[發明專利]一種黑硅材料表面金屬電極的制備方法

有效

• 申請號: 201210040263.6
• 申請日: 2012-02-22
• 公開（公告）號: CN102534505A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 李偉;李雨勵;趙國棟;李世彬;吳志明;蔣亞東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/02;C23C18/31;C23C18/18
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明屬于半導體光電子材料與器件技術領域，涉及黑硅材料表面金屬電極的制備方法。

背景技術

黑硅材料最早是哈佛大學Mazur教授研究組利用飛秒激光在一定氣體環境下照射單晶硅片表面時得到的。實驗證明采用n型或p型單晶硅通過飛秒激光照射、電化學刻蝕、反應離子刻蝕、濕法腐蝕方法等都可以得到黑硅材料，且所得的黑硅表面包含準規則排列的微米量級的錐狀結構，并具有高濃度的(10¹⁶～10²⁰cm-³)硫族(或氧族)原子摻雜層。這種經表面微觀結構再構造的硅材料表面對250～2500nm波長的光幾乎全部吸收，同時它對入射光極其敏感，與基于傳統硅晶片制作的光電探測器相比，黑硅晶片對光的敏感度可提升100～500倍，且對近紅外光具有良好的響應。這些優點使得黑硅材料在硅光電探測器及太陽能電池等領域具有重要的應用價值。

然而，黑硅擁有大量的錐狀或孔洞結構，造成表面存在很高的孔隙率和表面態密度，這將極大地降低黑硅與金屬的電接觸性能。傳統的電極制備方法是在黑硅材料表面直接蒸發或濺射一層金屬層作為電極，這使得金屬電極和黑硅材料表面之間仍有許多孔洞和空隙，很難得到低接觸電阻的電接觸性能，且結合強度較低、容易脫落。

化學鍍是一種在無電流通過的情況下，金屬離子在同一溶液中還原劑的作用下，通過可控的氧化還原反應在具有催化表面的鍍件上還原成金屬，從而在鍍件表面上獲得金屬沉積層的過程，也稱自催化鍍或無電鍍。化學鍍最突出的優點是無論鍍件表面形狀多么復雜，只要溶液能深入的地方即可獲得厚度均勻的鍍層，且容易控制鍍層厚度。與電鍍相比，化學鍍具有鍍層厚度均勻、針孔少、不需直流電源設備、能在非導體鍍件表面上沉積的特點。

本發明涉及的多層接觸結構，是指在金屬層與材料表面之間引入擴散阻擋層，能有效減少材料表面與金屬層之間的互擴散、鋁針以及電遷移的影響，提高電接觸的穩定性。

發明內容

本發明提供一種黑硅材料表面金屬電極的制備方法，利用該方法在黑硅材料表面所制備的金屬電極具有較低的低接觸電阻，且結合強度較高、不易脫落。本發明可用于基于黑硅材料的硅光電探測器或太陽能電池中，能有效提高器件的響應速度和光電轉換效率，制備工藝簡單、成本較低。

本發明技術方案為：

一種黑硅材料表面金屬電極的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：黑硅材料表面化學鍍前處理。首先采用含SnCl₂的敏化液對黑硅材料表面進行敏化處理，使Sn⁺吸附到黑硅材料表面；然后采用含有PdCl₂的活化液對敏化處理后的黑硅材料表面進行活化處理，使Pd⁺被Sn⁺還原后在黑硅材料表面形成活化中心。

步驟2：采用化學鍍工藝，在經步驟1化學鍍前處理的黑硅材料表面沉積一層過渡層。所述過渡層材料為Ni-P合金、Ni-B合金、Cu金屬、Ni-Cu-P三元合金或Ni-Cu-B三元合金中的一種，厚度為0.5～10μm。

步驟3：對黑硅材料表面的過渡層進行干燥處理。

步驟4：采用薄膜蒸發或濺射工藝在過渡層上沉積金屬層。

步驟5：對步驟4沉積的金屬層進行退火處理。

步驟6：采用光刻工藝將金屬層和過度層刻蝕電極形狀，完成電極制備。

上述方案中：

1)步驟1中所述敏化液組成為每升體積含3～25克的SnCl₂·2H₂O和濃度為37％的鹽酸水溶液3～40毫升，所述敏化處理溫度為20～25℃、時間為5～10分鐘；所述活化液組成為每升體積含0.1～0.6克的PdCl₂和百分比濃度為37％的鹽酸水溶液3～10毫升，所述活化處理溫度為20～25℃、時間為3～5分鐘。