm 2 over a period of 1 to 60 minutes, preferably 2 to 20 minutes, using a p-type single-crystal silicon semiconductor substrate with a resistance of 0.01 up to 0.02 Ωcm and the ratio of HF (49% solution) and C 2 H 5 OH (95% solution) at 1: 1 (volume parts) (hereinafter, HF and C 2 H 5 OH indicates volume parts of 49% solution HF and 95% solution of C 2 H 5 OH, respectively). Further, the second anodizing step can be carried out with a higher current density at a level of from 40 to 300 tA / cm 2 over a period of 1 to 30 seconds, preferably for a period of about three seconds.
Перед включением тока анодирования мы включаем освещение. В качестве источника использовалась лампа накаливания и был создан световой поток электромагнитгого излучения с плотностью мощности 0,5 Bт/cм2. Световой поток электромагнитгого излучения был включен в течение всего периода анодирования и оставался постоянным. Во время первого и второго этапа анодирования, напряжения, вызванные в высокопористом слое, могут стать значительными. Поэтому воздействие напряжения может достигнуть низкопористого слоя. В этом случае, как указанно выше, могут появиться кристаллические дефекты в эпитак- сиальной полупроводниковой пленке, сформированной на пористом слое. Поэтому, в пористом слое, промежуточный пористый слой, имеющий большую пористость, чем поверхностный слой, но меньшую пористость, чем у высокопористого слоя, предпочтительно сформирован между высокопористым и низкопорис- тым слоем, как буферный слой для снятия напряжения сгенерированного ими. Более конкретно, первое анодирование при низкой плотности тока проводится вначале, проводится второе анодирование при немного большей плотности тока, чем при первом анодировании, и затем третье анодирование проводится со значительно большей плотностью тока, чем перед этим. Условия первого анодиро- вания особенно неограниченны, но когда используется п-тип монокристалличе- ской кремниевой подложки сопротивлением 0,01 до 0,02 Ωсм и используется раствор электролита (HF + C2H5OH =I:!), предпочтительно первое, второе и третье анодирование может быть произведено на уровне от 0,5 до 3 тАJсм2 , от 3 до 20 тА/см2 , от 40 до 300 тА/см2 , соответственно. Например, ко- гда анодирование проводится при плотности тока на уровне 1 тАJсм2 , 2,7 тА/см2 , и 200 тА/см2 , пористость достигает 16%, 26%, и от 60 до 70% соответственно. В соответствии с выше упомянутым способом, полупроводниковый слой, имеющий отличные кристаллические свойства, может быть эпитаксиально выращен на пористом слое. Кроме того, в процессе анодирования промежуточный пористый слой может быть сформирован под низкопористым слоем. Соответственно, пористый слой становится двухслойной структурой низкопористого слоя и слоя с промежуточной пористостью. Далее, при третьем этапе анодирования, если плотность тока установлена на уровне 90 тА/см2 ИЛИ более, высокопористый слой форми- руется внутри промежуточного пористого слоя, хотя принцип не понятен.Before turning on the anodizing current, we turn on the lights. An incandescent lamp was used as a source and a luminous flux of electromagnetic radiation with a power density of 0.5 W / cm2 was created. The luminous flux of electromagnetic radiation was turned on during the entire period of anodization and remained constant. During the first and second stages of anodizing, stresses caused in the highly porous layer can become significant. Therefore, stress exposure can reach the low porosity layer. In this case, as indicated above, crystalline defects may appear in the epitaxial semiconductor film formed on the porous layer. Therefore, in the porous layer, an intermediate porous layer having a greater porosity than the surface layer but lower porosity than that of the highly porous layer is preferably formed between the highly porous and low porosity layer, as a buffer layer to relieve the stress generated by them. More specifically, the first anodization at a low current density is carried out first, the second anodization is carried out at a slightly higher current density than during the first anodization, and then the third anodization is carried out with a much higher current density than before. The conditions of the first anodization are especially unlimited, but when using the p-type single-crystal silicon substrate with a resistance of 0.01 to 0.02 Ωcm and an electrolyte solution is used (HF + C 2 H 5 OH = I :!), preferably the first, second and third anodizing can be carried out at a level of from 0.5 to 3 tAJcm 2 , from 3 to 20 tA / cm 2 , from 40 to 300 tA / cm 2 , respectively. For example, when anodizing is performed at a current density of 1 tAJcm 2 , 2.7 tA / cm 2 , and 200 tA / cm 2 , the porosity reaches 16%, 26%, and from 60 to 70%, respectively. According to the aforementioned method, a semiconductor layer having excellent crystalline properties can be epitaxially grown on a porous layer. In addition, during the anodization process, an intermediate porous layer can be formed under the low porosity layer. Accordingly, the porous layer becomes a bilayer structure of the low porosity layer and the intermediate porosity layer. Further, in the third anodizing step, if the current density is set at 90 tA / cm 2 OR more, a highly porous layer is formed inside the intermediate porous layer, although the principle is not clear.
Кроме того, на этапе формирования промежуточного слоя, изменением плотности тока постепенно или скачком, промежуточный пористый слой, с пористостью которая возрастает постепенно или скачком от низкопористого слоя до высокопористого слоя, формируется между низкопористым поверхностным слоем и высокопористым слоем. В результате чего напряжения между низкопористым слоем и высокопористым слоем уменьшается и эпитаксиальный полупроводниковый слой с хорошими кристаллическими свойствами может быть в дальнейшем надежно сформирован на пористой структуре.In addition, at the stage of formation of the intermediate layer, by changing the current density gradually or abruptly, an intermediate porous layer, with porosity which increases gradually or abruptly from the low porous layer to the highly porous layer, is formed between the low porous surface layer and the highly porous layer. As a result, the voltage between the low-porous layer and the high-porous layer decreases and the epitaxial semiconductor layer with good crystalline properties can be further reliably formed on the porous structure.
Разделение произойдет по причине больших напряжений из-за разности постоянных решеток на границах раздела между откалываемым слоем (разделяющим слоем) высокопористого слоя и буферного слоя промежуточного слоя. Если некоторые специальные действия проводятся на третьем этапе анодирования, разделение становится еще более легким. Это получается с применением тока с перерывами на третьем этапе анодирования с большой плотностью тока, на- пример, подачей тока не непрерывно в течение 3 секунд, но альтернативными шагами, включающими в себя подачу тока в течение одной секунды и затем вы- ключение тока, с предварительной установкой времени, например на одну минуту. Путем прерывистой подачи тока по дискретным этапам, высокопористый слой, как разделяющий слой, может быть сформирован под промежуточным слоем. В этом случае пористый слой, остающийся с полупроводниковым слоем после разделения, может быть удален электрохимической полировкой или другой химическим или механическим способом.The separation will occur due to high stresses due to the difference in the constant lattices at the interfaces between the peeling layer (separating layer) of the highly porous layer and the buffer layer of the intermediate layer. If some special actions are carried out at the third stage of anodizing, separation becomes even easier. This is obtained by applying intermittent current in the third stage of anodizing with a high current density, for example, by applying current not continuously for 3 seconds, but by alternative steps, including applying current for one second and then switching current, with a preset time, for example, for one minute. By intermittently supplying current in discrete steps, a highly porous layer, like a separating layer, can be formed under the intermediate layer. In this case, the porous layer remaining with the semiconductor layer after separation can be removed by electrochemical polishing or other chemical or mechanical means.
Как упоминалось ранее, формируя высокопористый слой под промежуточным слоем, расстояние между высокопористым слоем, в котором вызываются напряжения, и поверхностью пористого слоя больше и буферный эффект проме- жуточного слоя становится большим, таким образом может быть сформирован полупроводниковый слой с хорошими кристаллическими свойствами. Кроме того, когда высокопористый слой сформирован под промежуточным пористым слоем, толщина целого пористого слоя может быть уменьшена, и толщина полупроводниковой подложки, расходуемой для формирования этого пористого слоя, может быть уменьшена, и может быть увеличено многократное использование этой полупроводниковой подложки.As mentioned earlier, by forming a highly porous layer below the intermediate layer, the distance between the highly porous layer in which stresses are caused and the surface of the porous layer is larger and the buffer effect of the intermediate layer becomes large, so that a semiconductor layer with good crystalline properties can be formed. Moreover, when a highly porous layer is formed under the intermediate porous layer, the thickness of the whole porous layer can be reduced, and the thickness of the semiconductor substrate used to form this porous layer can be reduced, and the reuse of this semiconductor substrate can be increased.
Соответственно, путем выбора параметров анодирования возможно внести большие напряжения в разделяющий слой и вдобавок ограждать влияние этого напряжения от достижения им эпитаксиально растущей поверхности полу- проводникового слоя.Accordingly, by choosing the anodizing parameters it is possible to introduce large stresses into the separating layer and, in addition, protect the influence of this voltage from reaching the epitaxially growing surface of the semiconductor layer.
Для того, чтобы произвести эпитаксиальный рост полупроводника на пористом слое с хорошими кристаллическими свойствами, желательно сформировать поверхность пористого слоя с маленькими мелкозернистыми порами, которые служат в качестве затравок кристаллического роста на пористом слое. Для производства маленьких мелкозернистых пор может быть использован высококонцентрированный раствор плавиковой кислоты. В этом случае, на этапе анодирования с низкой плотностью тока для формирования низкопористого слоя, используется электрохимический раствор высококонцентрированной плавиковой кислоты. Затем формируется промежуточный пористый слой, служащий буфер- ным слоем, затем концентрация плавиковой кислоты в электролитическом растворе уменьшается и наконец проводится анодирование с высокой плотностью тока. С помощью этого процесса возможно создать размеры мелкозернистых пор поверхностного слоя очень маленькими, на которых эпитаксиаль- ный полупроводниковый слой, имеющий хорошие кристаллические свойства, может быть сформирован на пористом слое. В добавок, в высокопористом слое пористость может быть увеличена до необходимого значительного уровня, поэтому откалывание эпитаксиального полупроводникового слоя может быть проведено хорошо.In order to produce epitaxial growth of a semiconductor on a porous layer with good crystalline properties, it is desirable to form the surface of the porous layer with small fine-grained pores that serve as seed crystal growth on the porous layer. For the production of small fine-grained pores, a highly concentrated solution of hydrofluoric acid can be used. In this case, at the anodizing stage with a low current density to form a low porous layer, an electrochemical solution of highly concentrated hydrofluoric acid is used. Then an intermediate porous layer is formed, which serves as a buffer layer, then the concentration of hydrofluoric acid in the electrolytic solution decreases and finally anodizing with high density is performed current. Using this process, it is possible to create the dimensions of the fine-grained pores of the surface layer very small, on which an epitaxial semiconductor layer having good crystalline properties can be formed on the porous layer. In addition, in the highly porous layer, the porosity can be increased to the required significant level, therefore, chipping of the epitaxial semiconductor layer can be carried out well.
По изменению электролитического раствора в процессе анодирования, на первом этапе формирования поверхности низкопористого слоя, анодирование проводится, используя электролитический раствор, например, HF :By changing the electrolytic solution during the anodizing process, at the first stage of forming the surface of the low porous layer, anodizing is carried out using an electrolytic solution, for example, HF:
C2H5OH =2:1, на втором этапе формирования промежуточного пористого слоя служащего буферным слоем, анодирование проводится, используя электролитический раствор низкой концентрации HF , например, HF : C2H5OH=I :!, и далее, на третьем этапе формирования высокопористого слоя, анодирование с высокой плотностью тока проводится, используя электролитический раствор с уменьшенной концентрацией HF , например, HF : C2H5OH=I:! до HF : C2H5OH =!:!.C 2 H 5 OH = 2: 1, at the second stage of formation of the intermediate porous layer serving as a buffer layer, anodization is carried out using a low concentration HF electrolytic solution, for example, HF: C 2 H 5 OH = I:!, And then, on the third stage of formation of a highly porous layer, anodizing with a high current density is carried out using an electrolytic solution with a reduced concentration of HF, for example, HF: C 2 H 5 OH = I :! before HF: C 2 H 5 OH =!:!.
В процессе анодирования, когда изменяется плотность тока в период первого этапа к второму этапу, подача тока может быть прекращена перед вторым этапом. Или после первого этапа второй этап может быть проведен без прерыва- ния подачи тока.In the anodizing process, when the current density changes during the period of the first stage to the second stage, the current supply can be cut off before the second stage. Or, after the first stage, the second stage can be carried out without interrupting the current supply.
Кроме того, процесс анодирования может быть проведен в темном месте, где проникновение света блокировано, для выполнения неровностей поверхности пористого слоя меньшими и увеличения кристалличности полупроводниковой пленки, эпитаксиально выращенной на пористом слое. Дополнительно, анодированный пористый слой кремния может быть использован в качестве излучающего диода. В этом случае, предпочтительно анодирование проводится при облучении светом для увеличения КПД излучения. Далее, оксидирование анодированного пористого слоя, получается фиолетовое смешение длин волн излучающего света. Далее, полупроводниковая подложка, которая может быть п-типа или р-типа, предпочтительно имеет высокое сопротивление для того, чтобы не вносить загрязнения. Путем использования вышеуказанного процесса, полупроводниковая подложка, сформиранная на поверхности (на одной поверхности или на обоих поверхностях) пористого слоя, может быть получена. Далее, толщина целого по- ристого слоя особенно неограниченна, но толщина может быть от 1 до 50 μт , предпочтительно от 3 до 15 μт , обычно 8 μт . Толщина целого пористого слоя предпочтительно уменьшается, насколько это возможно, для того чтобы полупроводниковая подложка могла быть многократно использована.In addition, the anodization process can be carried out in a dark place where light penetration is blocked, in order to make the surface irregularities of the porous layer smaller and increase the crystallinity of the semiconductor film epitaxially grown on the porous layer. Additionally, the anodized porous silicon layer can be used as a radiating diode. In this case, it is preferable that the anodizing is carried out by irradiation with light to increase the radiation efficiency. Further, by oxidizing the anodized porous layer, a purple mixing of the wavelengths of the emitting light is obtained. Further, the semiconductor substrate, which may be p-type or p-type, preferably has a high resistance so as not to introduce contamination. By using the above process, a semiconductor substrate formed on the surface (on one surface or on both surfaces) of the porous layer can be obtained. Further, the thickness of the whole porous layer is particularly unlimited, but the thickness can be from 1 to 50 μt, preferably from 3 to 15 μt, usually 8 μt. The thickness of the whole porous layer is preferably reduced as much as possible so that the semiconductor substrate can be reused.
Дополнительно, предпочтительно пористый слой отжигается, предшествуя эпитаксиальному наращиванию полупроводника на пористом слое. Этот отжиг может быть водородным отжигом, который может быть проведен нагревом в газовой атмосфере водорода. Посредством водородного отжига, естественная пленка оксида, сформированная на поверхности пористого слоя, может быть полностью убрана и атомы кислорода в пористом слое могут быть убраны на- сколько это возможно. В результате, поверхность пористого слоя становится сглаженной, и может быть сформирован эпитаксиальный полупроводниковый слой с хорошими кристаллическими свойствами. Одновременно, с этим отжигом, напряжение поверхности раздела между высокопористым слоем и промежуточным пористым слоем может быть дальше уменьшено, и отделение эпитаксиаль- ного полупроводникового слоя от подложки может быть более легко произведено. Этот водородный отжиг может быть проведен в температурном диапазоне от 9500C С до 13500 C .Additionally, preferably, the porous layer is annealed prior to the epitaxial build-up of the semiconductor on the porous layer. This annealing can be hydrogen annealing, which can be carried out by heating hydrogen gas in a gas atmosphere. By hydrogen annealing, the natural oxide film formed on the surface of the porous layer can be completely removed and the oxygen atoms in the porous layer can be removed as much as possible. As a result, the surface of the porous layer becomes smoothed, and an epitaxial semiconductor layer with good crystalline properties can be formed. At the same time, with this annealing, the stress of the interface between the highly porous layer and the intermediate porous layer can be further reduced, and the separation of the epitaxial semiconductor layer from the substrate can be more easily performed. This hydrogen annealing can be carried out in the temperature range from 950 0 C to 1350 0 C.
Кроме того, проводится окисление пористого слоя при низкой температуре перед водородным отжигом, внутренняя часть пористого слоя оксидируется. Из- за этого не появляются большие структурные изменения в пористом слое даже если применяется термическая обработка в атмосфере водорода. В соответствии, напряжения между высокопористым слоем и промежуточным пористым слоем изолированы удаленной зоной или отделены от поверхности первого пористого слоя, и эпитаксиальная полупроводниковая пленка имеющая хорошую кристал- личность может быть сформирована. В этом случае, низкотемпературное окисле- ние может быть проведено в сухой окислительной атмосфере при 4000 C на протяжении 1 часа.In addition, the porous layer is oxidized at a low temperature before hydrogen annealing, and the inside of the porous layer is oxidized. Because of this, large structural changes do not appear in the porous layer even if heat treatment is applied in a hydrogen atmosphere. Accordingly, the stresses between the highly porous layer and the intermediate porous layer are isolated by a remote zone or separated from the surface of the first porous layer, and an epitaxial semiconductor film having good crystallinity can be formed. In this case, the low temperature Injection can be carried out in a dry oxidizing atmosphere at 400 ° C for 1 hour.
После водородного отжига, как указано ранее, полупроводник может быть эпитаксиально выращен на поверхности пористого слоя. В процессе эпитакси- ального роста этого полупроводника, пористый слой, сформированный на поверхности монокристаллической полупроводниковой подложки, поддерживает ее кристалличность несмотря на то, что является пористым. Поэтому, возможно эпитаксиальное наращивание на этот пористый слой. Эпитаксиальный рост на поверхности этого пористого слоя может быть проведен с помощью процесса осаждения из газовой фазы при температурах, например, 700-1300 С.After hydrogen annealing, as indicated previously, the semiconductor can be epitaxially grown on the surface of the porous layer. During the epitaxial growth of this semiconductor, a porous layer formed on the surface of a single crystalline semiconductor substrate maintains its crystallinity despite being porous. Therefore, epitaxial buildup onto this porous layer is possible. Epitaxial growth on the surface of this porous layer can be carried out using the process of deposition from the gas phase at temperatures, for example, 700-1300 C.
Кроме того, в обоих процессах водородного отжига и эпитаксиального роста полупроводника, как метод нагрева полупроводниковой подложки до предопределенной температуры, так называемая реактивная система разогрева или проводящая система нагрева проводящая ток через полупроводниковую подлож- ку саму по себе для нагрева может быть принята.In addition, in both processes of hydrogen annealing and epitaxial growth of a semiconductor, both the method of heating a semiconductor substrate to a predetermined temperature, the so-called reactive heating system or a conductive heating system, conducting a current through a semiconductor substrate can itself be adopted for heating.
Вышеуказанный полупроводниковый слой, эпитаксиально выращенный на пористом слое, может быть монокристаллический слой полупроводниковой пленки или мультислой полупроводниковой пленки образованный наслоением множества полупроводниковых слоев. Кроме того, этот полупроводниковый слой может быть из того же вещества что и та полупроводниковая подложка или другого вещества. В качестве полупроводниковой пленки, различные виды полупроводниковой пленки или пленок могут быть использованы. Например, монокристаллическая кремниевая полупроводниковая пленка, сложный полупроводник арсенид галлия и т. п., сложный кремниевый полупроводник Si Ge, или пленки подходяще скомбинированные и составленные также могут быть использованы.The aforementioned semiconductor layer epitaxially grown on a porous layer may be a single crystal layer of a semiconductor film or a multilayer semiconductor film formed by layering a plurality of semiconductor layers. In addition, this semiconductor layer may be from the same substance as that semiconductor substrate or another substance. As a semiconductor film, various kinds of semiconductor film or films can be used. For example, a single crystal silicon semiconductor film, a complex semiconductor gallium arsenide, etc., a complex silicon semiconductor Si Ge, or films suitably combined and composed can also be used.
