[發(fā)明專利]激光干涉技術(shù)輔助電化學(xué)技術(shù)制備納米柵極的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010101489.3
• 申請日: 2010-01-27
• 公開（公告）號: CN101847670A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翁占坤;王作斌;宋正勛;胡貞;徐佳;張錦;劉水慶;龔太全
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué);中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所;星火機電設(shè)備工程有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0224
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種基于激光干涉技術(shù)制備納米柵極的方法，可廣泛應(yīng)用于太陽能光伏電池柵極及微納光電子器件等領(lǐng)域。尤其是該種電極在太陽能電池方面的應(yīng)用，具有減少現(xiàn)有太陽能電池制備的柵極對光的遮蔽作用和降低現(xiàn)有太陽能電池柵極間距較寬導(dǎo)致串聯(lián)電阻損耗的優(yōu)點，從而達到對現(xiàn)有太陽能電池轉(zhuǎn)化效率提高的目的。

技術(shù)背景

當能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，太陽能這種可再生能源，由于其資源的充足性、絕對的安全性、充分的清潔性、相對的廣泛性及潛在的經(jīng)濟性等優(yōu)點，在長期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，將納米制造技術(shù)用于提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率具有十分重要的現(xiàn)實意義和社會影響。目前，太陽能電池柵極的制備技術(shù)主要包括基于傳統(tǒng)光刻技術(shù)的柵極制備和絲網(wǎng)印刷技術(shù)，其中絲網(wǎng)印刷技術(shù)是當前工業(yè)生產(chǎn)中最為普遍的太陽能柵極制備技術(shù)。盡管該技術(shù)存在成本低、工藝簡便等優(yōu)勢，但是，該柵極存在線條(約100微米)和柵極間距較寬(約8毫米)等問題。寬線條將會導(dǎo)致其對光的遮蔽效應(yīng)，柵極間較寬會導(dǎo)致柵極間的串聯(lián)電阻較大而帶來太陽能電池的自損耗，這些因素都將會嚴重影響太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。而亞微米級和亞納米級的柵極線條的制備技術(shù)將會成為改善現(xiàn)有太陽能電池效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來，原子力納米加工、納米壓印技術(shù)和新一代光刻技術(shù)如：極紫外(EUV)、X射線、電子束投影和離子束投影等納米加工技術(shù)已被廣泛開展，但是，這些技術(shù)均存在設(shè)備昂貴，投入成本較高，加工速度慢，且有的需在真空條件下完成，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；?。納米壓印技術(shù)是極有潛力的納米柵極制造技術(shù)，但是該技術(shù)只能在平坦的表面上進行。且模板的使用壽命較短也限制了該技術(shù)的推廣和商業(yè)化。

經(jīng)文獻檢索，發(fā)現(xiàn)2007年Errachid等報道了聚焦離子束輔助濕法刻蝕技術(shù)制備了納米柵極，但是存在聚焦離子束設(shè)備昂貴，制樣速度較慢等缺點，難以滿足商業(yè)化和工業(yè)生產(chǎn)要求；2008年Huaqing?Li等(Nanotechnology，2008，19，275301)利用納米球掩膜光刻技術(shù)實現(xiàn)了大面積納米陣列電極制備，但是該技術(shù)存在大面積納米掩膜球制備難以實現(xiàn)工業(yè)化的問題；2009年Ellman等(Applied?Surface?Science，2009，255，5537)報道了利用波長為355nm的雙光束激光干涉光刻工藝實現(xiàn)了500nm的周期性結(jié)構(gòu)，該研究僅僅用于亞微米光柵的制備，且尚未實現(xiàn)亞納米級的柵極制備及其在太陽能電池上的應(yīng)用。相關(guān)的發(fā)明專利，1、美國專利，專利號：US?6325904B1，名稱為“納米電極陣列”，該發(fā)明專利闡述了基于掃描探針的納米電極陣列制備方法，但是該方法存在制樣速度較慢的缺點，難以滿足商業(yè)化要求；2、中國專利，專利申請?zhí)枺篊N?1862353A，名稱為“一種制作表面周期微細結(jié)構(gòu)的方法及其裝置”，該發(fā)明專利僅闡述了Nd:YAG調(diào)Q納秒脈沖激光器的基頻(1064nm)和二倍頻(532nm)的干涉光刻，很難實現(xiàn)納米級柵極制備。從上述的文獻和發(fā)明專利權(quán)利要求范圍看，它們在實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)微米或納米級制備方面存在一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種適于提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率并能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)的亞微米/納米級柵極制備技術(shù)。其主要是在形成的p-n結(jié)或半導(dǎo)體材料襯底片表面旋涂光刻膠，然后經(jīng)過激光干涉技術(shù)實現(xiàn)曝光，經(jīng)選擇性溶液除去曝光部分，再經(jīng)電化學(xué)技術(shù)沉積金屬柵極，最后經(jīng)選擇性溶液移除未曝光的光刻膠，并進行熱處理。由于現(xiàn)有的p-n結(jié)制備技術(shù)和旋涂技術(shù)均比較成熟，通過激光干涉技術(shù)與電化學(xué)技術(shù)結(jié)合制備亞微米/納米柵極不僅可以克服現(xiàn)有絲網(wǎng)印刷制備的太陽能電池柵極對光的遮蔽作用，而且可以降低現(xiàn)有太陽能電池柵極間距較寬導(dǎo)致串聯(lián)電阻損耗的缺欠，從而達到提高太陽能電池效率的目的。所采用的激光干涉技術(shù)和電化學(xué)技術(shù)存在設(shè)備廉價、工藝簡單、高效且能在大氣環(huán)境下進行等優(yōu)點，不僅簡化了工藝，而且提高了制備效率。本發(fā)明具有設(shè)備廉價、工藝簡單、高效和可在大氣環(huán)境下進行等特點，且可實現(xiàn)亞微米/納米柵極制備。為大規(guī)模、高效、低成本實現(xiàn)太陽能納米柵極及微納光電子器件柵極的制備提供了一種技術(shù)方案。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)，

1、一種基于激光干涉技術(shù)輔助電化學(xué)技術(shù)制備納米柵極的方法，其特征在于，該方法由如下步驟所組成：

a)在形成的半導(dǎo)體襯底片表面旋涂光刻膠并烘干；

b)然后經(jīng)過雙光束激光干涉技術(shù)曝光；

c)經(jīng)選擇性溶液除去曝光的光刻膠，并經(jīng)電化學(xué)技術(shù)沉積金屬柵極；

d)最后經(jīng)選擇性溶液移除未曝光的光刻膠，并進行熱處理，獲得亞微米/納米金屬柵極。