Кроме того, в случае полупроводниковой пленки выполненного из сложного полупроводника, подложка сложного полупроводника может быть использована в качестве подложки. В этом случае, путем анодирования подложки сложного полупроводника, пленка сложного полупроводника может быть сформирована на пористом слое. Когда сложный полупроводник эпитаксиально рас- тет на пористом слое, выполненного из сложного полупроводника, несоответствие параметров кристаллической решетки может быть уменьшено в сравнении со случаем, где сложный полупроводник эпитаксиально выращивается на кремниевой полупроводниковой подложке, и поэтому сложный полупровод- ник имеющий хорошую кристалличность может быть сформирован.In addition, in the case of a semiconductor film made of a complex semiconductor, the substrate of a complex semiconductor can be used as a substrate. In this case, by anodizing the composite semiconductor substrate, a composite semiconductor film can be formed on the porous layer. When a complex semiconductor is epitaxially dissociated tet on a porous layer made of a complex semiconductor, the mismatch of the crystal lattice parameters can be reduced in comparison with the case where the complex semiconductor is epitaxially grown on a silicon semiconductor substrate, and therefore a complex semiconductor having good crystallinity can be formed.
Кроме того, п-тип и р-тип примесей могут быть добавлены в полупроводниковую пленку, формируемую на пористом слое во время ее эпитаксиального роста. В качестве альтернативы, также возможно добавить примеси по сплошной поверхности или селективно ионной имплантацией, диффузией, и т. п. после формирования эпитаксиального полупроводникового слоя. В этом случае, тип проводимости и концентрации и тип примесей выбираются в соответствии с объектом его использования.In addition, the p-type and p-type of impurities can be added to the semiconductor film formed on the porous layer during its epitaxial growth. As an alternative, it is also possible to add impurities over a continuous surface or selectively by ion implantation, diffusion, etc. after the formation of an epitaxial semiconductor layer. In this case, the type of conductivity and concentration and the type of impurities are selected in accordance with the object of its use.
Кроме того, толщина эпитаксиального полупроводникового слоя может быть подходяще выбрана в соответствии с целью тонкой полупроводниковой пленки. Например, когда формируется интегральная схема на тонкой полупроводниковой пленке, так как активный слой полупроводникового элемента имеет толщину нескольких микрометров, полупроводниковый слой может быть сформирован толщиной например на уровне 5 μт (микрометров). Здесь и далее знаком μт - обозначено единица измерения линейных величин — микрометры. Когда эпитаксиально выращивается полупроводниковая пленка, выполненная из монокристаллического кремния для формирования тонких полупроводниковых пленок солнечных элементов, как полупроводниковая пленка, например, могут быть использованы p+ - тип полупроводниковый слой, /Г -тип полупроводниковый слой, и п+ - тип полупроводниковый слой, в этом порядке на пористом слое. Концентрации примесей и толщины пленок этих слоев в принципе неограничены, но, например, предпочтительно, p+ - тип полупроводниковый слой задан толщиной пленки в диапазоне от 0 до 1 μт , обычно 0,5 μт , и бор В, как р - тип примеси, концентрацией заданной в диапазоне от 1018 до 1020 атомов/ ст3 , обычно на уровне 1019 атомов/ ст3 ; р - тип полупроводниковый слой задан толщиной пленки внутри диапазона от 1 до 100 μт , обычно 5μm , и концентрацией бора задан в диапазоне от 1014 до 1017 атомов/ cmъ , обычноIn addition, the thickness of the epitaxial semiconductor layer may be suitably selected in accordance with the purpose of the thin semiconductor film. For example, when an integrated circuit is formed on a thin semiconductor film, since the active layer of the semiconductor element has a thickness of several micrometers, the semiconductor layer can be formed for example at a thickness of 5 μt (micrometers). Hereinafter, the sign μt indicates the unit of measurement of linear quantities - micrometers. When a semiconductor film made of monocrystalline silicon is epitaxially grown to form thin semiconductor films of solar cells, for example, a p + type semiconductor layer, an Γ type semiconductor layer, and n + a semiconductor layer type can be used in this order on the porous layer. The impurity concentrations and film thicknesses of these layers are in principle unlimited, but, for example, preferably, the p + - type semiconductor layer is specified by the film thickness in the range from 0 to 1 μt, usually 0.5 μt, and boron B, as p is the type of impurity, the concentration specified in the range from 10 18 to 10 20 atoms / st 3 , usually at the level of 10 19 atoms / st 3 ; p - type semiconductor layer is specified by the film thickness within the range from 1 to 100 μt, usually 5 μm, and the boron concentration is set in the range from 10 14 to 10 17 atoms / cm b , usually
1016 атомов/ ст3 , и и+ - тип полупроводникового слоя задан толщиной пленки лежащем в диапазоне от 0,0001 до 1 μт , обычно 0,03 μт , и концентрацией фосфора, P, арсенида, As5 находящегося в диапазоне от 1018 до 1020 атомов/ cmъ , обычно 1019 атомов/ ст3 .10 16 atoms / st 3 , and u + - the type of semiconductor layer is specified by the film thickness lying in the range from 0.0001 to 1 μt, usually 0.03 μt, and the concentration of phosphorus, P, arsenide, As 5 in the range from 10 18 up to 10 20 atoms / cm b , usually 10 19 atoms / cm 3 .
Кроме того, полупроводниковая пленка может быть составлена эпитакси- альным наращиванием p+ - типом кремниевого слоя, р - типом Si^xGex - ступенчатого слоя, нелегированного слоя Six_yGey , и - типом Si^xGex - ступенчатого слоя, и п+ - типом кремниевого слоя в этой последовательности и в этом применении для приготовления двойного гетероструктурного солнечного элемента. Как ти- пичне примеры слоев для составления этих двойных гетероструктур, предпочтительно, для p+ - типа кремниевого слоя, концентрация примесей лежит на уровне 1019 атомов/ ст3 и толщина слоя на уровне 0,5 μт ; для р - типа Sц_xGex - ступенчатого слоя, концентрация примесей лежит на уровне 1016 атомов/ ст3 и толщина слоя на уровне 1 μт ; для нелегированного Six_yGey слоя, у-составляет 0,7 и толщина слоя на уровне 1; для п - типа Six_xGex - ступенчатого слоя, концентрация примесей лежит на уровне 1016 атомов/ 'ст3 и толщина слоя на уровне 1 μт ; и для п+ - типа кремниевого слоя, концентрация примесей лежит на уровне 1010 атомов/ ст3 и толщина слоя на уровне 0,5 μт . Кроме того, отношение составов х для Ge р - типа и п - типа Six_xGex - ступенчатого слоя предпочтительно постепенно увеличивается от x=0 для имеющихся слоев с обоих сторон до у нелегированных слоев Six_yGey . Благодаря этому, постоянные кристаллических решеток сравнимы на поверхности разделов, посредством чего может быть достигнута хорошая кристалличность. В таком двойном гетероструктурном солнечном элементе, носители зарядов и свет могут быть эффективно разделены в нелегированном Six_yGey слое, и поэтому высокие КПД преобразования света в электричество могут быть получены. Альтернативно, изготовление солнечных элементов может быть проведено до откалывания от полупроводниковой подложки. В этом случае, процесс отслаивания будет проведен после присоединения поддерживающей подложки к полупроводниковой пленке, сформированной на пористом слое и полу- проводниковый слой отслаивается от полупроводниковой подложки вместе с поддерживающей подложкой.In addition, the semiconductor film can be composed by epitaxial growth p + - type of silicon layer, p - type Si ^ x Ge x - step layer, undoped Si x _ y Ge y layer, and - type Si ^ x Ge x - step layer, and n + - the type of silicon layer in this sequence and in this application for the preparation of a double heterostructured solar cell. Typical examples of layers for composing these double heterostructures, preferably for the p + type silicon layer, the concentration of impurities lies at 10 19 atoms / st 3 and the layer thickness at 0.5 μt; for the p - type Sts_ x Ge x - a stepped layer, the impurity concentration is at a level October 16 atoms / st 3 and the layer thickness at 1 μt; for an undoped Si x _ y Ge y layer, the y-layer is 0.7 and the layer thickness is at level 1; for n - type Si x _ x Ge x - step layer, the concentration of impurities lies at the level of 10 16 atoms / 'st 3 and the layer thickness at the level of 1 μt; and for n + - type silicon layer, the concentration of impurities lies at the level of 10 10 atoms / st 3 and the layer thickness at the level of 0.5 μt. In addition, the composition ratio x for Ge p - type and n - type Si x _ x Ge x - step layer preferably gradually increases from x = 0 for existing layers on both sides to unalloyed Si x _ y Ge y layers. Due to this, the lattice constants are comparable on the surface of the partitions, whereby good crystallinity can be achieved. In such a double heterostructured solar cell, charge carriers and light can be effectively separated in an undoped Si x _ y Ge y layer, and therefore, high efficiencies of the conversion of light into electricity can be obtained. Alternatively, the manufacture of solar cells can be carried out before breaking off the semiconductor substrate. In this case, the peeling process will be carried out after the support substrate is attached to the semiconductor film formed on the porous layer and the semiconductor layer is peeled off from the semiconductor substrate together with the support substrate.
Поддерживающая подложка в солнечных элементах может быть составлена из множества подложек, например, из листа стекла как оконного стекла, металлической подложки, керамической подложки, или гибкой подложки состав- ленной из прозрачной смолистой пленки или листа (в дальнейшем, просто предоставленный на рассмотрение как лист) и так далее.A supporting substrate in solar cells can be composed of a plurality of substrates, for example, a sheet of glass such as window glass, a metal substrate, a ceramic substrate, or a flexible substrate composed of a transparent resinous film or sheet (hereinafter, simply provided for consideration as a sheet) and so on.
Далее, будут объяснены этапы составления солнечного элемента. Возможно производить эти этапы после или до отслаивания полупроводниковой пленки от полупроводниковой подложки. В процессе составления солнечного элемента, как указано выше, многослойная кремниевая полупроводниковоая пленка эпитаксиально выращивается на полупроводниковой подложке, на поверхности которой сформирован пористый слой. Далее, например, проводится процесс термического оксидирования для формирования окисленного слоя имеющего толщину на уровне 10 до 200 пт на поверхности полупроводниковой пленки. Затем, окисленная поверхностная пленка полупроводниковой пленки трафаретится для формирования связующего слоя с помощью фотолитографии. Альтернативно, также возможно сформировать отверстия только на участках где необходимы соединения к полупроводниковому слою. Далее, например проводящий слой для составления электрода и межсоединительного слоя, например, одинарный металлический слой такой как Al или многослойные металлические слои, сформированые наслоением множества металлических слоев, окончательно сформировываются на сплошной поверхности с помощью вакуумного осаждения и так далее и это является рисунком для формирования требуемых электродов и рисунка разводки фотолитогра- фией и травления. Альтернативно, электроды и рисунок разводки могут быть сформированы с помощью трафаретной печати, например, контактной трафарет- ной печатью, которая используется при изготовлении металлизации монокристаллических и мультикристаллических солнечных элементов.Next, the steps for compiling the solar cell will be explained. It is possible to carry out these steps after or before peeling of the semiconductor film from the semiconductor substrate. In the process of compiling a solar cell, as indicated above, a multilayer silicon semiconductor film is epitaxially grown on a semiconductor substrate, on the surface of which a porous layer is formed. Further, for example, a thermal oxidation process is conducted to form an oxidized layer having a thickness of 10 to 200 pts on the surface of the semiconductor film. Then, the oxidized surface film of the semiconductor film is screened to form a bonding layer using photolithography. Alternatively, it is also possible to form holes only in areas where connections to the semiconductor layer are necessary. Further, for example, a conductive layer for composing the electrode and the interconnect layer, for example, a single metal layer such as Al or multilayer metal layers formed by layering a plurality of metal layers, are finally formed on a continuous surface by vacuum deposition, and so on, and this is a pattern for forming the required electrodes and wiring pattern by photolithography and etching. Alternatively, the electrodes and wiring pattern can be formed using screen printing, for example, contact stencil- printing, which is used in the manufacture of metallization of single-crystal and multicrystalline solar cells.
Далее, так называемая плата с печатным монтажом, выполненная из прозрачного листа полимера, на которой выполнены требуемые электроды и рису- нок разводки, то есть сформированы так называемые печатные навесные элементы, подготовленна наперед и эта плата с печатным монтажом подсоединяется к полупроводниковой пленке сформированной на пористом слое для формирования электрического контакта соответствующих частей. В то же время, электроды полупроводниковой пленки и печатной схемы соединены, например, припоем. Далее, другие части в отличие от электродов могут быть присоединены используя прозрачный связующий элемент, такой как эпоксидная смола.Further, the so-called printed circuit board made of a transparent polymer sheet on which the required electrodes and wiring patterns are made, that is, the so-called printed hinged elements are formed, prepared in advance and this printed circuit board is connected to the semiconductor film formed on the porous a layer for forming an electrical contact of the respective parts. At the same time, the electrodes of the semiconductor film and the printed circuit are connected, for example, by solder. Further, other parts, unlike electrodes, can be attached using a transparent bonding element, such as epoxy resin.
В этом случае, адгезия платы с печатным монтажом и монокристаллической кремниевой тонкой пленки, которое было невозможно в прошлом, может быть проведено особенно легко в данном изобретении. Далее, в данном изобре- тении, поддерживающая подложка не ограничивается платой с печатным монтажом — прозрачный лист материала может быть также сцеплен. После того как поддерживающая подложка такая как печатная плата или прозрачный лист материала прикреплен, может быть приложено растягивающие напряжение к полупроводниковой подложке, таким образом вызывающее разрушение в высокопо- ристом слое или на поверхности раздела между высокопористым слоем и промежуточным пористым слоем или поверхностью раздела между высокопористым слоем и полупроводниковой подложкой, эпитаксиальный полупроводниковый слой легко отслаивается от полупроводниковой подложки на поддерживающей подложке. В этом случае могут быть получены гибкие солнечные элементы, со- ставленные из тонкой пленки полупроводника на поддерживающей подложке такой как плата с печатным монтажом.In this case, the adhesion of a printed circuit board and a single-crystal silicon thin film, which was not possible in the past, can be carried out especially easily in this invention. Further, in the present invention, the support substrate is not limited to a printed circuit board — a transparent sheet of material can also be adhered. After a supporting substrate such as a printed circuit board or a transparent sheet of material is attached, tensile stress can be applied to the semiconductor substrate, thereby causing destruction in the high porous layer or on the interface between the highly porous layer and the intermediate porous layer or the interface between the highly porous layer and a semiconductor substrate, the epitaxial semiconductor layer is easily peeled off from the semiconductor substrate on the supporting substrate. In this case, flexible solar cells made up of a thin semiconductor film on a support substrate such as a printed circuit board can be obtained.
После процесса отслаивания, иногда пористый слой остается на обратной стороне полупроводниковой пленки напротив поддерживающей подложки. В этом случае, возможно убрать этот пористый слой, например, травлением. Аль- тернативно, металлическая пленка такая как серебряная паста использующаяся как другой омический электрод или как светоотражающая пленка может быть сформирована на пористом слое без его удаления. Эта светоотражающая поверхность будет улучшать КПД фотоэлектрического преобразования. Далее, также возможно прилепить металлический лист или полимерный лист на тыльную сторону полупроводниковой пленки в качестве защитного слоя. С другой стороны, полупроводниковая подложка, от которой отслаивается полупроводниковая пленка, может быть основанием на своей поверхности и подвергнута многократно такой же операции для формирования пористого слоя и солнечных элементов и так далее. Толщина полупроводниковой подложки может быть выполнена например на уровне 200 до 300 μт , в то время как толщина по- лупроводниковой подложки расходуемая на приготовление солнечного элемента составляет от 3 до 20 μт , поэтому даже толщина расходуемая после десяти повторных использований составляет от 30 до 200 μт . Поэтому, полупроводниковая подложка может достаточно многократно использоваться. В соответствии, соответственно процессу данного изобретения, дорогие монокристаллические полупроводниковые подложки могут быть многократно повторно использованы, и поэтому солнечные элементы могут быть произведены с низкой затратой энергии, в то время как уменьшаются затраты. Далее, полупроводниковая подложка, полученная в процессе обработки, становиться значительно тонкой. После такой многократной процедурой может быть сама использована для выполнения сол- нечного элемента.After the peeling process, sometimes the porous layer remains on the back of the semiconductor film opposite the supporting substrate. In this case, it is possible to remove this porous layer, for example, by etching. Alternatively, a metal film such as silver paste used as another ohmic electrode or as a reflective film can be formed on a porous layer without removing it. This reflective surface will improve the efficiency of photoelectric conversion. Further, it is also possible to adhere a metal sheet or a polymer sheet to the back of the semiconductor film as a protective layer. On the other hand, the semiconductor substrate, from which the semiconductor film is peeled off, can be a base on its surface and is subjected to many times the same operation to form a porous layer and solar cells and so on. The thickness of the semiconductor substrate can be made, for example, at a level of 200 to 300 μt, while the thickness of the semiconductor substrate spent on the preparation of the solar cell is from 3 to 20 μt, so even the thickness consumed after ten repeated uses is from 30 to 200 μt. Therefore, the semiconductor substrate can be reused quite a lot. According to the process of the present invention, expensive single-crystal semiconductor substrates can be reused repeatedly, and therefore, solar cells can be produced with low energy consumption, while costs are reduced. Further, the semiconductor substrate obtained during processing becomes significantly thinner. After such a multiple procedure, it can itself be used to perform a solar cell.
Далее, будут объяснены варианты реализации данного изобретения. Однако, данное изобретение не ограничивается этими вариантами реализации. Прежде всего, будет объяснен вариант реализации процесса производства тонких полупроводниковых пленок в соответствии с данным изобретением. Краткое описание чертежей:Next, embodiments of the present invention will be explained. However, the present invention is not limited to these embodiments. First of all, an embodiment of a process for manufacturing thin semiconductor films in accordance with this invention will be explained. Brief Description of the Drawings:
Фиг.l - схематический вид сбоку примера анодного устройства для работы данного изобретения.Fig. L is a schematic side view of an example of an anode device for operating the present invention.
Фиг. 2(A) - 2(C) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий последовательность этапов формирования пористой структуры на полупроводниковой подлож- ке в соответствии с вариантом реализации способа данного изобретения. Фиг. 3(A) - 3(D) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий этапы роста эпитаксиалыюго полупроводникового слоя, связь структурной поддержки полупроводникового слоя, отделение полупроводникового слоя от подложки по линии относительной наименьшей прочности пористой структуры, определенной в пористой структуре для получения отделенного тонкого полупроводникового продукта.FIG. 2 (A) - 2 (C) is a cross-sectional view illustrating a sequence of steps for forming a porous structure on a semiconductor substrate in accordance with an embodiment of the method of the present invention. FIG. 3 (A) - 3 (D) is a cross-sectional view illustrating the growth stages of an epitaxial semiconductor layer, the relationship of the structural support of the semiconductor layer, the separation of the semiconductor layer from the substrate along the line of relative least strength of the porous structure defined in the porous structure to obtain a separated thin semiconductor product .
Фиг. 4(A) — 4(D) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий этапы формирования второй пористой структуры в соответствии с альтернативным вариантом реализации. Фиг. 5(A) - 5(B) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий этапы роста полупроводникового слоя на пористой структуре, показанной на Фиг. 4(A) — 4(D) и отделение полупроводникового слоя от полупроводниковой подложки. Фиг. 6(A) - 6(E) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий последовательность этапов формирования мультислойной пористой структуры в соответствии с третьей вариантом реализации изобретения.FIG. 4 (A) - 4 (D) is a cross-sectional view illustrating the steps of forming a second porous structure in accordance with an alternative embodiment. FIG. 5 (A) - 5 (B) is a cross-sectional view illustrating the steps of growing a semiconductor layer on the porous structure shown in FIG. 4 (A) - 4 (D) and separating the semiconductor layer from the semiconductor substrate. FIG. 6 (A) - 6 (E) is a cross-sectional view illustrating a sequence of steps for forming a multilayer porous structure in accordance with a third embodiment of the invention.
Фиг. 7(A) — 7(B) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий последовательность этапов формирования полупроводниковой пленки на пористой структуре изготовленной на Фиг. 6(A) — 6(E) и разделением полупроводникового слоя от полупроводниковой подложки. Фиг. 8(A) — 8(F) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий другой вариант исполнения процесса формирования мультислойной пористой структуры на полупроводниковой подложке, формирование полупроводниковой пленки на пористой структуре и разделение полупроводниковой пленки от полупроводниковой подложки. Фиг. 9(A) — 9(D) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий другой вариант исполнения способа данного изобретения для формирования мультислойной пористой структуры на полупроводниковой подложке.FIG. 7 (A) - 7 (B) is a cross-sectional view illustrating a sequence of steps for forming a semiconductor film on a porous structure made in FIG. 6 (A) - 6 (E) and the separation of the semiconductor layer from the semiconductor substrate. FIG. 8 (A) - 8 (F) is a cross-sectional view illustrating another embodiment of a process for forming a multilayer porous structure on a semiconductor substrate, forming a semiconductor film on a porous structure, and separating the semiconductor film from the semiconductor substrate. FIG. 9 (A) - 9 (D) is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the method of the present invention for forming a multilayer porous structure on a semiconductor substrate.
Фиг. 10(A) - 10(D) вид поперечного сечения, иллюстрирующий формирование мультислойного полупроводниковой пленки на пористой структуре показанной на Фиг. 9(A) - 9(D) и разделение мультислойного полупроводниковой пленки от полупроводниковой подложки. Фиг. H(A) - H(C) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий формирование мультислойной пористой структуры на полупроводниковой подложке.FIG. 10 (A) to 10 (D) is a cross-sectional view illustrating the formation of a multilayer semiconductor film on the porous structure shown in FIG. 9 (A) - 9 (D) and the separation of the multilayer semiconductor film from the semiconductor substrate. FIG. H (A) - H (C) is a cross-sectional view illustrating the formation of a multilayer porous structure on a semiconductor substrate.
Фиг. 12(A) - 12(B) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий формирование мультислойной полупроводниковой пленки на пористой структуре показанной на Фиг. H(A) - П (С) и формирование и копирование рисунка изолирующего слоя вслед за тем для определения контактных отверстий соответственно. Фиг. 13(A) - 13 (В) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий формирование электродов в контактных окнах подложки приготовленной на Фиг. 1 (С) и при- соединение платы с печатным монтажом к электродам и полупроводниковой подложке, соответственно.FIG. 12 (A) - 12 (B) is a cross-sectional view illustrating the formation of a multilayer semiconductor film on the porous structure shown in FIG. H (A) - P (C) and the formation and copying of the pattern of the insulating layer afterwards to determine the contact holes, respectively. FIG. 13 (A) to 13 (B) is a cross-sectional view illustrating the formation of electrodes in the contact windows of the substrate prepared in FIG. 1 (C) and the connection of the printed circuit board to the electrodes and the semiconductor substrate, respectively.
Фиг. 14(A) - 14(B) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий разделение структуры панели солнечных элементов от полупроводниковой подложки и присоединение тыльного металлического электрода, соответственно. Фиг. 15(A) — 15(D) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий формирование мультислойной пористой структуры на полупроводниковой подложке. Фиг. 16(A) — 16(B) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий формирование эпитаксиально выращенной тонкой полупроводниковой пленки на пористой подложке показанной на 15(D) и разделение тонкой полупроводниковой пленки от полупроводниковой пленки, соответственно.FIG. 14 (A) - 14 (B) is a cross-sectional view illustrating the separation of the structure of the solar cell panel from the semiconductor substrate and the attachment of the rear metal electrode, respectively. FIG. 15 (A) - 15 (D) is a cross-sectional view illustrating the formation of a multilayer porous structure on a semiconductor substrate. FIG. 16 (A) - 16 (B) is a cross-sectional view illustrating the formation of an epitaxially grown thin semiconductor film on a porous substrate shown in 15 (D) and the separation of a thin semiconductor film from a semiconductor film, respectively.
Фиг. 17(A) — 17(E) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий формирование другой пористой структуры на полупроводниковой подложке, и формирование на ней эпитаксиально выращенной тонкой полупроводниковой пленки Фиг. 18(A) - 18(E) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий формирование другой пористой структуры на полупроводниковой подложке и формирование на ней тонкой полупроводниковой пленки.FIG. 17 (A) - 17 (E) is a cross-sectional view illustrating the formation of another porous structure on a semiconductor substrate and the formation of an epitaxially grown thin semiconductor film on it. FIG. 18 (A) - 18 (E) is a cross-sectional view illustrating the formation of another porous structure on a semiconductor substrate and the formation of a thin semiconductor film on it.
Фиг. 19(A) - 19(B) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий формирование электродной структуры на полупроводниковой тонкой пленке и присоединение проводящего элемента конструкции и прозрачной подложки к структуре солнеч- ной панели, соответственно. Фиг. 20(A) - 20(B) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий разделение структуры солнечной панели от полупроводниковой подложки и присоединение тыльного электрода, соответственно.FIG. 19 (A) - 19 (B) is a cross-sectional view illustrating the formation of an electrode structure on a semiconductor thin film and the attachment of a conductive structural member and a transparent substrate to the structure of the solar panel, respectively. FIG. 20 (A) - 20 (B) is a cross-sectional view illustrating the separation of the structure of the solar panel from the semiconductor substrate and the attachment of the back electrode, respectively.
Фиг. 21(A) - 21(C) - боковая проекция видов множества структур солнечных па- нелей, указывающая способ данного изобретения через промежуточный этап формирования.FIG. 21 (A) - 21 (C) is a side view of views of a plurality of solar panel structures indicating a method of the present invention through an intermediate formation step.
Фиг. 22(A) - 22(B) - боковая проекция видов, иллюстрирующая показанный способ завершающих этапов формирования солнечных панелей приготовленных в Фиг. 21(A) - 21(C). Фиг. 23 - схематический вид поперечного сечения микрофотографии главной части пористого слоя в процессе изготовления данного изобретения в поперечном сечении перед термической обработкой.FIG. 22 (A) - 22 (B) is a side view of the views illustrating the shown method of the final stages of forming the solar panels prepared in FIG. 21 (A) - 21 (C). FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of a micrograph of a main part of a porous layer during the manufacturing process of the present invention in cross-section before heat treatment.
Фиг. 24 - схематический вид поперечного сечения микрофотографии главной части пористого слоя в процессе изготовления данного изобретения после тер- мической обработки.FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of a micrograph of a major part of a porous layer during the manufacturing process of the present invention after heat treatment.
Фиг. 25(A) - 25(E) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий формирование гетероперехода и пористой структуры на полупроводниковой подложке в соответствии с вариантом выполнения способа данного изобретения для изготовления излучающих диодов. Фиг. 26(A) - 26(D) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий этапы присоединения электродов и поддерживающей подложки и разделение диодной подложки от полупроводниковой подложки в соответствии с вариантом реализации данного изобретения. Фиг. 27(A) — 27(C) - вид поперечного сечения, иллюстрирующий последующие этапы присоединения второго массива электродов и второй поддерживающей подложки в соответствии с вариантом данного изобретения. Фиг. 28(A) и Фиг. 28(B) составные виды процесса.FIG. 25 (A) - 25 (E) is a cross-sectional view illustrating the formation of a heterojunction and a porous structure on a semiconductor substrate in accordance with an embodiment of the method of the present invention for the manufacture of emitting diodes. FIG. 26 (A) - 26 (D) is a cross-sectional view illustrating the steps of attaching electrodes and a supporting substrate and separating a diode substrate from a semiconductor substrate in accordance with an embodiment of the present invention. FIG. 27 (A) - 27 (C) is a cross-sectional view illustrating the subsequent steps of attaching a second array of electrodes and a second supporting substrate in accordance with an embodiment of the present invention. FIG. 28 (A) and FIG. 28 (B) composite views of the process.
Детальное описание предпочтительных реализаций Далее приведены варианты реализации данного изобретения, которые, однако, не ограничивают его объем. Пример реализации 1.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS The following are embodiments of the present invention, which, however, do not limit its scope. Implementation Example 1.
На Фиг. 2 и Фиг. 3 показана схема процесса примера реализации 1. Сначала, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из моно- кристаллического кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, от 0,02 до 0,03 Ωст (Фиг. 2A).In FIG. 2 and FIG. 3 shows a process diagram of an example of implementation 1. First, a semiconductor substrate 11 was made of monocrystalline silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.02 to 0.03 Ωst (Fig. 2A).
Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой подложки 11. В этом примере реализации, анодирование было, проведено используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.l. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, и раствор электролита, составленный из HF : C2H5OH = 1 : 1 , был заполнен в две ячейки IA и IB. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB c помощью источника постоянного тока 2.Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. In this embodiment, anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a two-sided structure of an electrochemical cell explained in FIG. A semiconductor substrate 11 made of monocrystalline silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution composed of HF: C 2 H 5 OH = 1: 1 was filled into two cells IA and IB. Then, a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл, одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,1 Вт/см2, одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,1 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 8 тЛ/ст2 на протяжении 15 минут. При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени не изменялись.Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was turned on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.1 W / cm 2 , at the same time a source of electromagnetic radiation A with a power density of electromagnetic radiation of 0.1 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through electrodes ZA and ZV with a current density of 8 tL / st 2 for 15 minutes. At the same time, sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire stage of anodization and their characteristics did not change over time.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовалась лампа накаливания. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид).An incandescent lamp was used as a source of electromagnetic radiation A. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Этим этапом был сформирован поверхностный слой 12S, имеющий порис- тость 27% и толщину на уровне 11 μт (Фиг. 2В). Подача тока была остановлена на момент, и затем с помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл, одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний ОД Вт/см2, одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,1 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 150 тА/ст2 на протяжении 1,5 секунд. При этом источник А были включен на протяжении 0,5 с, источник Б был включен постоянно, а источник В на протяжении 0,7 с и их характеристики в течении времени не изменялись.By this step, a surface layer 12S was formed having a porosity of 27% and a thickness of 11 μt (Fig. 2B). The current supply was stopped for a moment, and then using a magnetic field source B (Fig. 1) a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations OD W / cm 2 was turned on , at the same time, the electromagnetic radiation source A was switched on with an electromagnetic radiation power density of 0.1 W / cm 2 ; at the same time, the anodizing current was supplied through ZA and ZV electrodes with a current density of 150 tA / st 2 for 1.5 seconds . In this case, source A was turned on for 0.5 s, source B was turned on continuously, and source B for 0.7 s and their characteristics did not change over time.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовалась лампа накаливания. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид).An incandescent lamp was used as a source of electromagnetic radiation A. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Этим этапом, высокопористый слой 12H имеющий пористость 60% боль- шую, чем у поверхностного слоя 12S, был сформирован в поверхностном слоеBy this step, a highly porous 12H layer having a porosity of 60% greater than that of the surface layer 12S was formed in the surface layer
12S. Высокопористый слой расположился между предыдущим сформированным поверхностным слоем 12S (Фиг. 2C). Так, был сформирован пористый слой 12, составленный из поверхностного слоя 12S и высокопористого слоя 12H.12S. A highly porous layer is located between the previous formed surface layer 12S (Fig. 2C). Thus, a porous layer 12 composed of a surface layer 12S and a highly porous layer 12H was formed.
В пористом слое 12 поверхностный слой 12S и высокопористый слой 12H имеют большие различия в пористости, поэтому большие напряжения внесены на поверхности раздела между поверхностным слоем 12S и высокопористым слоем 12H и прочность материала становится экстремально малой вокруг окрестности поверхности раздела.In the porous layer 12, the surface layer 12S and the highly porous layer 12H have large differences in porosity, therefore, large stresses are introduced at the interface between the surface layer 12S and the highly porous layer 12H, and the strength of the material becomes extremely small around the vicinity of the interface.
После формирования пористого слоя 12, для кремниевого эпитаксиального роста устройства, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1100 С , была проведена для полупроводниковой подложки 11 в атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был проведен путем увеличения температуры от комнатной до 1100 С в течении приблизительно 20 минут и выдержкой при 1100 C0 в течении приблизительно 30 минут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более ломкой.After the formation of the porous layer 12, for silicon epitaxial growth of the device, heat treatment, which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. Annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 C for about 20 minutes and holding at 1100 0 C for approximately 30 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth and the strength porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H was made even more brittle.
После этого, температура была уменьшена от температуры отжига 1110 С до 1020 С в атмосфере H2 и эпитаксиальный рост кремния был осуществлен на протяжении 18 минут используя газ 5ΪЯ2 в качестве газового источника. В результате, была сформирована на поверхности пористого слоя 12 (Фиг. ЗА) эпи- таксиальная полупроводниковая пленка 13, сделанная из монокристаллического кремния имеющая толщину на уровне 5 μт . На следующем этапе эпитаксиальный полупроводниковый слой 13 был отслоен от полупроводниковой подложки 11. Для этого этапа отслаивания, связующий элемент 14 был нанесен на поверхность эпитаксиальной полупроводниковой пленки 13 и на обратную сторону полупроводниковой подложки 11, соответственно, и гибкая поддерживающая подложка 15 выполненная из листа поли- этилентерефталата была сцеплена этим связующим элементом 14 (Фиг. 3B). Прочность связи поддерживающей подложки 15 с помощью этого связующего элемента 14 была подобрана более прочной, чем прочность разделения в пористом слое 12.After that, the temperature was reduced from the annealing temperature of 1110 ° C to 1020 ° C in an H 2 atmosphere and the epitaxial growth of silicon was carried out for 18 minutes using 5Ϊ2 2 gas as a gas source. As a result, an epitaxial semiconductor film 13 made of single crystal silicon having a thickness of 5 μt was formed on the surface of the porous layer 12 (FIG. 3A). In the next step, the epitaxial semiconductor layer 13 was peeled off from the semiconductor substrate 11. For this peeling step, a bonding element 14 was deposited on the surface of the epitaxial semiconductor film 13 and on the back side of the semiconductor substrate 11, respectively, and the flexible supporting substrate 15 made of a poly ethylene terephthalate was adhered to this connecting element 14 (Fig. 3B). The bond strength of the support substrate 15 with this bonding element 14 was selected more durable than the separation strength in the porous layer 12.
Затем путем механического внедрения с помощью гильотины было вызва- но разрушающее напряжение для отделения полученной тонкой полупроводниковой пленки от полупроводниковой подложки вдоль линии непрочности в хрупком пористом слое 12 с разделением в высокопористом слое 12H, или, на или поблизости поверхности раздела с высокопористым слоем 12H и эпитакси- альная полупроводниковая пленка 13 была отслоена от полупроводниковой под- ложки 11 (Фиг. 3C).Then, by mechanical insertion using a guillotine, a breaking stress was caused to separate the resulting thin semiconductor film from the semiconductor substrate along the line of strength in the brittle porous layer 12 with separation in the highly porous layer 12H, or, on or near the interface with the highly porous layer 12H and epitaxi The alalic semiconductor film 13 was peeled from the semiconductor substrate 11 (Fig. 3C).
Таким способом отделена тонкая пленка полупроводника 23 составленная из эпитаксиальной полупроводниковой пленки 13 (Фиг. 3D). В этом примере, любой оставшийся пористый слой, отслоенный с тонкой пленкой полупроводника 23 был удален химическим или механическим травлением. В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150 xl50ммxмм . Пример реализации 2.In this way, a thin semiconductor film 23 composed of an epitaxial semiconductor film 13 is separated (FIG. 3D). In this example, any remaining porous layer delaminated with a thin film of semiconductor 23 was removed by chemical or mechanical etching. The result was an ultrathin silicon monocrystalline solar cell with a surface area of 150 xl50mmxmm. Implementation Example 2.
Фиг. 4-5 схема процесса примера реализации 2. Сперва, аналогично примеру реализации 1, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, от 0,02 до 0,03 Ωст (Фиг. 4A).FIG. 4-5, the process diagram of implementation example 2. First, similarly to implementation example 1, a semiconductor substrate 11 was made of single-crystal silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.02 to 0.03 Ωst (Fig. 4A )
Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой подложки 11. Также во втором примере реализации, аналогично первому примеру реализации, анодирование было, проведено используя устройство, для анодиро- вания имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.1. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, и раствор электролита HF : C2H5OH = 1 : 1 был заполнен в две ячейки IA и IB. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB с помощью источника переменного тока 2 с частотой 60 Гц.Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. Also in the second embodiment, similar to the first embodiment, the anodization was carried out using an anodizing apparatus having a two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG. one. A semiconductor substrate 11 made of single-crystal silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution HF: C 2 H 5 OH = 1: 1 was filled into two cells IA and IB. Then, a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using an alternating current source 2 with a frequency of 60 Hz.
С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,1 Вт/см2 одновременно с этим был включен источник электромагнитного излу- чения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0, 1 Вт/см , одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 1 mA/cmг на протяжении 7 минут. При этом источники А , Б и В были включены периодически с периодом 0,7 мин. на протяжении всего эта- па анодирования и их характеристики в течении времени увеличивались (до 2 Тл для значения магнитной индукции, 0,2 Вт/см2 для плотности мощности ультра- звуковых колебаний и 0, 11 Вт/см для плотности мощности электромагнитного излучения.) с постоянной составляющей приращения.Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.1 W / cm 2, at the same time a source of electromagnetic radiation was turned on A with a power density of electromagnetic radiation of 0.1 W / cm; at the same time, an anodizing current was applied through electrodes ZA and ZV with a current density of 1 mA / cm g for 7 minutes. Moreover, sources A, B and C were included periodically with a period of 0.7 minutes. throughout the anodizing stage and their characteristics increased over time (up to 2 T for the value of magnetic induction, 0.2 W / cm 2 for the power density of ultrasonic vibrations, and 0.11 W / cm for the power density of electromagnetic radiation. ) with a constant component of the increment.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовалась лампа накаливания и матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид). Этим этапом, был сформирован поверхностный слой 12S имеющий пористость 16% и толщину 1,7 μт имеющий очень маленький диаметр пор (Фиг. 4В).An incandescent lamp and a matrix of emitting diodes were used as a source of electromagnetic radiation A. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B. By this step, a surface layer 12S having a porosity of 16% and a thickness of 1.7 μt having a very small pore diameter was formed (Fig. 4B).
Подача тока была остановлена на момент затем с помощью источника маг- нитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,01 Вт/см2 одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,1 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 8 тА/ст2 на протяжении 8 минут. При этом источники А , Б и В были включены постоянно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени увеличивались на 40% с постоянной составляющей приращения.The current supply was stopped for a moment, then using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created; at the same time, an ultrasonic vibration source B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.01 W / cm 2 at the same time, the electromagnetic radiation source A was switched on with an electromagnetic radiation power density of 0.1 W / cm 2 ; at the same time, the anodizing current was supplied through the ZA and ZV electrodes with a current density of 8 tA / st 2 for 8 minutes. At the same time, sources A, B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics increased over time by 40% with a constant increment component.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовалась лампа накаливания и матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид).An incandescent lamp and a matrix of emitting diodes were used as a source of electromagnetic radiation A. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Этим этапом, промежуточный пористый слой 12M имеющий пористость 26% и толщину 6,Ъμm и имеющий большую пористость по сравнению с поверхностным слоем 12S, был сформирован под поверхностным слоем 12S (Фиг. 4C). Подача тока была остановлена еще раз на момент и затем помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,1 Вт/см2 одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощ- ности электромагнитного излучения 0,1 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 210 тА/ст2 на протяжении 4 секунд. При этом источники А , Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени увеличивались на 10% с постоянной составляющей приращения. В качестве источника электромагнитного излучения А использовалась матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использо- валась катушка индуктивности (соленоид). Этим этапом, был сформирован в промежуточном пористом слое 12M, высокопористый слой 12H, имеющий большую пористость, чем этот промежуточный пористый слой 12M, имеющий пористость 61% и толщину 0,05μm (Фиг. 4D). Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий поверхностный слой 12S , промежуточный пористый слой 12M, и высокопористый слой 12H.By this step, an intermediate porous layer 12M having a porosity of 26% and a thickness of 6, bμm and having a greater porosity compared to the surface layer 12S, was formed under the surface layer 12S (Fig. 4C). The current supply was stopped again for a moment and then using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.1 W / cm 2 was turned on at the same time, the electromagnetic radiation source A was switched on with an electromagnetic radiation power density of 0.1 W / cm 2 ; at the same time, the anodizing current was supplied through ZA and ZV electrodes with a current density of 210 tA / st 2 for 4 seconds . At the same time, sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire stage of anodizing and their characteristics increased over time by 10% with a constant increment component. As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. As a source of magnetic field B using an inductance coil (solenoid). By this step, a highly porous layer 12H having a higher porosity than this intermediate porous layer 12M having a porosity of 61% and a thickness of 0.05 μm was formed in the intermediate porous layer 12M (Fig. 4D). Thus, a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H.
После формирования пористого слоя 12, отжиг, эпитаксиальный рост кремния, и отслаивание проводится в той же последовательности как описано в примере реализации 1. После формирования пористого слоя 12, для кремниевого эпитаксиального роста устройства, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1300 C° , была проведена для полупроводниковой подложки 11 в атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был проведен путем увеличения температуры от комнатной до 1300 С в течении приблизительно 25 минут и выдерж- кой при 1300 С в течении приблизительно 40 минут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более непрочной. После этого, температура была уменьшена от температуры отжига 1300After the formation of the porous layer 12, annealing, silicon epitaxial growth, and peeling is carried out in the same sequence as described in embodiment 1. After the formation of the porous layer 12, for silicon epitaxial growth of the device, the heat treatment, which is annealing at 1300 ° C was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. The annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1300 C for approximately 25 minutes and holding at 1300 C for approximately 40 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more fragile. After that, the temperature was reduced from the annealing temperature of 1300
С до 1040 C° в атмосфере H2 и эпитаксиальный рост кремния был осуществлен на протяжении 20 минут, а в качестве газового источника использовался газ SiH2 . Легированием этой пленки, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 сделанная из монокристаллического кремния имеющая толщину 5 μт была сфор- мирована на поверхности пористого слоя 12S (Фиг. 5A).C to 1040 C ° in an atmosphere of H 2 and epitaxial growth of silicon was carried out for 20 minutes, and the gas source was SiH 2 . By doping this film, an epitaxial semiconductor film 13 made of monocrystalline silicon having a thickness of 5 μt was formed on the surface of the porous layer 12S (Fig. 5A).
На следующем этапе эпитаксиальный полупроводниковый слой 13 был отслоен от полупроводниковой подложки 11. Для этого этапа отслаивания, связующий элемент 14 был нанесен на поверхность эпитаксиальной полупроводниковой пленки 13 и на обратную сторону полупроводниковой подложки 11, соот- ветственно, и гибкая поддерживающая подложка 15 выполненная из листа поли- этилентерефталата была сцеплена этим связующим элементом 14. Прочность связи поддерживающей подложки 15 с помощью этого связующего элемента 14 была подобрана более прочной, чем прочность разделения в пористом слое 12. Затем путем направленной сжатой струи воды было вызвано разрушающее на- пряжение для отделения полученной тонкой полупроводниковой пленки от полупроводниковой подложки. Этим, произошло разделение вдоль линии непрочности в хрупком пористом слое 12 с разделением происшедшим в высокопористом слое 12H, или, на или поблизости поверхности раздела с высокопористым слоем 12H, и эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 была отслоена от по- лупроводниковой подложки 11 (Фиг. 5В).In the next step, the epitaxial semiconductor layer 13 was peeled off from the semiconductor substrate 11. For this peeling step, a bonding element 14 was deposited on the surface of the epitaxial semiconductor film 13 and on the back side of the semiconductor substrate 11, respectively, and a flexible supporting substrate 15 made of sheet poly- ethylene terephthalate was bonded by this bonding element 14. The bond strength of the support substrate 15 with this bonding element 14 was selected to be stronger than the separation strength in the porous layer 12. Then, a directional compressed jet of water caused a breaking stress to separate the resulting thin semiconductor film from a semiconductor substrate. This resulted in separation along the line of weakness in the brittle porous layer 12 with separation occurring in the highly porous layer 12H, or, on or near the interface with the highly porous layer 12H, and the epitaxial semiconductor film 13 was peeled from the semiconductor substrate 11 (Fig. 5B) .
Таким способом отделена тонкая пленка полупроводника 23 составленная из эпитаксиальной полупроводниковой пленки 13. В этом примере, любой оставшийся пористый слой, отслоенный с тонкой пленкой полупроводника 23 был удален химическим или механическим травлением. В результате был получен улыратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150 xl50ммxмм .In this way, a thin film of semiconductor 23 composed of an epitaxial semiconductor film 13 is separated. In this example, any remaining porous layer delaminated with a thin film of semiconductor 23 was removed by chemical or mechanical etching. The result was an ultra-thin silicon-based single-crystal solar cell with a surface area of 150 xl50mmxmm.
Пример реалихзации 3.Implementation Example 3.
Фиг. 6 и Фиг. 7 схема процесса примера реализации 3. Сначала, аналогично примеру реализации 1, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, 0,02 до 0,03 Ост (Фиг. 6A).FIG. 6 and FIG. 7 is a process diagram of an example of implementation 3. First, similarly to example of implementation 1, a semiconductor substrate 11 was made of monocrystalline silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.02 to 0.03 Ost (Fig. 6A).
Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой подложки 11. В третьем примере реализации, аналогично первому примеру реализа- ции, анодирование было проведено используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.l. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, и раствор электролита HF : C2H5OH = 1 : 1 был заполнен в две ячейки IA и IB. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB c помощью источника постоянного тока 2. С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирова- ния через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 1 тА/ст2 на протяжении 7 минут. При этом источники Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. In the third embodiment, similarly to the first embodiment, anodizing was performed using an anodizing apparatus having a two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG. A semiconductor substrate 11 made of single-crystal silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution HF: C 2 H 5 OH = 1: 1 was filled into two cells IA and IB. Then, a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2. Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 was turned on , at the same time an anodized current was applied. through electrodes ZA and SV with a current density of 1 tA / st 2 for 7 minutes. At the same time, sources B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовалась лампа накаливания. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид) и постоянные магниты.An incandescent lamp was used as a source of electromagnetic radiation A. An inductance coil (solenoid) and permanent magnets were used as a source of magnetic field B.
Этим этапом, был сформирован поверхностный слой 12S имеющий пористость 16% и толщину на уровне 1,7 μт (Фиг. 6В).By this step, a surface layer 12S was formed having a porosity of 16% and a thickness of 1.7 μt (Fig. 6B).
Подача тока была остановлена на момент, и затем с помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукциейThe current supply was stopped for a moment, and then using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with magnetic induction was created
2 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,05 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 4 тА/ст2 на протяжении 3 минут. При этом источники Б и В были вклю- чены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.2 T, at the same time, the source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.05 W / cm 2 , and at the same time, an anodizing current was supplied through ZA and ZV electrodes with a current density of 4 tA / st 2 for 3 minutes . In this case, sources B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовалась лампа накаливания. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид) и постоянные магниты. Этим этапом, промежуточный пористый слой 12Ml имеющий пористостьAn incandescent lamp was used as a source of electromagnetic radiation A. An inductance coil (solenoid) and permanent magnets were used as a source of magnetic field B. By this step, an intermediate porous layer 12Ml having porosity
22% и толщину l,8μm и имеющий большую пористость по сравнению с поверхностным слоем 12S, был сформирован под поверхностным слоем 12S (Фиг. 6C).22% and a thickness l, 8μm and having a greater porosity compared to the surface layer 12S, was formed under the surface layer 12S (Fig. 6C).
Подача тока была остановлена еще раз на момент, и затем с помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1,5 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 10 тА/ст2 на протяжении 6 минут. При этом источники Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени увеличивались на 10% с постоянной составляющей приращения.The current supply was stopped again for a moment, and then using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1.5 T was created, at the same time the ultrasonic source was turned on oscillations of B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 ; at the same time, an anodization current was supplied through electrodes ZA and SV with a current density of 10 tA / st 2 for 6 minutes. At the same time, sources B and C were turned on continuously throughout the entire stage of anodization and their characteristics increased over time with 10% with a constant increment component.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовалась лампа накаливания. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид) и постоянные магниты. Этим этапом, второй промежуточный пористый слой 12M2 имеющий промежуточную пористость на уровне 30% и толщину 6,6 μт, был сформирован под первым промежуточным пористым слоем 12Ml (Фиг. 6D).An incandescent lamp was used as a source of electromagnetic radiation A. An inductance coil (solenoid) and permanent magnets were used as a source of magnetic field B. By this step, a second intermediate porous layer 12M2 having an intermediate porosity of 30% and a thickness of 6.6 μt was formed under the first intermediate porous layer 12Ml (Fig. 6D).
Далее, подача тока была остановлена еще раз на момент, и с помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 1 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 200 тА/ст2 на протяжении 3 секунд. При этом источники Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени оставались постоянными.Further, the current supply was stopped again for a moment, and using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created at the same time as the source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 1 W / cm 2 , at the same time, the anodizing current was supplied through the electrodes ZA and ZV with a current density of 200 tA / st 2 for 3 seconds. At the same time, sources B and C were turned on continuously throughout the entire stage of anodizing and their characteristics remained constant over time.
Этим этапом, во втором промежуточном пористом слое 12M2, высокопористый слой 12H имеющий большую пористость, чем промежуточный пористый слой 12M2, имеющий пористость 60% и толщину 0,5 μт , был сформирован (Фиг. 6E). Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий поверхностный слой 12S, первый и второй промежуточные слои 12Ml и 12M2, и высокопористый слой 12H.By this step, in the second intermediate porous layer 12M2, a highly porous layer 12H having a greater porosity than the intermediate porous layer 12M2 having a porosity of 60% and a thickness of 0.5 μt was formed (Fig. 6E). Thus, a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, first and second intermediate layers 12Ml and 12M2, and a highly porous layer 12H.
После формирования пористого слоя 12, отжиг проводится также как и в первом и втором примере реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 формируется эпитаксиальным ростом кремния (Фиг. 7A), и сцепка листа полиэтилентерефталата (не показана) служащего в качестве поддерживающей подложки была проведена. Отслаивание эпитаксиальной полупроводниковой пленки 13 и полупроводниковой подложки 11 было проведено разрушением высокопористого слоя 12H пористого слоя 12 или поблизости от него (Фиг. 7В). Разрушающие напряжения высокопористого 12 создавались путем расстягивающего напряжения к пленке полиэтилентерефталата. В примере реализации 3, созданы между высокопористым слоем 12H и поверхностным слоем 12S, первый и второй промежуточные слои 12Ml и 12M2 имеющие пористости, увеличивающиеся навстречу высокопористому слою 12H. Эти промежуточные слои выполняют задачу буферных слоев. Поэтому, величина воздействия напряжения из-за высокопористого слоя 12H может быть более эф- фективно уменьшена.After the formation of the porous layer 12, annealing is carried out as in the first and second embodiment, the epitaxial semiconductor film 13 is formed by the epitaxial growth of silicon (Fig. 7A), and the polyethylene terephthalate sheet (not shown) serving as a support substrate was bonded. Flaking epitaxial semiconductor film 13 and the semiconductor substrate 11 was carried out by the destruction of the highly porous layer 12H of the porous layer 12 or in its vicinity (Fig. 7B). Destructive stresses of highly porous 12 were created by tensile stress to the polyethylene terephthalate film. In Embodiment 3, between the highly porous layer 12H and the surface layer 12S, the first and second intermediate layers 12Ml and 12M2 having porosities increasing towards the highly porous layer 12H are created. These intermediate layers perform the task of buffer layers. Therefore, the magnitude of the effect of stress due to the highly porous 12H layer can be more effectively reduced.
В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150 х 150мм х мм .As a result, an ultrathin silicon monocrystalline solar cell with a surface area of 150 x 150 mm x mm was obtained.
Пример реализации 4 Фиг. 4 и Фиг. 5 схема процесса примера реализации 4. Сперва, аналогично примеру реализации 1, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, 0,02 до 0,03 Ωст (Фиг. 4A).Implementation Example 4 FIG. 4 and FIG. 5 is a process diagram of an example of implementation 4. First, similarly to example of implementation 1, a semiconductor substrate 11 was prepared made of single-crystal silicon doped with boron B at a high concentration and having a resistance of 0.02 to 0.03 Ωst (Fig. 4A).
Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой под- ложки 11. Также в четвертом примере реализации, аналогично первому примеру реализации, анодирование было, проведено используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.1. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, и раствор электролита HF : C2H5OH = 1 : 1 был заполнен в две ячейки IA и IB. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB с помощью источника постоянного тока 2.Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. Also in the fourth embodiment, similarly to the first embodiment, anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a double-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG. one. A semiconductor substrate 11 made of single-crystal silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution HF: C 2 H 5 OH = 1: 1 was filled into two cells IA and IB. Then, a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,1 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 1 тА/ст2 на протяжении 8 минут. При этом источники Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения. В качестве источника электромагнитного излучения А использовался лазер. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид).Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.1 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through electrodes ZA and ZV with a current density of 1 tA / st 2 for 8 minutes. At the same time, sources B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component. A laser was used as the source of electromagnetic radiation A. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Во время этого этапа, был сформирован поверхностный слой 12S имеющий пористость 16% и толщину на уровне 1,7 μт имеющий очень маленький диаметр пор по сравнению с поверхностным слоем 12S в первом примере реализации (Фиг. 4В).During this step, a surface layer 12S having a porosity of 16% and a thickness of 1.7 μt having a very small pore diameter was formed compared to the surface layer 12S in the first embodiment (FIG. 4B).
Далее, в этом примере, после формирования поверхностного слоя 12S, без остановки подачи тока, анодирование было проведено постепенным увеличением плотности тока от 1 тА/ст2 до 10 тА/ст2 ъ течении 16 минут, со скоростью увеличения плотности тока I mA/ 'ст2 в минуту. При этом были включены источник магнитного поля Б (Фиг. 1) и создано магнитное поле с магнитной индукцией 1,5 Тл и источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ульт- развуковых колебаний 0,01 Вт/см . Этим воздействием, был сформирован под поверхностным слоем 12S (Фиг. 4C) промежуточный пористый слой 12M имеющий изменяющуюся пористость от 16% до 30% и толщину 6,Sμm .Further, in this example, after the formation of the surface layer 12S, without stopping the current supply, the anodization was carried out by gradually increasing the current density from 1 tA / st 2 to 10 tA / st 2 for 16 minutes, with a speed of increasing current density I mA / ' st 2 per minute. In this case, the magnetic field source B was switched on (Fig. 1) and a magnetic field with a magnetic induction of 1.5 T and a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.01 W / cm were created. By this action, an intermediate porous layer 12M having a varying porosity of 16% to 30% and a thickness of 6, Sμm was formed under the surface layer 12S (Fig. 4C).
Подача тока была остановлена на момент, и затем ток был подан с плотностью тока на уровне 200 тА/ст2 на протяжении 3 секунд. При этом были включены источник магнитного поля Б (Фиг. 1) и создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл и источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2. Этим воздействием, был сформирован (Фиг. 4D) в промежуточном пористом слое 12M, высокопористый слой 12H имеющий большую пористость равную 60% и толщину 0,05 μт , чем этот промежуточный пористый слой 12M. Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий поверхностный слой 12S, промежуточный порис- тый слой 12M, и высокопористый слой 12H. В пористом слое 12, пористость промежуточного пористого слоя 12M весьма отличается от и высокопористого слоя 12H. Поэтому, созданы большие напряжения на поверхности раздела высокопористого слоя 12H и промежуточного слоя 12M и поблизости к этой поверхности, таким образом, механическая прочность пористой структуры в этой окрестности становится очень малой.The current supply was stopped for a moment, and then the current was supplied with a current density of 200 tA / st 2 for 3 seconds. In this case, the magnetic field source B was switched on (Fig. 1) and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T and a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 were created . By this action, was formed (Fig. 4D) in an intermediate porous layer 12M, a highly porous layer 12H having a greater porosity of 60% and a thickness of 0.05 μt than this intermediate porous layer 12M. Thus, a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H. In the porous layer 12, the porosity of the intermediate porous layer 12M is very different from that of the highly porous layer 12H. Therefore, large stresses are created at the interface between the highly porous layer 12H and the intermediate layer 12M and close to this surface, thus, the mechanical strength of the porous structure in this vicinity becomes very small.
После формирования пористого слоя 12, для кремниевого эпитаксиального роста устройства, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1100 С , была проведена для полупроводниковой подложки 11 атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был проведен путем увеличения темпе- ратуры от комнатной до 1100 C° в течении приблизительно 20 минут и выдержкой при 1100 С в течении приблизительно 30 минут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более непроч- ной.After the formation of the porous layer 12, for silicon epitaxial growth of the device, heat treatment, which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. The annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 30 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more fragile.
После этого, температура была уменьшена от температуры отжига 1100 С до 1030 C0 B атмосфере H2 и эпитаксиальный рост кремния был осуществлен на протяжении 17 минут, а в качестве газового источника использовался газ SiH4. Легированием этой пленки, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 сделанная из монокристаллического кремния имеющая толщину на уровне 5 μт была сформирована на поверхности пористого слоя 12S (Фиг. 5A).After that, the temperature was reduced from the annealing temperature of 1100 C to 1030 C 0 B in an H 2 atmosphere and the epitaxial growth of silicon was carried out for 17 minutes, and SiH 4 gas was used as a gas source. By doping this film, an epitaxial semiconductor film 13 made of monocrystalline silicon having a thickness of 5 μt was formed on the surface of the porous layer 12S (Fig. 5A).
После выше указанных этапов, идентичных, как и в примере 2, сцепка листа полиэтилентерефталата (не показана) служащего в качестве поддерживающей подложки была проведена и отслаивание (Фиг. 5 В), эпитаксиальной полупроводниковой пленки 13 и полупроводниковой подложки 11 было проведено разрушением высокопористого слоя 12H пористого слоя 12 или поблизости от него путем приложения растягивающих усилий к поддерживающим подложкам направленных в противоположные стороны.After the above steps, which are identical, as in Example 2, the adhesion of a sheet of polyethylene terephthalate (not shown) serving as a supporting substrate was carried out and peeling (Fig. 5B), epitaxial semiconductor film 13 and semiconductor substrate 11 was carried out by destruction of the highly porous layer 12H the porous layer 12 or in the vicinity thereof by applying tensile forces to the supporting substrates directed in opposite directions.
В четвертом примере реализации, поверхностный слой 12S который имеет маленькую и плотную пористость, и становится более гладким из-за отжига в во- дороде. Поэтому полупроводниковая пленка 13 эпитаксиально выращенная на поверхностном слое 12S сформирована и имеет еще лучшую кристалличность. В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150 х 150мм х мм . Пример реализации 5.In the fourth embodiment, the surface layer 12S which has a small and dense porosity and becomes smoother due to annealing in price. Therefore, the semiconductor film 13 epitaxially grown on the surface layer 12S is formed and has even better crystallinity. As a result, an ultrathin silicon single-crystal solar cell with a surface area of 150 x 150 mm x mm was obtained. Implementation Example 5.
На Фиг. 8 показана схема процесса примера реализации 5. Сначала, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, от 0,02 до 0,03 Ω.cm (Фиг. 8A). Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой подложки 11. В этом примере реализации, анодирование было, проведено используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.l. Полупроводниковая подложка 11 вы- полненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, и раствор электролита, составленный из HF : C2H5OH = 1 : 1 , был заполнен в две ячейки IA и IB. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB c помощью источника постоянного тока 2. С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 1 тЛ/ст2 на протяжении 8 минут. Одно- временно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,018 Вт/см2, При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения. В качестве источника электромагнитного излучения А использовался матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид).In FIG. 8 shows a process diagram of an example of implementation 5. First, a semiconductor substrate 11 made of single-crystal silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.02 to 0.03 Ω.cm was prepared (Fig. 8A). Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. In this embodiment, anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a two-sided structure of an electrochemical cell explained in FIG. A semiconductor substrate 11 made of single crystal silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution composed of HF: C 2 H 5 OH = 1: 1 was filled into two cells IA and IB. Then, a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV of the cells IA and IB immersed in the electrolyte solution using a direct current source 2. Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created at the same time the source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 ; at the same time, the anodizing current was supplied through the electrodes ZA and SV with a current density of 1 tL / st 2 for 8 minutes. At the same time, the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.018 W / cm 2. The sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component. As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Этим этапом, был сформирован поверхностный слой 12S имеющий порис- тость 16% и толщину на уровне 1,7 μт (Фиг. 8В).By this step, a surface layer 12S was formed having a porosity of 16% and a thickness of 1.7 μt (Fig. 8B).
Подача тока была остановлена на момент, и затем с помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1,5 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,18 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 7 тА/ст2 на протяжении 8 минут. При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в те- чении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.The current supply was stopped for a moment, and then using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1.5 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, the electromagnetic radiation source A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2 , at the same time, the anodizing current was supplied through electrodes ZA and ZV with a current density of 7 tA / st 2 for 8 minutes. Moreover, sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовалась матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид).As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Этим этапом, промежуточный пористый слой 12M имеющий пористость 26% и толщину 6,Ъμm и имеющий большую пористость по сравнению с поверхностным слоем 12S, был сформирован под поверхностным слоем 12S (Фиг. 8C). Подача тока была остановлена еще раз на момент, и затем с помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых ко- лебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,07 Вт/см2, одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,18 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 200 тА/ст2 на протяжении 0,7 минут, затем подача тока была снова оста- новлена на минуту, затем ток 200 тА/ст2 был подан на протяжении 0,7 секунды. При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени оставались постоянными.By this step, an intermediate porous layer 12M having a porosity of 26% and a thickness of 6, bμm and having a greater porosity compared to the surface layer 12S, was formed under the surface layer 12S (Fig. 8C). The current supply was stopped again for a moment, and then using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.07 was turned on W / cm 2 , at the same time, the source of electromagnetic radiation A with an electromagnetic power density of 0.18 W / cm 2 was turned on , at the same time, an anodizing current was supplied through the ZA and ZV electrodes with a current density of 200 tA / st 2 at 0.7 min ut, then the current supply was again stopped for a minute, then a current of 200 tA / st 2 was supplied for 0.7 seconds. Moreover, sources A, B and C were turned on continuously throughout stages of anodization and their characteristics over time remained constant.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовалась матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использо- валась катушка индуктивности (соленоид).As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Анодирование проводилось с перерывами при большой плотности тока три раза. Этим, был сформирован высокопористый слой 12H имеющий пористость 60% и толщину 50 rш и большую по сравнению с промежуточным пористым слоем 12M, причем высокопористый слой 12H был сформирован под про- межуточным пористым слоем 12M (Фиг. 8D). Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий поверхностный слой 12S , промежуточный пористый слой 12M, и высокопористый слой 12H.Anodizing was carried out intermittently at a high current density three times. Thereby, a highly porous 12H layer was formed having a porosity of 60% and a thickness of 50 rш and larger compared to the intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H was formed under the intermediate porous layer 12M (Fig. 8D). Thus, a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H.
После формирования пористого слоя 12, для кремниевого эпитаксиального роста устройства, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1100 С , была проведена для полупроводниковой подложки 11 в атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был проведен путем увеличения температуры от комнатной до 1100 С в течении приблизительно 20 минут и выдержкой при 1100 C° в течении приблизительно ЗОминут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более ломкой.After the formation of the porous layer 12, for silicon epitaxial growth of the device, heat treatment, which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. The annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 3 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle.
После этого, температура была уменьшена от температуры отжига 1100 C0 до 1030 C B атмосфере H2 и эпитаксиальный рост кремния был осуществлен на протяжении 17 минут используя газ SzH4B качестве газового источника. В ре- зультате, была сформирована на поверхности пористого слоя 12 (Фиг. 8E) эпи- таксиальная полупроводниковая пленка 13 сделанная из монокристаллического кремния имеющая толщину на уровне 5 μт .After that, the temperature was reduced from the annealing temperature of 1100 C 0 to 1030 CB in an H 2 atmosphere and epitaxial silicon growth was carried out for 17 minutes using SzH 4 B gas as a gas source. As a result, an epitaxial semiconductor film 13 made of single-crystal silicon having a thickness of 5 μt was formed on the surface of the porous layer 12 (Fig. 8E).
Далее, также как в вышеописанных примерах реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 и полупроводниковая подложка 11 разделяются (Фиг. 8F). Периодической подачей тока большой плотности мощности, формируется высокопористый слой 12H на дне или под промежуточным пористым слоем 12M, и высокопористый слой 12H может быть сформирован с очень большой пористостью. Пористость высокопористого слоя значительно улучша- ется в процессе высокотемпературного отжига в атмосфере H2 . Соответственно, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 на пористом слое 12 может быть очень легко отслоена вдоль высокопористого слоя 12H или в его окрестности.Further, as in the above described embodiments, the epitaxial semiconductor film 13 and the semiconductor substrate 11 are separated (Fig. 8F). By periodically applying a current of high power density, a highly porous layer 12H is formed at the bottom or under the intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H can be formed with very high porosity. The porosity of the highly porous layer is significantly improved during high-temperature annealing in an H 2 atmosphere. Accordingly, the epitaxial semiconductor film 13 on the porous layer 12 can be very easily peeled off along the high porous layer 12H or in its vicinity.
Фиг. 23 и Фиг. 24 схематические виды основанные на микрофотографиях с увеличением 100,000 поперечного сечения промежуточного пористого слоя 12M и высокопористого слоя 12H в этом примере реализации до и после высокотемпературного отжига в атмосфере H2. Как очевидно из сравнения этих двух видов, рост кристаллических зерен вызван высокотемпературным отжигом в атмосфере H2.FIG. 23 and FIG. 24 are schematic views based on microphotographs with a magnification of 100,000 of a cross section of an intermediate porous layer 12M and a highly porous layer 12H in this embodiment before and after high-temperature annealing in an H 2 atmosphere. As is evident from a comparison of these two species, the growth of crystalline grains is caused by high-temperature annealing in an H 2 atmosphere.
В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150x150лш х мм .As a result, an ultrathin silicon monocrystalline solar cell with a surface area of 150x150lx x mm was obtained.
Пример реализации 6.Implementation Example 6.
На Фиг. 8 показана схема процесса примера реализации 6. Сначала, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, от 0,01 до 0,02 Ωст (Фиг. 8A).In FIG. 8 shows a process diagram of an example of implementation 6. First, a semiconductor substrate 11 made of single-crystal silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.01 to 0.02 Ωst (Fig. 8A) was prepared.
Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой подложки 11. В этом примере реализации, анодирование было, проведено используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохи- мической ячейки объясненной на Фиг.l. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, и раствор электролита, составленный из HF : C2H5OH = 1 : 1 , был заполнен в две ячейки IA и IB. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB c помощью источника постоянного тока 2. С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирова- ния через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 1 тА/ст2 на протяжении 8 минут. Одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,18 Вт/см . При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. In this embodiment, anodizing was carried out using an anodizing apparatus having the two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG. A semiconductor substrate 11 made of monocrystalline silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution composed of HF: C 2 H 5 OH = 1: 1 was filled into two cells IA and IB. Then, a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2. Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 was turned on , at the same time an anodized current was applied. through electrodes ZA and SV with a current density of 1 tA / st 2 for 8 minutes. At the same time, the electromagnetic radiation source A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm. At the same time, sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовался матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид).As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Этим этапом, был сформирован поверхностный слой 12S имеющий порис- тость 16% и толщину на уровне 1,7 μт (Фиг. 8В).By this step, a surface layer 12S was formed having a porosity of 16% and a thickness of 1.7 μt (Fig. 8B).
Подача тока была остановлена на момент, и затем ток был подан с плотностью тока 7 тА/ст2 на протяжении 8 минут. Этим этапом, промежуточный пористый слой 12M имеющий пористость 26% и толщину 6,Ъμm и имеющий большую пористость по сравнению с поверхностным слоем 12 S, был сформиро- ван под поверхностным слоем 12S (Фиг. 8C).The current supply was stopped for a moment, and then the current was supplied with a current density of 7 tA / st 2 for 8 minutes. By this step, an intermediate porous layer 12M having a porosity of 26% and a thickness of 6, bμm and having a greater porosity compared to the surface layer 12S, was formed under the surface layer 12S (Fig. 8C).
Подача тока была остановлена еще раз на момент, и затем ток подавался на протяжении 2 секунд с плотностью тока 60 тА/ст2 и было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл, а также ультразвуковые колебания с плотностью мощности колебаний 0,02 Вт/см2. Этим этапом, был сформирован высоко- пористый слой 12H с пористостью 60% и толщиной 50 пм . Причем этот высокопористый слой 12H был сформирован на поверхности раздела полупроводниковой подложки 11 под промежуточным слоем 12M (Фиг. 8D).The current supply was stopped again for a moment, and then the current was supplied for 2 seconds with a current density of 60 tA / st 2 and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, as well as ultrasonic vibrations with an oscillation power density of 0.02 W / cm 2 . By this step, a highly porous 12H layer with a porosity of 60% and a thickness of 50 pm was formed. Moreover, this highly porous layer 12H was formed on the interface of the semiconductor substrate 11 under the intermediate layer 12M (Fig. 8D).
Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий поверхностный слой 12S, промежуточный пористый слой 12M, и высокопористый слой 12H. В этом пористом слое 12 сформированным таким способом, пористость сильно разница между высокопористым слоем 12H, промежуточным слоем 12M и подложкой 11, поэтому большие напряжения внесены на поверхности раздела этих слоев и в ее окрестности, таким образом прочность высокопо- ристого слоя и прилегающей к нему окрестности становится очень не прочной.Thus, a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H. In this porous layer 12 formed in this way, the porosity is very different between the highly porous layer 12H, the intermediate layer 12M and the substrate 11, therefore, large stresses are introduced on the interface of these layers and in its vicinity, thus the strength of the highly porous layer and the surrounding area becomes very unstable.
После формирования пористого слоя 12, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1100 С , была проведена для полупроводниковой подложки 11 в атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был проведен путем увеличения температуры от комнатной до 1100 С в течении при- близительно 20 минут и выдержкой при 1100 С" в течении приблизительно ЗОминут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более ломкой. После этого, температура была уменьшена от температуры отжига 1100After the formation of the porous layer 12, heat treatment, which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. The annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 3 minutes. Using this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H was made even more brittle.After that, the temperature was reduced from the annealing temperature 1100
С до 1030 С в атмосфере Tf2 и эпитаксиальный рост кремния был осуществлен на протяжении 17 минут используя газ SiH4B качестве газового источника. В результате, была сформирована на поверхности пористого слоя 12 (Фиг. 8E) эпи- таксиальная полупроводниковая пленка 13 сделанная из монокристаллического кремния имеющая толщину на уровне 5 μт .C to 1030 C in an atmosphere of Tf 2 and epitaxial growth of silicon was carried out for 17 minutes using SiH 4 B gas as a gas source. As a result, an epitaxial semiconductor film 13 made of single-crystal silicon having a thickness of 5 μt was formed on the surface of the porous layer 12 (FIG. 8E).
Далее, также как в вышеописанных примерах реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 отделяется от полупроводниковой подложки 11 таким образом получается намеченная тонкая полупроводниковая пленка 23 (Фиг. 8F). В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150xl50лшxлш .Further, as in the above-described embodiments, the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, thereby producing the intended thin semiconductor film 23 (FIG. 8F). As a result, an ultrathin silicon monocrystalline solar cell with a surface area of 150xl50lxlxl was obtained.
Пример реализации 7.Implementation Example 7.
На Фиг. 8 показана схема процесса примера реализации 7. Сначала, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристалли- ческого кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, от 0,01 до 0,02 Ωст (Фиг. 8A). Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой подложки 11. В этом примере реализации, анодирование было, проведено используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.l. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, и раствор электролита, составленный из HF : C2H5OH = 1 : 1 , был заполнен в две ячейки IA и IB. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB с помощью источника постоянного тока 2.In FIG. 8 shows a process diagram of an example of implementation 7. First, a semiconductor substrate 11 was prepared made of monocrystalline silicon, doped with boron B at a high concentration and having a resistance of 0.01 to 0.02 Ωst (Fig. 8A). Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. In this embodiment, anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a two-sided structure of an electrochemical cell explained in FIG. A semiconductor substrate 11 made of monocrystalline silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution composed of HF: C 2 H 5 OH = 1: 1 was filled into two cells IA and IB. Then, a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1,5 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 1 тА/ст2 на протяжении 6 минут. Одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,18 Вт/см2, При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1.5 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 was turned on , at the same time a current was applied anodizing through electrodes ZA and ZV with a current density of 1 tA / st 2 for 6 minutes. At the same time, the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2. Moreover, sources A, B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing phase and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовался матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид).As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Этим этапом, был сформирован поверхностный слой 12S имеющий порис- тость 16% и толщину на уровне 1,5 μт (Фиг. 8В).By this step, a surface layer 12S was formed having a porosity of 16% and a thickness of 1.5 μt (Fig. 8B).
Подача тока была остановлена на момент, и затем ток был подан с плотностью тока 4 тА/ст2 на протяжении 13 минут. Этим этапом, промежуточный пористый слой 12M имеющий пористость 22% и толщину 6,Ъμm и имеющий большую пористость по сравнению с поверхностным слоем 12S, был сформиро- ван под поверхностным слоем 12S (Фиг. 8C). Подача тока была остановлена еще раз на момент, и затем ток подавался на протяжении 2 секунд с плотностью тока 60 тЛ/ст2 , и было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл, а также ультразвуковые колебания с плотностью мощности колебаний 0,02 Вт/см2. Этим этапом, был сформирован высокопористый слой 12H c пористостью 60% и толщиной 50 пм . Причем этот высокопористый слой 12H был сформирован на поверхности раздела полупроводниковой подложки 11 под промежуточным слоем 12M (Фиг. 8D).The current supply was stopped for a moment, and then the current was supplied with a current density of 4 tA / st 2 for 13 minutes. By this step, an intermediate porous layer 12M having a porosity of 22% and a thickness of 6, bμm and having a higher porosity compared to the surface layer 12S was formed under the surface layer 12S (Fig. 8C). The current supply was stopped again for a moment, and then the current was supplied for 2 seconds with a current density of 60 tL / st 2 , and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, as well as ultrasonic vibrations with an oscillation power density of 0.02 W / cm 2 . By this step, a highly porous 12H layer was formed with a porosity of 60% and a thickness of 50 pm. Moreover, this highly porous layer 12H was formed on the interface of the semiconductor substrate 11 under the intermediate layer 12M (Fig. 8D).
Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий поверхностный слой 12S, промежуточный пористый слой 12M, и высокопористый слой 12H.Thus, a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H.
В этом пористом слое 12 сформированным таким способом, пористость сильно различается между высокопористым слоем 12H, промежуточным слоем 12M и подложкой 11, поэтому большие напряжения внесены на поверхности раздела этих слоев и в ее окрестности, таким образом прочность высокопористого слоя и прилегающей к нему окрестности становится очень не прочной.In this porous layer 12 formed in this way, the porosity varies greatly between the highly porous layer 12H, the intermediate layer 12M and the substrate 11, therefore, large stresses are introduced on the interface of these layers and in its vicinity, so the strength of the highly porous layer and the surrounding area becomes very not durable.
После формирования пористого слоя 12, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1100 С , была проведена для полупроводниковой подложки 11 в атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был проведен путем увеличения температуры от комнатной до 1100 С в течении приблизительно 20 минут и выдержкой при 1100 C° в течении приблизительно ЗОминут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более ломкой. После этого, температура была уменьшена от температуры отжига 1100After the formation of the porous layer 12, heat treatment, which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. The annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 3 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle. After that, the temperature was reduced from the annealing temperature of 1100
С до 1030 C0 B атмосфере H2 и эпитаксиальный рост кремния был осуществлен на протяжении 17 минут используя газ SiH4B качестве газового источника. В результате, была сформирована на поверхности пористого слоя 12 (Фиг. 8E) эпи- таксиальная полупроводниковая пленка 13 сделанная из монокристаллического кремния имеющая толщину на уровне 5 μт . Далее, также как в вышеописанных примерах реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 отделяется от полупроводниковой подложки 11, таким образом получается намеченная тонкая полупроводниковая пленка 23 (Фиг. 8F). В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150 х 150мм х мм .From up to 1030 C 0 B atmosphere of H 2 and epitaxial growth of silicon was carried out for 17 minutes using SiH 4 B gas as a gas source. As a result, an epitaxial semiconductor film 13 made of single-crystal silicon having a thickness of 5 μt was formed on the surface of the porous layer 12 (FIG. 8E). Further, as in the above-described embodiments, the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, thereby obtaining the intended thin semiconductor film 23 (Fig. 8F). As a result, an ultrathin silicon single-crystal solar cell with a surface area of 150 x 150 mm x mm was obtained.
Пример реализации 8.Implementation Example 8.
На Фиг. 8 показана схема процесса примера реализации 8. Сначала, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристалли- ческого кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, от 0,01 до 0,02 Ω.cm (Фиг. 8A).In FIG. 8 shows a process diagram of an example of implementation 8. First, a semiconductor substrate 11 was prepared made of monocrystalline silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.01 to 0.02 Ω.cm (Fig. 8A).
Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой подложки 11. В этом примере реализации, анодирование было, проведено используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.l. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB5 в первую электрохимическую ячейку IA был залит раствор электролита HF : C2H5OH = 2 : 1 , а во вторую IB электрохимическую ячейку был залит раствор электролита HF : C2H5OH = 1 : 1. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB с помощью источника постоянного тока 2.Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. In this embodiment, anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a two-sided structure of an electrochemical cell explained in FIG. A semiconductor substrate 11 made of monocrystalline silicon was installed between the first and second cells IA and IB 5 in the first electrochemical cell IA, an electrolyte solution HF: C 2 H 5 OH = 2: 1 was poured, and an electrolyte solution HF was poured into the second IB electrochemical cell : C 2 H 5 OH = 1: 1. Then, a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 1 тА/ст2 на протяжении 5 минут. Одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,18 Вт/см2, При этом источни- ки А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирова- ния и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through ZA and ZV electrodes with current density at the level of 1 tA / st 2 for 5 minutes. At the same time, the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2 , while sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing phase. and their characteristics over time decreased by 5% with a constant component of the increment.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовался матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использова- лась катушка индуктивности (соленоид).As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Этим этапом, был сформирован поверхностный слой 12S имеющий пористость 13% и толщину на уровне 1,5 μт (Фиг. 8В).By this step, a surface layer 12S was formed having a porosity of 13% and a thickness of 1.5 μt (Fig. 8B).
Подача тока была остановлена на момент, и затем ток был подан с плотностью тока 5 тА/ст2 на протяжении 5 минут. Этим этапом, промежуточный пористый слой 12M имеющий пористость 18% и толщину 5 μт был сформирован под поверхностным слоем 12S (Фиг. 8C).The current supply was stopped for a moment, and then the current was supplied with a current density of 5 tA / st 2 for 5 minutes. By this step, an intermediate porous layer 12M having a porosity of 18% and a thickness of 5 μt was formed under the surface layer 12S (Fig. 8C).
Подача тока была остановлена еще раз на момент, и затем ток подавался на протяжении 3 секунд с плотностью тока 80 тА/ст2 и было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл, а также ультразвуковые колебания с плотно- стью мощности колебаний 0,02 Вт/см2. Этим этапом, был сформирован высокопористый слой 12H с пористостью 60% и толщиной 50 пм . Причем этот высокопористый слой 12H был сформирован на поверхности раздела полупроводниковой подложки 11 под промежуточным слоем 12M (Фиг. 8D).The current supply was stopped again for a moment, and then the current was supplied for 3 seconds with a current density of 80 tA / st 2 and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, as well as ultrasonic vibrations with an oscillation power density of 0.02 W / cm 2 . By this step, a highly porous 12H layer was formed with a porosity of 60% and a thickness of 50 pm. Moreover, this highly porous layer 12H was formed on the interface of the semiconductor substrate 11 under the intermediate layer 12M (Fig. 8D).
Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий по- верхностный слой 12S, промежуточный пористый слой 12M, и высокопористый слой 12H.Thus, a porous layer 12 was formed comprising a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H.
В этом пористом слое 12 сформированным таким способом, пористость сильно различается между высокопористым слоем 12H, промежуточным слоемIn this porous layer 12 formed in this way, the porosity varies greatly between the highly porous layer 12H, the intermediate layer
12M и подложкой 11, поэтому большие напряжения внесены на поверхности раз- дела этих слоев и в ее окрестности, таким образом прочность высокопористого слоя и прилегающей к нему окрестности становится очень не прочной.12M and substrate 11, therefore, large stresses are introduced on the interface of these layers and in its vicinity, so the strength of the highly porous layer and the surrounding area becomes very unstable.
После формирования пористого слоя 12, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1100 С , была проведена для полупроводниковой подложки 11 в атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был про- веден путем увеличения температуры от комнатной до 1100 С в течении при- близительно 20 минут и выдержкой при 1100 C0 в течении приблизительноAfter the formation of the porous layer 12, heat treatment, which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. The annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 C during about 20 minutes and holding at 1100 C 0 for about
ЗОминут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более ломкой.ZOMIN. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle.
После этого, температура была уменьшена от температуры отжига 1100 C0 до 1030 C° в атмосфере H2 и эпитаксиальный рост кремния был осуществлен на протяжении 17 минут используя газ 5/H4B качестве газового источника. В результате, была сформирована на поверхности пористого слоя 12 (Фиг. 8E) эпи- таксиальная полупроводниковая пленка 13 сделанная из монокристаллического кремния имеющая толщину на уровне 5 μт .Thereafter, the temperature was reduced from an annealing temperature of 1100 0 C to 1030 C ° in an atmosphere of H 2 and epitaxial silicon growth was carried out for 17 minutes using a gas 5 / H 4 B as a gas source. As a result, an epitaxial semiconductor film 13 made of single-crystal silicon having a thickness of 5 μt was formed on the surface of the porous layer 12 (FIG. 8E).
Далее, также как в вышеописанных примерах реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 отделяется от полупроводниковой подложки 11, таким образом получается намеченная тонкая полупроводниковая пленка 23 (Фиг. 8F).Further, as in the above-described embodiments, the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, thereby obtaining the intended thin semiconductor film 23 (Fig. 8F).
В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150 хlSОммхмм .As a result, an ultrathin silicon monocrystalline solar cell with a surface area of 150 hlSОmmkhmm was obtained.
Пример реализации 9.Implementation Example 9.
На Фиг. 4 и Фиг. 5 показана схема процесса примера реализации 9. Снача- ла, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния, легированная бором В при высокой концентрации,, и имеющая сопротивление, от 0,01 до 0,02 Ωст (Фиг. 4A).In FIG. 4 and FIG. 5 shows a process diagram of an example of implementation 9. First, a semiconductor substrate 11 was made of single-crystal silicon doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.01 to 0.02 Ωst (Fig. 4A).
Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой под- ложки 11. В этом примере реализации, анодирование было, проведено используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.l. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, и раствор электролита, составленный из HF : C2H5OH = 1 : 1 , был заполнен в две ячейки IA и IB. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB с помощью источника постоянного тока 2.Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. In this embodiment, anodizing was carried out using an anodizing apparatus having the two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG. A semiconductor substrate 11 made of monocrystalline silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution composed of HF: C 2 H 5 OH = 1: 1 was filled into two cells IA and IB. Then, the current was passed between Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 1 тА/ст2 на протяжении 8 минут. Одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,1 Вт/см2, При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through ZA and ZV electrodes with a current density of 1 tA / st 2 for 8 minutes. At the same time, the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.1 W / cm 2. Moreover, sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing phase and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовался матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использова- лась катушка индуктивности (соленоид).As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Этим этапом, был сформирован поверхностный слой 12S (Фиг. 4В). Подача тока была остановлена на момент, и затем ток был подан с плотностью тока 7 тА/ст2 на протяжении 8 минут. Этим этапом, был сформирован промежуточный пористый слой 12M под поверхностным слоем 12S (Фиг. 4C). Подача тока была остановлена еще раз на момент, и затем ток подавался на протяжении 3 секунд с плотностью тока 200 тА/ст2 и было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл. Этим этапом, был сформирован высокопористый слой 12H. Причем этот высокопористый слой 12H был сформирован внутри промежуточного пористого слоя 12M. Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий поверхностный слой 12S, промежуточный пористый слой 12M, и высокопористый слой 12H (Фиг. 4D).By this step, a surface layer 12S was formed (Fig. 4B). The current supply was stopped for a moment, and then the current was supplied with a current density of 7 tA / st 2 for 8 minutes. By this step, an intermediate porous layer 12M was formed under the surface layer 12S (Fig. 4C). The current supply was stopped again for a moment, and then the current was supplied for 3 seconds with a current density of 200 tA / st 2 and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created. By this step, a highly porous 12H layer was formed. Moreover, this highly porous layer 12H was formed inside the intermediate porous layer 12M. Thus, a porous layer 12 was formed comprising a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H (Fig. 4D).
После этого, в этом примере реализации, проводился этап оксидирования. Этот этап оксидирования проводился сухим оксидированием включающем высо- котемпературный нагрев до 400 С в атмосфере кислорода. Этим процессом, оксидировался внутрележащий участок пористого слоя 12, явление большого структурного изменения в пористом слое предотвращалось даже при последующей термической обработке в атмосфере H2 и воздействие напряжения вызванного близостью поверхности раздела высокопористого слоя 12H напрягающего поверхностный слой может быть эффективно уменьшено или ликвиди- ровано вовсе.After that, in this implementation example, an oxidation step was carried out. This oxidation step was carried out by dry oxidation, which included high-temperature heating to 400 C in an oxygen atmosphere. By this process, the inner-lying portion of the porous layer 12 was oxidized, a large structural changes in the porous layer were prevented even during subsequent heat treatment in an H 2 atmosphere, and the stress caused by the proximity of the interface of the highly porous layer 12H straining the surface layer can be effectively reduced or completely eliminated.
После этого, как и в предыдущих примерах реализации, проводились процессы высокотемпературного отжига в атмосфере водорода, затем процесс эпи- таксиального наращивания, и наконец процесс отслаивания эпитаксиально выращенной тонкой полупроводниковой пленки от полупроводниковой подложки с помощью приложения разрушающего напряжения к высокопористому слою.After this, as in the previous implementation examples, the processes of high-temperature annealing in a hydrogen atmosphere were carried out, then the process of epitaxial growth, and finally the process of peeling the epitaxially grown thin semiconductor film from the semiconductor substrate by applying a breaking voltage to the highly porous layer.
После формирования пористого слоя 12, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1100 С , была проведена для полупроводниковой подложки 11 в атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был проведен путем увеличения температуры от комнатной до 1100 С в течении приблизительно 20 минут и выдержкой при 1100 C0 в течении приблизительно ЗОминут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более ломкой. После этого, температура была уменьшена от температуры отжига 1100After the formation of the porous layer 12, heat treatment, which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. Annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 C for about 20 minutes and holding at 1100 0 C for approximately ZOminut. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle. After that, the temperature was reduced from the annealing temperature of 1100
С до 1030 C° в атмосфере H2 и эпитаксиальный рост кремния был осуществлен на протяжении 17 минут используя газ SiH 4в качестве газового источника. В результате, была сформирована на поверхности пористого слоя 12 (Фиг. 5A) эпи- таксиальная полупроводниковая пленка 13 сделанная из монокристаллического кремния имеющая толщину на уровне 5 μт .From 1030 C ° in an atmosphere of H 2 and epitaxial growth of silicon was carried out for 17 minutes using SiH 4 gas as a gas source. As a result, an epitaxial semiconductor film 13 made of single-crystal silicon having a thickness of 5 μt was formed on the surface of the porous layer 12 (Fig. 5A).
Далее, также как в вышеописанных примерах реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 отделяется от полупроводниковой подложки 11, таким образом получается намеченная тонкая полупроводниковая пленка 23 (Фиг. 5В). В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150X150ЛШXЛШ . Пример реализации 10.Further, as in the above-described embodiments, the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, thereby obtaining the intended thin semiconductor film 23 (Fig. 5B). As a result, an ultrathin silicon single-crystal solar cell with a surface area of 150X150LShXLSh was obtained. Implementation Example 10.
На Фиг. 4 и Фиг. 5 показана схема процесса примера реализации 10. Сна- чала, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, от 0,01 до 0,02 Ω,cm (Фиг. 4A).In FIG. 4 and FIG. 5 shows a process diagram of an embodiment 10. First, a semiconductor substrate 11 made of single-crystal silicon doped with boron B at a high concentration and having a resistance of 0.01 to 0.02 Ω, cm was prepared (Fig. 4A).
Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой под- ложки 11. В этом примере реализации, анодирование было, проведено используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.l. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, в первую электрохимическую ячейку IA был залит раствор электролита HF -. C2H5OH = 2 : 1 , а во вторую IB электрохимическую ячейку был залит раствор электролита HF : C2H5OH = 1 : 1. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB с помощью источника постоянного тока 2.Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. In this embodiment, anodizing was carried out using an anodizing apparatus having the two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG. A semiconductor substrate 11 made of monocrystalline silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution HF - was poured into the first electrochemical cell IA. C 2 H 5 OH = 2: 1, and the electrolyte solution HF: C 2 H 5 OH = 1: 1 was poured into the second IB electrochemical cell. Then, a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV of cells IA and immersed in the electrolyte solution and IB using a DC source 2.
С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 1 rпА/ст2 на протяжении 8 минут. Одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плот- ностью мощности электромагнитного излучения 0,18 Вт/см2, При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through ZA and ZV electrodes with a current density of 1 rpA / st 2 for 8 minutes. At the same time, the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2. Moreover, sources A, B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time. with a constant component of the increment.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовался мат- рица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид). Этим этапом, был сформирован поверхностный слой 12S имеющий пористость 16% и толщину на уровне 1,7 μт (Фиг. 4В).As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B. By this step, a surface layer 12S was formed having a porosity of 16% and a thickness of 1.7 μt (Fig. 4B).
Подача тока была остановлена на момент, и затем ток был подан с плотностью тока 7 тА/ст2 на протяжении 8 минут. Этим этапом, был сформирован промежуточный пористый слой 12M имеющий пористость 26% и толщину на уровне 6,3 μт (Фиг. 4C).The current supply was stopped for a moment, and then the current was supplied with a current density of 7 tA / st 2 for 8 minutes. By this step, an intermediate porous 12M layer was formed having a porosity of 26% and a thickness of 6.3 μt (Fig. 4C).
Затем, состав раствора электролита в первой электролитической ячейке IA был изменен на HF -. C2H5OH = 1 : 1. Затем, плотность тока была увеличена доThen, the composition of the electrolyte solution in the first electrolytic cell IA was changed to HF -. C 2 H 5 OH = 1: 1. Then, the current density was increased to
200 тА/ст2 , и ток подавался на протяжении 3 секунд, и было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл. Этим этапом, был сформирован высокопористый слой 12H с пористостью 60% и толщиной 0,5 μт . Причем этот высокопористый слой 12H был сформирован внутри промежуточного пористого слоя 12M (Фиг. 4D).200 tA / st 2 , and the current was supplied for 3 seconds, and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created. By this step, a highly porous 12H layer with a porosity of 60% and a thickness of 0.5 μt was formed. Moreover, this highly porous layer 12H was formed inside the intermediate porous layer 12M (Fig. 4D).
Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий по- верхностный слой 12S, промежуточный пористый слой 12M, и высокопористый слой 12H (Фиг. 4D).Thus, a porous layer 12 was formed comprising a surface layer 12S, an intermediate porous layer 12M, and a highly porous layer 12H (Fig. 4D).
После этого, как и в предыдущих примерах реализации, проводились процессы высокотемпературного отжига в атмосфере водорода, затем процесс эпи- таксиального наращивания, и наконец процесс отслаивания эпитаксиально вы- ращенной тонкой полупроводниковой пленки от полупроводниковой подложки с помощью приложения разрушающего напряжения к высокопористому слою.After this, as in the previous implementation examples, the processes of high temperature annealing in a hydrogen atmosphere were carried out, then the process of epitaxial growth, and finally the process of peeling the epitaxially grown thin semiconductor film from the semiconductor substrate by applying a breaking voltage to the highly porous layer.
После формирования пористого слоя 12, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1100 С , была проведена для полупроводниковой подложки 11 в атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был про- веден путем увеличения температуры от комнатной до 1100 С в течении приблизительно 20 минут и выдержкой при 1100 C° в течении приблизительно ЗОминут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более ломкой. После этого, температура была уменьшена от температуры отжигаAfter the formation of the porous layer 12, heat treatment, which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. The annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 3 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle. After that, the temperature was reduced from the annealing temperature.
1100 C0 до 1030 C0 B атмосфере H2 и эпитаксиальный рост кремния был осуществлен на протяжении 17 минут используя газ SiH4R качестве газового источника. В результате, была сформирована на поверхности пористого слоя 12 (Фиг. 5A) эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 сделанная из монокристаллического кремния имеющая толщину на уровне 5 μrn .1100 C 0 to 1030 C 0 In an H 2 atmosphere and epitaxial silicon growth was carried out for 17 minutes using SiH 4 R gas as a gas source. As a result, an epitaxial semiconductor film 13 made of single crystal silicon having a thickness of 5 μrn was formed on the surface of the porous layer 12 (FIG. 5A).
Далее, также как в вышеописанных примерах реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 отделяется от полупроводниковой подложки 11, таким образом получается намеченная тонкая полупроводниковая пленка 23 (Фиг. 5В).Further, as in the above described embodiments, the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, thereby producing the intended thin semiconductor film 23 (FIG. 5B).
В этом примере реализации, во время формирования поверхности пористого слоя 12, то есть, поверхностного слоя 12S и промежуточного пористого слоя 12M, увеличивалась концентрация плавиковой кислоты. Когда в электролите увеличивалась концентрация плавиковой кислоты, пористость пористого слоя становилась меньше. Поэтому, в этом случае, так как сформирован пористый слой имеющий экстремально мелкозернистые маленькие поры на поверхности пористого слоя 12, эпитаксиально выращенная эпитаксиальная полупроводниковая пленка сформированная на этом пористом слое представляет собой пленку с идеальной кристалличностью. Далее, в этом случае, во время формирования вы- сокопористого слоя 12H, если концентрация плавиковой кислоты в растворе электролита высока, значительной пористости нельзя достигнуть подачей тока с плотностью тока 200 тА/ст2 за 3 секунды, но в этом примере, на этапе формирования высокопористого слоя 12H, концентрация плавиковой кислоты в растворе электролита уменьшалась — заменой электролита перед формированием высо- копористого слоя, итак высокопористый слой 12H имеющий большую пористость мог быть произведен.In this embodiment, during the formation of the surface of the porous layer 12, that is, the surface layer 12S and the intermediate porous layer 12M, the concentration of hydrofluoric acid increased. When the concentration of hydrofluoric acid increased in the electrolyte, the porosity of the porous layer became smaller. Therefore, in this case, since a porous layer is formed having extremely fine-grained small pores on the surface of the porous layer 12, an epitaxially grown epitaxial semiconductor film formed on this porous layer is a film with perfect crystallinity. Further, in this case, during the formation of the highly porous 12H layer, if the concentration of hydrofluoric acid in the electrolyte solution is high, significant porosity cannot be achieved by applying current with a current density of 200 tA / st 2 in 3 seconds, but in this example, at the stage of formation of a highly porous 12H layer, the concentration of hydrofluoric acid in the electrolyte solution was reduced — by replacing the electrolyte before the formation of a highly porous layer, so a highly porous 12H layer having a large porosity could be produced.
В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150 х 150мм хмм .The result was an ultrathin silicon single crystal solar cell with a surface area of 150 x 150 mm x mm.
Пример реализации 11. На Фиг. 6 и Фиг. 7 показана схема процесса примера реализации 11. Сначала, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из моно- кристаллического кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, от 0,01 до 0,02 Ωст (Фиг. 6A).An implementation example 11. In FIG. 6 and FIG. 7 shows a process diagram of an example implementation 11. First, a semiconductor substrate 11 was made of mono crystalline silicon doped with boron B at high concentration and having a resistance of 0.01 to 0.02 Ωst (Fig. 6A).
Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой под- ложки 11. В этом примере реализации, анодирование было, проведено используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.l. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, в первую электрохимическую ячейку IA был залит раствор электролита HF -. C2H5OH = 2 : 1 , а во вторую IB электрохимическую ячейку был залит раствор электролита HF : C2H5OH = 1 : 1. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB с помощью источника постоянного тока 2.Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. In this embodiment, anodizing was carried out using an anodizing apparatus having the two-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG. A semiconductor substrate 11 made of monocrystalline silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution HF - was poured into the first electrochemical cell IA. C 2 H 5 OH = 2: 1, and the electrolyte solution HF: C 2 H 5 OH = 1: 1 was poured into the second IB electrochemical cell. Then, a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV of cells IA and immersed in the electrolyte solution and IB using a DC source 2.
С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 1 тА/ст2 на протяжении 8 минут. Одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плот- ностью мощности электромагнитного излучения 0,18 Вт/см2, При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B was switched on with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, an anodization current was applied through ZA and ZV electrodes with a current density of 1 tA / st 2 for 8 minutes. At the same time, the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2. Moreover, sources A, B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time. with a constant component of the increment.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовался мат- рица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид).As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Этим этапом, был сформирован поверхностный слой 12S имеющий пористость 14% и толщину на уровне 2 μт (Фиг. 6В).By this step, a surface layer 12S was formed having a porosity of 14% and a thickness of 2 μt (Fig. 6B).
Подача тока была остановлена на момент, и затем ток был подан с плот- ностью тока 7 тА/ст2 на протяжении 6 минут. Этим этапом, был сформирован первый промежуточный пористый слой 12Ml имеющий пористость 20% и толщину на уровне 6,4 μт (Фиг. 6C).The current supply was stopped for a moment, and then the current was supplied with a current density of 7 tA / st 2 for 6 minutes. This stage was formed a first intermediate 12Ml porous layer having a porosity of 20% and a thickness of 6.4 μt (Fig. 6C).
Затем, состав раствора электролита в первой электролитической ячейке IA был изменен на HF : C2H5OH = 1 : 1. Затем ток был подан с плотностью тока 7 тА/ст2 на протяжении 2 минут. Этим этапом, был сформирован второй промежуточный пористый слой 12M2 имеющий пористость 26% и толщину на уровне 1,7 μт (Фиг. 6D).Then, the composition of the electrolyte solution in the first electrolytic cell IA was changed to HF: C 2 H 5 OH = 1: 1. Then, the current was supplied with a current density of 7 tA / st 2 for 2 minutes. By this step, a second intermediate porous layer 12M2 was formed having a porosity of 26% and a thickness of 1.7 μt (Fig. 6D).
Затем, подача тока была остановлена на момент, и состав раствора электролита в первой электролитической ячейке IA был изменен на HF : C2H5OH = 1 : 1.5 . В этом состоянии, плотность тока была увеличена доThen, the current supply was stopped for a moment, and the composition of the electrolyte solution in the first electrolytic cell IA was changed to HF: C 2 H 5 OH = 1: 1.5. In this state, the current density has been increased to
200 тА/ст2 , и ток подавался на протяжении 2 секунд, и было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл, а также ультразвуковые колебания с плотностью мощности колебаний 0,02 Вт/см2. Этим этапом, был сформирован высокопористый слой 12H с пористостью 60% и толщиной 0,5 μт . Причем этот высоко- пористый слой 12H был сформирован внутри второго промежуточного пористого слоя 12M2 (Фиг. 6E).200 tA / st 2 , and the current was supplied for 2 seconds, and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, as well as ultrasonic vibrations with an oscillation power density of 0.02 W / cm 2 . By this step, a highly porous 12H layer with a porosity of 60% and a thickness of 0.5 μt was formed. Moreover, this highly porous layer 12H was formed inside the second intermediate porous layer 12M2 (Fig. 6E).
Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий поверхностный слой 12S, первый промежуточный пористый слой 12Ml, второй промежуточный слой 12M2 и высокопористый слой 12H. После этого, как и в предыдущих примерах реализации, проводились процессы высокотемпературного отжига в атмосфере водорода, затем процесс эпи- таксиального наращивания, и наконец процесс отслаивания эпитаксиально выращенной тонкой полупроводниковой пленки от полупроводниковой подложки с помощью приложения разрушающего напряжения к высокопористому слою. После формирования пористого слоя 12, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1100 C0 , была проведена для полупроводниковой подложки 11 в атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был проведен путем увеличения температуры от комнатной до 1100 C0 в течении приблизительно 20 минут и выдержкой при 1100 C0 в течении приблизительно ЗОминут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более ломкой.Thus, a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, a first intermediate porous layer 12Ml, a second intermediate layer 12M2 and a highly porous layer 12H. After this, as in previous implementation examples, high-temperature annealing in a hydrogen atmosphere was carried out, then the process of epitaxial growth, and finally the process of peeling an epitaxially grown thin semiconductor film from a semiconductor substrate by applying a breaking voltage to the highly porous layer. After the formation of the porous layer 12, heat treatment, which is annealing at 1100 C 0 , was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. Annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 0 C for approximately 20 minutes and holding at 1100 0 C for approximately ZOminut. Using this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle.
После этого, температура была уменьшена от температуры отжига 1100 С до 1030 C° в атмосфере H2 и эпитаксиальный рост кремния был осуществлен на протяжении 17 минут используя газ SiH4B качестве газового источника. В результате, была сформирована на поверхности пористого слоя 12 (Фиг. 7A) эпи- таксиальная полупроводниковая пленка 13 сделанная из монокристаллического кремния имеющая толщину на уровне 5 μт . Далее, также как в вышеописанных примерах реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 отделяется от полупроводниковой подложки 11, таким образом получается намеченная тонкая полупроводниковая пленка 23 (Фиг. 7В).After that, the temperature was reduced from the annealing temperature of 1100 C to 1030 C ° in an H 2 atmosphere and the epitaxial growth of silicon was carried out for 17 minutes using SiH 4 B gas as a gas source. As a result, an epitaxial semiconductor film 13 made of single-crystal silicon having a thickness of about 5 μt was formed on the surface of the porous layer 12 (Fig. 7A). Further, as in the above-described embodiments, the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, thereby obtaining the intended thin semiconductor film 23 (Fig. 7B).
В этом примере реализации, были сформированы первый и второй порис- тые слои 12Ml и 12M2. На этапе формирования второго промежуточного пористого слоя 12M2, концентрация плавиковой кислоты была уменьшена. Концентрация плавиковой кислоты была еще более уменьшена на этапе формирования высокопористого слоя 12H. Поэтому, пористость ступенчато увеличивалась от поверхностного слоя 12S до высокопористого слоя 12H, и поэтому влияние на- пряжения на поверхность пористого слоя 12 высокопористым слоем 12H может быть эффективно уменьшено, и кристалличность эпитаксиально выращенного эпитаксиального полупроводникового слоя 13 на пористом слое 12 может быть выполнена большой.In this embodiment, the first and second porous layers 12Ml and 12M2 were formed. At the stage of formation of the second intermediate porous layer 12M2, the concentration of hydrofluoric acid was reduced. The concentration of hydrofluoric acid was further reduced during the formation of the highly porous 12H layer. Therefore, the porosity increased stepwise from the surface layer 12S to the highly porous layer 12H, and therefore, the stress effect on the surface of the porous layer 12 by the highly porous layer 12H can be effectively reduced, and the crystallinity of the epitaxially grown epitaxial semiconductor layer 13 on the porous layer 12 can be made large.
Далее, при анодировании высокопористого слоя 12H, концентрация плави- ковой кислоты была еще более уменьшена, поэтому ломкость этого пористого слоя 12H может быть еще более увеличена, и отслоение, то есть, свойства отслаивания эпитаксиальной полупроводниковой пленки 13 от полупроводниковой подложки 11, может быт увеличено.Further, when anodizing the highly porous 12H layer, the concentration of hydrofluoric acid was further reduced, so the fragility of this porous 12H layer could be further increased, and the peeling, that is, the delamination property of the epitaxial semiconductor film 13 from the semiconductor substrate 11, could be increased .
В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150x150мм х мм .As a result, an ultrathin silicon monocrystalline solar cell with a surface area of 150x150mm x mm was obtained.
Пример реализации 12. Этот пример реализации демонстрирует случай когда эпитаксиальная полупроводниковая пленка, то есть, тонкая пленка полупроводника, имеет мульти-слойную структуру, то есть, p+/p-/n+ структуру.Implementation Example 12. This implementation example demonstrates the case where an epitaxial semiconductor film, that is, a thin semiconductor film, has a multi-layer structure, i.e., a p + / p- / n + structure.
Фиг. 9 и Фиг. 10 схема процесса примера реализации 12. Сначала, анало- гично примеру реализации 1, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, 0,01 до 0,02 Ω.cm (Фиг. 9A).FIG. 9 and FIG. 10 is a process diagram of an example of implementation 12. First, similarly to example of implementation 1, a semiconductor substrate 11 was made of single-crystal silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.01 to 0.02 Ω.cm (FIG. 9A).
Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодирована для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой под- ложки 11. В третьем примере реализации, аналогично первому примеру реализации, анодирование было, проведено используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.l. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, и раствор электролита HF -. C2H5OH = I : ! был заполнен в две ячейки IA и IB. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB с помощью источника постоянного тока 2.Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. In the third embodiment, similarly to the first embodiment, anodizing was carried out using an anodizing apparatus having a double-sided structure of the electrochemical cell explained in FIG. . A semiconductor substrate 11 made of single crystal silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution HF -. C 2 H 5 OH = I:! was filled in two cells IA and IB. Then, a current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
С помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 7 тЛ/ст2 на протяжении 8 минут (Фиг. 9В). Одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,1 Вт/см2, При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.Using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 was turned on , at the same time an anodizing current was applied through electrodes ZA and ZV with a current density of 7 tL / st 2 for 8 minutes (Fig. 9B). At the same time, the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.1 W / cm 2. Moreover, sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing phase and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовался матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использова- лась катушка индуктивности (соленоид). Этим этапом, был сформирован промежуточный пористый слой 12MAs a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B. By this step, an intermediate porous layer 12M was formed.
(Фиг. 9C).(Fig. 9C).
Далее, подача тока была остановлена еще раз на момент, и затем ток был подан с плотностью тока на уровне 200 шА/ст2 на протяжении 3 секунд и было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл.Further, the current supply was stopped again for a moment, and then the current was supplied with a current density of 200 shA / st 2 for 3 seconds and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created.
Производя это, высокопористый слой 12H был сформирован в промежуточном пористом слое 12M (Фиг. 9D).By doing this, a highly porous layer 12H was formed in the intermediate porous layer 12M (Fig. 9D).
Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий поверхностный слой 12S, промежуточные слой 12M, и высокопористый слой 12H. После формирования пористого слоя 12, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1100 С , была проведена для полупроводниковой подложки 11 в атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был проведен путем увеличения температуры от комнатной до 1100 C0 в течении приблизительно 20 минут и выдержкой при 1100 С в течении приблизительно ЗОминут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более ломкой.Thus, a porous layer 12 was formed including a surface layer 12S, an intermediate layer 12M, and a highly porous layer 12H. After the formation of the porous layer 12, heat treatment, which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. Annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 0 C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately ZOminut. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle.
После этого, было проведено эпитаксиальное наращивание первого крем- ниевого полупроводникового слоя 131 легированного бором, и соответственно сформировано тонкую эпитаксиальную полупроводниковую пленку p+ типа легированную бором при высокой концентрации (Фиг. 10 А). Этот этап был проведен при нормальном давлении используя газы SiH4 и -S2H6 , на протяжении двух минут. Далее, газовый расход B2H6 газа был изменен и кремниевый эпитаксиаль- ный рост проводился на протяжении 17 минут для формирования второго эпи- таксиального полупроводникового слоя 132 выполненного в виде кремниевого слоя р- типа легированного бором при низкой концентрации (Фиг. 10 В).Thereafter, epitaxial growth of the first silicon semiconductor layer 131 doped with boron was carried out, and accordingly a thin p + type epitaxial semiconductor film doped with boron was formed at a high concentration (Fig. 10 A). This step was carried out at normal pressure using SiH 4 and -S 2 H 6 gases for two minutes. Further, the gas flow rate of B 2 H 6 gas was changed and silicon epitaxial growth was carried out for 17 minutes to form the second epitaxial semiconductor layer 132 made in the form of a p-type silicon layer doped with boron at a low concentration (Fig. 10 B) .
После этого, был подан газ PH3 взамен B2H6 газа и кремниевый эпитакси- альный рост легированный фосфором при высокой концентрации был проведен на р- эпитаксиальном полупроводниковом слое 132 на протяжении 2 минут для формирования третьего эпитаксиального полупроводникового слоя 133 выполненного в виде n+ кремния (Фиг. 10 С).After that, PH 3 gas was supplied instead of B 2 H 6 gas, and silicon epitaxial growth doped with phosphorus at a high concentration was carried out on the p-epitaxial semiconductor layer 132 for 2 minutes to form the third epitaxial semiconductor layer 133 made in the form of n + silicon (Fig. 10 C).
Этим этапом, были получены: эпитаксиальный полупроводниковый слой 13 имеющий p+/p-/n+ структуру включающий первый 131, второй 132 и третий 133 эпитаксиальные полупроводниковые слои.By this step, the following were obtained: an epitaxial semiconductor layer 13 having a p + / p- / n + structure including a first 131, a second 132 and a third 133 epitaxial semiconductor layers.
Далее, также как в вышеописанных примерах реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 отделяется от полупроводниковой подложки 11, и процессы проводились для получения намеченной тонкой полупроводниковой пленки 23 (Фиг. 10 D). В этом примере реализации, пористый слой сцепленный с тонкой полупроводниковой пленкой 23 был убран травлением. Тонкая полупроводниковая пленка 23 выполненная из трехслойной p+/p-/n+ структуры может составлять солнечный элемент.Further, as in the above described embodiments, the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, and the processes were carried out to obtain the intended thin semiconductor film 23 (Fig. 10 D). In this embodiment, the porous layer adhered to the thin semiconductor film 23 has been removed by etching. A thin semiconductor film 23 made of a three-layer p + / p- / n + structure can constitute a solar cell.
В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150x150мм х мм .As a result, an ultrathin silicon monocrystalline solar cell with a surface area of 150x150mm x mm was obtained.
Пример релизации 13.Release Example 13.
Этот пример реализации демонстрирует случай когда эпитаксиальная полупроводниковая пленка состоит из сложного по химическому составу полупроводника. В этом примере реализации, вместо кремниевой пленки в процессе реализации 12, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 сформирована как эпитаксиальная полупроводниковая пленка арсенида галлия (GaAs).This implementation example demonstrates the case when an epitaxial semiconductor film consists of a semiconductor with a complex chemical composition. In this implementation example, instead of the silicon film in the implementation process 12, the epitaxial semiconductor film 13 is formed as an epitaxial semiconductor film of gallium arsenide (GaAs).
В этом примере реализации, использованы этапы от Фиг.9A до Фиг.9D, аналогичные этапам которые были использованы в примере реализации 12, и да- лее, при эпитаксиальном росте эпитаксиального полупроводникового слоя 13, гетероэпитаксиальный рост был проведен при температуре подложки 720 С на протяжении 1 часа при нормальном давлении по способу осаждения из газовой фазы металлоорганических соединений используя галлия триметил и газ AsH3 в качестве газового источника в соответствии с процессом осаждения из газовой фазы металлоорганических соединений, таким образом, была сформирована эпи- таксиальная полупроводниковая пленка 13 выполненная из GaAs и имеющая толщину на уровне 3 μт .In this embodiment, the steps from FIG. 9A to FIG. 9D were used, similar to the steps that were used in implementation example 12, and further, with the epitaxial growth of the epitaxial semiconductor layer 13, heteroepitaxial growth was carried out at a substrate temperature of 720 ° C for 1 hour at atmospheric pressure by the method of vapor deposition of organometallic compounds using trimethyl gallium gas, and AsH 3 as the source gas in accordance with the deposition process from the gas phase of the metallo-connected s thus formed was epi- Taxi semiconductor film 13 made of GaAs and having a thickness of 3 μt.
Далее, также как в вышеописанных примерах реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 отделялась от полупроводниковой подложки 11 для получения тонкой полупроводниковой пленки 23 выполненной из эпитакси- альной полупроводниковой пленки 13.Further, as in the above described embodiments, the epitaxial semiconductor film 13 was separated from the semiconductor substrate 11 to obtain a thin semiconductor film 23 made of an epitaxial semiconductor film 13.
В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 150 х 150лш х мм .As a result, an ultrathin silicon monocrystalline solar cell with a surface area of 150 x 150 lx x mm was obtained.
Пример реализации 14. Этот пример реализации демонстрирует случай, когда произведены солнечные элементы. На фигурах от Фиг. 11 до Фиг. 18 представлены схемы производства солнечных элементов. На Фиг.19 - Фиг.27 представлены схемы производства солнечных панелей. На чертежах следующими позициями обозначены: электрод или навесной элемент - поз.17; навесной элемент - поз.19; прозрачная подложка - поз.18, 42, 104; электроды - пoз.24, 102, 106; печатная плата - пoз.20; клей - пoз.21, 103; проводник — пoз.41; полупроводниковый слой - поз.101 и 105. В этом примере реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка, то есть, тонкая пленка полупроводника, имеющая мульти-слойную структуру, то есть, p+/p-/n+ структуру, сформирована таким же процессом как и в примере реа- лизации 12.Implementation Example 14. This implementation example demonstrates the case when solar cells are produced. In the figures of FIG. 11 to FIG. 18 shows the production of solar cells. On Fig - Fig presents a diagram of the production of solar panels. In the drawings, the following positions are indicated: electrode or hinged element - pos.17; hinged element - pos.19; transparent substrate - pos. 18, 42, 104; electrodes - pos.24, 102, 106; printed circuit board - pos.20; glue - pos.21, 103; explorer - pos.41; semiconductor layer - keys 101 and 105. In this embodiment, an epitaxial semiconductor film, that is, a thin semiconductor film having a multi-layer structure, that is, p + / p- / n + structure, is formed by the same process as in the example implementations 12.
А именно, сначала, была приготовлена полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния, легированная бором В при высокой концентрации, и имеющая сопротивление, 0,01 до 0,02 Ωст .Namely, first, a semiconductor substrate 11 was prepared made of single-crystal silicon, doped with boron B at a high concentration, and having a resistance of 0.01 to 0.02 Ωst.
Затем, поверхность этой полупроводниковой подложки 11 была анодиро- вана для формирования пористого слоя на поверхности полупроводниковой подложки 11. В третьем примере реализации, аналогично первому примеру реализации, анодирование было проведено, используя устройство, для анодирования имеющее двухстороннюю структуру электрохимической ячейки объясненной на Фиг.l. Полупроводниковая подложка 11 выполненная из монокристаллического кремния была установлена между первой и второй ячейками IA и IB, и раствор электролита HF -. C2H5OH = 1 : 1 был заполнен в две ячейки IA и IB. Затем, ток был пропущен между Pt электродами ЗА и ЗВ погруженных в раствор электролита ячеек IA и IB с помощью источника постоянного тока 2.Then, the surface of this semiconductor substrate 11 was anodized to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11. In the third embodiment, similarly to the first embodiment, anodizing was performed using an anodizing apparatus having a double-sided electrochemical cell structure as explained in FIG. . A semiconductor substrate 11 made of single crystal silicon was installed between the first and second cells IA and IB, and the electrolyte solution HF -. C 2 H 5 OH = 1: 1 was filled in two cells IA and IB. Then current was passed between the Pt electrodes ZA and ZV immersed in the electrolyte solution of cells IA and IB using a constant current source 2.
В этом примере реализации с помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновремен- но с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,01 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 1 тЛ/ст2 на протяжении 8 минут для формирования поверхностного слоя 12S (Фиг. 11 А). Одновременно с этим был включен источник электромагнитного из- лучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,18 Вт/см2, При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.In this implementation example, using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created, at the same time a source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.01 W / cm 2 was turned on , simultaneously with this was applied to the anodizing current through the electrodes ZA and SV with a current density of 1 tL / st 2 for 8 minutes to form a surface layer 12S (Fig. 11 A). At the same time, the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.18 W / cm 2. Moreover, sources A, B and C were switched on continuously throughout the entire anodizing stage and their characteristics decreased by 5% over time. with a constant component of the increment.
В качестве источника электромагнитного излучения А использовался мат- рица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использовалась катушка индуктивности (соленоид).As a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B.
Подача тока была остановлена на момент, и затем с помощью источника магнитного поля Б (Фиг. 1) было создано магнитное поле с магнитной индукцией 1 Тл одновременно с этим был включен источник ультразвуковых колебаний В с плотностью мощности ультразвуковых колебаний 0,02 Вт/см2, одновременно с этим был подан ток анодирования через электроды ЗА и ЗВ с плотностью тока на уровне 7 тА/ст2 на протяжении 8 минут (Фиг. 9В). Одновременно с этим был включен источник электромагнитного излучения А с плотностью мощности электромагнитного излучения 0,018 Вт/см2, При этом источники А, Б и В были включены непрерывно на протяжении всего этапа анодирования и их характеристики в течении времени уменьшались на 5% с постоянной составляющей приращения.The current supply was stopped for a moment, and then using a magnetic field source B (Fig. 1), a magnetic field with a magnetic induction of 1 T was created at the same time as the source of ultrasonic vibrations B with a power density of ultrasonic vibrations of 0.02 W / cm 2 , at the same time, the anodizing current was supplied through the electrodes ZA and ZV with a current density of 7 tA / st 2 for 8 minutes (Fig. 9B). At the same time, the source of electromagnetic radiation A was switched on with a power density of electromagnetic radiation of 0.018 W / cm 2. The sources A, B and C were turned on continuously throughout the entire anodizing phase and their characteristics decreased by 5% over time with a constant increment component .
В качестве источника электромагнитного излучения А использовался матрица излучающих диодов. В качестве источника магнитного поля Б использова- лась катушка индуктивности (соленоид). Этим этапом, был сформирован промежуточный пористый слой 12MAs a source of electromagnetic radiation A, a matrix of emitting diodes was used. An inductor (solenoid) was used as a source of magnetic field B. By this step, an intermediate porous layer 12M was formed.
(Фиг. HB).(Fig. HB).
Далее, подача тока была остановлена еще раз на момент, и затем ток был подан с плотностью тока на уровне 200 тАJст2 на протяжении 3 секунд, и было создано магнитное поле с магнитной индукцией 2 Тл, а также ультразвуковые колебания с плотностью мощности колебаний 0,02 Вт/см .Further, the current supply was stopped again for a moment, and then the current was supplied with a current density of 200 tAJst 2 for 3 seconds, and a magnetic field with a magnetic induction of 2 T was created, as well as ultrasonic vibrations with an oscillation power density of 0, 02 W / cm.
Этим этапом, высокопористый слой 12H был сформирован в промежуточном пористом слое 12M (Фиг. 11 С).By this step, a highly porous layer 12H was formed in the intermediate porous layer 12M (Fig. 11 C).
Таким образом, был сформирован пористый слой 12 включающий поверх- ностный слой 12 S, промежуточные слой 12M, и высокопористый слой 12H.Thus, a porous layer 12 was formed comprising a surface layer 12 S, an intermediate layer 12M, and a highly porous layer 12H.
После формирования пористого слоя 12, термическая обработка, которая представляет собой, отжиг при 1100 С , была проведена для полупроводниковой подложки 11 в атмосфере H2 при атмосферном давлении. Этап отжига был проведен путем увеличения температуры от комнатной до 1100 С в течении приблизительно 20 минут и выдержкой при 1100 С в течении приблизительно ЗОминут. С помощью этого отжига в атмосфере H2 , поверхность пористого слоя 12 становится гладкой, и прочность пористого материала вблизи поверхности раздела между промежуточным пористым слоем 12M и высокопористым слоем 12H была сделана еще более ломкой. После этого, был проведен эпитаксиальный рост в течении 2 минут для формирования первого полупроводникового эпитаксиального слоя 131 выполненного из p+ типа кремниевого слоя имеющего толщину 0,5 μт и легированного бором до концентрации 10 в 19 атомов на сантим куб. В качестве газовых источников использовались газы SiH4 и 2?2H6. Далее, газовый расход ^2H6 газа был изменен и кремниевый эпитаксиальный рост проводился на протяжении 17 минут для формирования второго эпитаксиального полупроводникового слоя 132 толщиной 5 μт выполненного в виде кремниевого слоя р- типа легированного бором при низкой концентрации бора до 10 в 16 атомов на сантим куб. После этого, был подан газ PH3 взамен B2H6 газа и кремниевый эпитаксиальный рост легированный фосфором при высокой концентрации, до концентрации был проведен на р- эпитаксиальном полупровод-
Figure imgf000074_0001
никовом слое 132 на протяжении 2 минут для формирования третьего эпитакси- ального полупроводникового слоя 133 выполненного в виде n+ кремния.
After the formation of the porous layer 12, heat treatment, which is annealing at 1100 C, was carried out for the semiconductor substrate 11 in an atmosphere of H 2 at atmospheric pressure. The annealing step was carried out by increasing the temperature from room temperature to 1100 ° C for approximately 20 minutes and holding at 1100 ° C for approximately 3 minutes. With this annealing in an H 2 atmosphere, the surface of the porous layer 12 becomes smooth, and the strength of the porous material near the interface between the intermediate porous layer 12M and the highly porous layer 12H has been made even more brittle. After that, epitaxial growth was carried out for 2 minutes to form the first semiconductor epitaxial layer 131 made of p + type silicon layer having a thickness of 0.5 μt and doped with boron to a concentration of 10 to 19 atoms per centimeter cube. SiH 4 and 2 gases were used as gas sources 2 H 6 . Further, the gas flow rate of ^ 2 H 6 gas was changed and silicon epitaxial growth was carried out for 17 minutes to form the second epitaxial semiconductor layer 132 of a thickness of 5 μm made in the form of a p-type silicon layer doped with boron at a low boron concentration of up to 10 to 16 atoms per centimeter cube After that, PH 3 gas was supplied instead of B 2 H 6 gas and silicon epitaxial growth doped with phosphorus at a high concentration, until concentration was carried out on a p-epitaxial semiconductor
Figure imgf000074_0001
nickel layer 132 for 2 minutes to form a third epitaxial semiconductor layer 133 made in the form of n + silicon.
Этим этапом, были сформированы эпитаксиальный полупроводниковый слой 13 имеющий p+/p-/n+ структуру включающий первый 131, второй 132 и третий 133 эпитаксиальные полупроводниковые слои (Фиг. 12 А).By this step, an epitaxial semiconductor layer 13 having a p + / p- / n + structure comprising a first 131, a second 132 and a third 133 epitaxial semiconductor layers (Fig. 12 A) was formed.
Далее, в этом примере реализации, пленка оксида кремния, то есть, про- зрачная изолирующая пленка 16, была сформирована на эпитаксиальном полупроводниковом слое 13 с помощью термического оксидирования и затем трафаретится с помощью фотолитографии для формирования отверстий 16W для контактов с электродами или навесными элементами (Фиг. 12 В).Further, in this embodiment, a silicon oxide film, that is, a transparent insulating film 16, was formed on the epitaxial semiconductor layer 13 by thermal oxidation and then stencilled using photolithography to form holes 16W for contacts with electrodes or attachments ( Fig. 12 B).
Далее, также как в вышеописанных примерах реализации, эпитаксиальная полупроводниковая пленка 13 отделяется от полупроводниковой подложки 11, и процессы проводились для получения намеченной тонкой полупроводниковой пленки 23 (Фиг. 10 D). В этом примере реализации, пористый слой сцепленный с тонкой полупроводниковой пленкой 23 был убран травлением. Тонкая полупроводниковая пленка 23 выполненная из трехслойной p+/p-/n+ структуры может составлять солнечный элемент.Further, as in the above described embodiments, the epitaxial semiconductor film 13 is separated from the semiconductor substrate 11, and the processes were carried out to obtain the intended thin semiconductor film 23 (Fig. 10 D). In this embodiment, the porous layer adhered to the thin semiconductor film 23 has been removed by etching. A thin semiconductor film 23 made of a three-layer p + / p- / n + structure can constitute a solar cell.
В результате был получен ультратонкий монокристаллический солнечный элемент на основе кремния с поверхностной площадью 15O x 150мм х мм . As a result, an ultrathin silicon monocrystalline solar cell with a surface area of 15O x 150mm x mm was obtained.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ изготовления тонких полупроводниковых пленок, предусматривающий последовательно: по меньшей мере одно анодирование полупроводниковой подложки в растворе электролита на основе плавиковой кислоты с получением пористой слоистой структуры; высокотемпературный отжиг в восстановительной атмосфере водорода; эпитаксиальное наращивание тонкой полупроводниковой пленки; приклеивание гибкой поддерживающей подложки к полученной тонкой полупроводниковой пленке; разрушение высокопористого слоя и отделение гибкой поддерживающей подложки с тонкой полупроводниковой пленкой от полупроводниковой подложки; металлизацию, отличающийся тем, что:1. A method of manufacturing thin semiconductor films, comprising sequentially: at least one anodizing of a semiconductor substrate in a hydrofluoric acid based electrolyte solution to produce a porous layered structure; high temperature annealing in a reducing atmosphere of hydrogen; epitaxial build-up of a thin semiconductor film; bonding a flexible support substrate to the resulting thin semiconductor film; the destruction of the highly porous layer and the separation of the flexible supporting substrate with a thin semiconductor film from the semiconductor substrate; metallization, characterized in that:
- плотность тока анодирования задают в диапазоне от 1 мА/см2 до 2 А/см2 ;- the anodization current density is set in the range from 1 mA / cm 2 to 2 A / cm 2 ;
- при анодировании полупроводниковой подложки дополнительно осуществляют воздействие магнитным полем и/или электрическим полем и/или электромагнитным излучением и/или ультразвуком;- when anodizing a semiconductor substrate, an additional effect is exerted by a magnetic field and / or an electric field and / or electromagnetic radiation and / or ultrasound;
- высокотемпературный отжиг осуществляют в течение от 1 минуты до 1 часа при температуре 900-1300 0C;- high-temperature annealing is carried out for from 1 minute to 1 hour at a temperature of 900-1300 0 C;
- эпитаксиальное наращивание тонкой полупроводниковой пленки осуществляют при температуре 800-1350 0C в течение от 1 минуты до 1 часа;- epitaxial build-up of a thin semiconductor film is carried out at a temperature of 800-1350 0 C for from 1 minute to 1 hour;
- разрушающее напряжение для отделения тонкой полупроводниковой пленки от полупроводниковой подложки вызывают путем приложения: термических напряжений (возникающих во время охлаждения и/или нагрева), и/или ультразвука, и/или механических напряжений путем рассечения механическим внедрением. - destructive stress for separating a thin semiconductor film from a semiconductor substrate is caused by application of: thermal stresses (occurring during cooling and / or heating), and / or ultrasound, and / or mechanical stresses by dissection by mechanical incorporation.
2. Способ по п.l, отличающийся тем, что рассечение механическим внедрением осуществляют гильотинированием и/или с помощью направленной сжатой струи жидкости или газа.2. The method according to claim 1, characterized in that the dissection by mechanical insertion is carried out by guillotining and / or using a directed compressed jet of liquid or gas.
3. Способ по п.l, отличающийся тем, что термические напряжения вызывают сфокусированным (концентрированным) электромагнитным излучением, напри- мер, при помощи CO2 лазера. 3. The method according to claim 1, characterized in that the thermal stresses are caused by focused (concentrated) electromagnetic radiation, for example, by means of a CO 2 laser.
4. Способ по п.l, отличающийся тем, что значение плотности мощности электромагнитного излучения во время анодирования задают в диапазоне 1 -1(T1 - 1 Вт/см2.4. The method according to p. 1, characterized in that the value of the power density of electromagnetic radiation during anodization is set in the range 1 -1 (T 1 - 1 W / cm 2 .
5. Способ по п.l, отличающийся тем, что длину волны электромагнитного из- лучения во время анодирования задают в диапазоне от 10"14 м до 10"4 м.5. The method according to claim 1, characterized in that the wavelength of electromagnetic radiation during anodizing is set in the range from 10 "14 m to 10 " 4 m.
6. Способ по п.l, отличающийся тем, что значение плотности энергии магнитного поля во время анодирования задают в диапазоне 1 - Ю"1 - 1- 103 Дж/см3 .6. The method according to claim 1, characterized in that the value of the magnetic field energy density during anodization is set in the range 1 - 10 "1 - 1 10 3 J / cm 3 .
7. Способ по п.l, отличающийся тем, что значение плотности энергии электрического поля во время анодирования задают в диапазоне 1 • 1(T1 - 1- 103 Дж/см3. 7. The method according to claim 1, characterized in that the value of the energy density of the electric field during anodization is set in the range 1 • 1 (T 1 - 1 10 3 J / cm 3 .
8. Способ по п.l, отличающийся тем, что значение магнитной индукции во время проведения анодирования задают в диапазоне ЫО"1 — 2 Тл.8. The method according to p. 1, characterized in that the value of magnetic induction during anodization is set in the range L0 "1 - 2 T.
9. Способ, по п.l, отличающийся тем, что значение напряженности магнитного поля во время анодирования задают в диапазоне 1 А/м - 1- 103 'А/м .9. The method according to claim 1, characterized in that the value of the magnetic field during anodization is set in the range of 1 A / m - 1-10 3 'A / m.
10. Способ по п.l, отличающийся тем, что значение напряженности электриче- ского поля во время анодирования задают в диапазоне 1 В/м - 1- 103 В/м.10. The method according to claim 1, characterized in that the value of the electric field during anodizing is set in the range of 1 V / m - 1-10 3 V / m.
11. Способ по п.l, отличающийся тем, что значение электрического смещения поля во время анодирования задают в диапазоне 1 Кл/м2 - 1- 103 Кл/м2.11. The method according to claim 1, characterized in that the value of the electric field displacement during anodization is set in the range of 1 C / m 2 - 1 10 3 C / m 2 .
12. Способ по п.l, отличающийся тем, что значение плотности мощности ультразвуковых колебаний во время анодирования задают в диапазоне 1 -Ю"6 Вт/см2 - 1 Вт/см2.12. The method according to p. 1, characterized in that the value of the power density of ultrasonic vibrations during anodization is set in the range of 1 -6 " W / cm 2 - 1 W / cm 2 .
13. Способ по п.l, отличающийся тем, что значение частоты ультразвуковых колебаний во время анодирования задают в диапазоне от 1- 102 Гц до 1- 106 Гц.13. The method according to claim 1, characterized in that the frequency value of ultrasonic vibrations during anodization is set in the range from 1-10 2 Hz to 1-10 6 Hz.
14. Способ по п.l, отличающийся тем, что при анодировании используют полупроводниковую подложку с сопротивлением 0,001 Ω • см - 1 Ω • см. 14. The method according to claim 1, characterized in that when anodizing a semiconductor substrate with a resistance of 0.001 Ω • cm - 1 Ω • cm is used.
15. Способ по п.l или п.14, отличающийся тем, что во время анодирования используют полупроводниковую подложку с концентрацией легирующих примесей на уровне 1013 -1022 атомов/см3.15. The method according to p. L or p. 14, characterized in that during the anodization using a semiconductor substrate with a concentration of dopants at a level of 10 13 -10 22 atoms / cm 3 .
16. Способ по п.l, отличающийся тем, что концентрация плавиковой кислоты в растворе электролита находится в диапазоне 1-100 % . 16. The method according to claim 1, characterized in that the concentration of hydrofluoric acid in the electrolyte solution is in the range of 1-100%.
17. Способ по п.l, отличающийся тем, что во время анодирования раствор электролита имеет рН 1-7. 17. The method according to p. 1, characterized in that during the anodization of the electrolyte solution has a pH of 1-7.
18. Способ по п.1, отличающийся тем, что при анодировании для создания магнитного поля используют постоянные магниты и/или соленоиды (катушки индуктивности) .18. The method according to claim 1, characterized in that when anodizing to create a magnetic field using permanent magnets and / or solenoids (inductors).
19. Способ по п.l, отличающийся тем, что в качестве источника тока при ано- дировании используют источник постоянного тока и/или источник переменного тока и/или источник импульсного тока.19. The method according to claim 1, characterized in that a direct current source and / or an alternating current source and / or a pulse current source are used as the current source during anodizing.
20. Способ по п.l, отличающийся тем, что в качестве источника электромагнитного излучения во время анодирования используют источник электромагнитного излучения с постоянной и/или переменной и/или импульсной плотностью мощности электромагнитного излучения.20. The method according to p. 1, characterized in that the source of electromagnetic radiation during anodization using a source of electromagnetic radiation with a constant and / or variable and / or pulsed power density of electromagnetic radiation.
21. Способ по п.l, отличающийся тем, что в качестве источника электромагнитного излучения с постоянной и/или переменной и/или импульсной плотностью мощности электромагнитного излучения используют лампу и/или матрицу излучающих диодов и/или лазер. 21. The method according to claim 1, characterized in that a lamp and / or a matrix of emitting diodes and / or a laser are used as a source of electromagnetic radiation with a constant and / or variable and / or pulsed power density of electromagnetic radiation.
22. Способ по п. 1 и п. 21, отличающийся тем, что источник электромагнитного излучения конструктивно выполнен в виде перфорированной пластины, проницаемой для раствора электролита в местах ее перфорации, прозрачной для электромагнитного излучения и устойчивой к химическому воздействию электролита. 22. The method according to p. 1 and p. 21, characterized in that the source of electromagnetic radiation is structurally made in the form of a perforated plate, permeable to the electrolyte solution in places of its perforation, transparent to electromagnetic radiation and resistant to chemical effects of electrolyte.
23. Способ по п.l, отличающийся тем, что в процессе анодирования воздействие магнитным полем и/или электрическим полем и/или электромагнитным излучением и/или ультразвуком осуществляют периодически или непрерывно.23. The method according to claim 1, characterized in that during the anodizing process, exposure to a magnetic field and / or an electric field and / or electromagnetic radiation and / or ultrasound is carried out periodically or continuously.
24. Способ по п.l, отличающийся тем, что при анодировании воздействие магнитного поля и/или электрического поля и/или электромагнитного излучения и/или ультразвука постоянно по направлению воздействия и/или изменяется в декартовой системе координат, например, концентрируется и/или уменьшается на единицу площади обрабатываемой полупроводниковой подложки.24. The method according to p. 1, characterized in that when anodizing the effect of a magnetic field and / or electric field and / or electromagnetic radiation and / or ultrasound is constantly in the direction of action and / or changes in a Cartesian coordinate system, for example, is concentrated and / or decreases per unit area of the processed semiconductor substrate.
25. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плотность энергии магнитного поля и/или плотность энергии электрического поля и/или плотность мощности элек- тромагнитного излучения и/или плотность мощности ультразвука при анодировании оставляют неизменной и/или увеличивают и/или уменьшают в том числе импульсно и/или периодически и/или с постоянной составляющей приращения, где постоянная составляющая лежит в диапазоне от 1 до 100% численного значения физического воздействующего фактора, причем изменение воздействующего фактора лежит во временном диапазоне от 10" с до 5 мин. 25. The method according to p. 1, characterized in that the energy density of the magnetic field and / or the energy density of the electric field and / or the power density of electromagnetic radiation and / or the power density of ultrasound during anodization is left unchanged and / or increase and / or decrease including pulsed and / or periodically and / or with a constant component of the increment, where the constant component lies in the range from 1 to 100% of the numerical value of the physical factor, and the change in the factor is in the time range from 10 " to 5 minutes
PCT/UA2007/000005 2007-01-17 2007-01-17 Method for producing thin semiconductor films WO2008088298A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/UA2007/000005 WO2008088298A1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Method for producing thin semiconductor films

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/UA2007/000005 WO2008088298A1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Method for producing thin semiconductor films

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008088298A1 true WO2008088298A1 (en) 2008-07-24

Family

ID=39636216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2007/000005 WO2008088298A1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Method for producing thin semiconductor films

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2008088298A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013028598A1 (en) * 2011-08-19 2013-02-28 William Marsh Rice University Anode battery materials and methods of making the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1079330A (en) * 1996-09-04 1998-03-24 Sony Corp Manufacture of thin film semiconductor
RU2123218C1 (en) * 1997-03-04 1998-12-10 Институт физики полупроводников СО РАН Method for producing semiconductor-on-porous- silicon structure
US6326280B1 (en) * 1995-02-02 2001-12-04 Sony Corporation Thin film semiconductor and method for making thin film semiconductor
US7148119B1 (en) * 1994-03-10 2006-12-12 Canon Kabushiki Kaisha Process for production of semiconductor substrate

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7148119B1 (en) * 1994-03-10 2006-12-12 Canon Kabushiki Kaisha Process for production of semiconductor substrate
US6326280B1 (en) * 1995-02-02 2001-12-04 Sony Corporation Thin film semiconductor and method for making thin film semiconductor
JPH1079330A (en) * 1996-09-04 1998-03-24 Sony Corp Manufacture of thin film semiconductor
RU2123218C1 (en) * 1997-03-04 1998-12-10 Институт физики полупроводников СО РАН Method for producing semiconductor-on-porous- silicon structure

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013028598A1 (en) * 2011-08-19 2013-02-28 William Marsh Rice University Anode battery materials and methods of making the same
CN103890915A (en) * 2011-08-19 2014-06-25 威廉马歇莱思大学 Anode battery materials and methods of making the same
US9340894B2 (en) 2011-08-19 2016-05-17 William Marsh Rice University Anode battery materials and methods of making the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4826587B2 (en) Thin film semiconductor manufacturing method
US6194245B1 (en) Method for making thin film semiconductor
US6326280B1 (en) Thin film semiconductor and method for making thin film semiconductor
US6602760B2 (en) Method of producing a semiconductor layer on a substrate
JPH10135500A (en) Manufacture of thin film semiconductor, solar cell and light emission element
US6100166A (en) Process for producing semiconductor article
JP4075021B2 (en) Semiconductor substrate manufacturing method and thin film semiconductor member manufacturing method
CA2232796C (en) Thin film forming process
US6211038B1 (en) Semiconductor device, and method for manufacturing the same
EP1024523A1 (en) Method for fabricating thin film semiconductor devices
JPH11214720A (en) Manufacture of thin-film crystal solar cell
JP3777668B2 (en) Method for manufacturing thin film solar cell
JPH09255487A (en) Production of thin film semiconductor
JP2000036609A (en) Manufacture of solar cell, manufacture of thin-film semiconductor, method for separating thin-film semiconductor, and method for forming semiconductor
WO2008088298A1 (en) Method for producing thin semiconductor films
JP3951340B2 (en) Semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor substrate and thin film semiconductor
JP4420475B2 (en) Thin film semiconductor manufacturing method
JP4770706B2 (en) Thin film semiconductor manufacturing method
JP4161380B2 (en) Thin film semiconductor and semiconductor device manufacturing method
JP3814886B2 (en) Method for anodizing outer peripheral surface of ingot, method for producing thin film semiconductor and thin film solar cell using the same, and anodizing device
JP2005101630A (en) Method of fabricating semiconductor component
JP2003092285A (en) Manufacturing method for semiconductor substrate
EP1220330B1 (en) A method of producing a semiconductor layer on a substrate
JPH10270670A (en) Manufacture of thin-film semiconductor
JP5360127B2 (en) Thin film semiconductor manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07748788

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07748788

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1