[發(fā)明專利]在基底上形成納米結(jié)構(gòu)的方法及其用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210167215.3
• 申請(qǐng)日: 2012-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103236395A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇周明;劉偉;蔡樹(shù)仁;鄭堅(jiān)偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新加坡科技研究局
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02;H01L31/18;H01L31/0352;B82Y40/00
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11204
• 代理人: 王達(dá)佐;安佳寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在包含硅的基底上制備納米結(jié)構(gòu)的方法及其用途。

背景

具有多種結(jié)構(gòu)形態(tài)和晶體取向的硅(Si)廣泛用于光電子裝置和太陽(yáng)能電池應(yīng)用。然而，平面硅具有天然的高反射率以及強(qiáng)光譜依賴性。因此，已經(jīng)研究寬光譜范圍內(nèi)有效的反射抑制并且以前已經(jīng)提議克服該技術(shù)問(wèn)題的許多方案。

在一個(gè)已知的方法中，提議了深表面紋理以試圖降低硅基底的表面反射率。例如，可使光滑硅基底表面進(jìn)行蝕刻以獲得粗糙Si表面(即“紋理”)。這樣的紋理可導(dǎo)致粗糙的Si表面顯示出降低的反射率。然而，這樣的“紋理”方法的一個(gè)局限性在于其僅能用于具有特定類型的表面取向的硅，即硅<100>。此外，還發(fā)現(xiàn)已經(jīng)經(jīng)歷深表面紋理的Si基底傾向于顯示出隨著入射光角度的快速增加的反射率。

因此，在另一已知的方法中，在硅基底表面上提供抗反射涂層，例如，SiO_x涂層、Si₃N₄涂層和TiO_x涂層。這樣的方法的一個(gè)局限性在于各個(gè)類型的抗反射涂層通常僅用于降低有限光譜范圍內(nèi)的反射率并且僅用于特定的入射角。因此，當(dāng)使Si基底進(jìn)行寬光譜輻射，例如跨越大范圍波長(zhǎng)的太陽(yáng)輻射時(shí)，使用抗反射涂層不適于降低反射率。

為克服該缺陷，提議提供兩層抗反射涂層。盡管通過(guò)這樣的雙層涂層能改善反射率的降低，但這些涂層難于制造，應(yīng)用昂貴并且已知當(dāng)用于光伏模塊時(shí)缺乏效率。

解決上述技術(shù)問(wèn)題的另一方法是催化蝕刻。然而，該技術(shù)具有下列缺點(diǎn)。首先，催化蝕刻不適于在硅基底上產(chǎn)生復(fù)雜的三維(3D)納米結(jié)構(gòu)。此外，使用該技術(shù)，難于提供具有不同程度的復(fù)雜性的高長(zhǎng)寬比的結(jié)構(gòu)，特別是當(dāng)結(jié)構(gòu)變得更小成為納米尺寸范圍時(shí)。

另一提議的技術(shù)包括在鹵素氣體的存在下通過(guò)激光脈沖照射Si基底。在該技術(shù)中，尖峰信號(hào)形成強(qiáng)烈依賴激光脈沖的特性。激光脈沖必須超快并且非常強(qiáng)烈并且照射必須在鹵素，例如SF₆的存在下進(jìn)行。然而，該技術(shù)的缺點(diǎn)在于其對(duì)Si基底的蝕刻深度和蝕刻均勻性的弱的控制，導(dǎo)致通過(guò)Si晶片的蝕刻深度的明顯變化。

因此，亟需提供克服或至少改善了上述技術(shù)問(wèn)題的用于制備表現(xiàn)出降低的反射率的硅基底的方法。

概述

在一個(gè)方面中，提供了在包含硅的基底上提供納米結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括步驟：(a)在所述基底的表面上沉積過(guò)渡金屬層；(b)退火所述過(guò)渡金屬層以形成圖形化過(guò)渡金屬層；以及(c)蝕刻所述基底以在所述基底表面上形成納米結(jié)構(gòu)。

有利地，本公開(kāi)提供了用于制備具有低反射率的硅基底的簡(jiǎn)單和有效的方法，其中所述圖形化硅基底適于制備光伏裝置、適于用作陽(yáng)極并且甚至充當(dāng)用于制備光電子裝置的起始模板。特別地，本方法能夠提供表現(xiàn)出跨越寬輻射光譜(“黑硅”)的低反射率并且不需要應(yīng)用一層或多層抗反射涂層的硅基底。

進(jìn)一步有利地，本方法對(duì)于制備降低的反射率，任何表面取向(例如，<100>、<111>、<010>、<001>、<110>、<011>、<101>)的圖形化硅基底是有效的。

進(jìn)一步有利地，驚人地發(fā)現(xiàn)根據(jù)上述方法制備的圖形化硅基底可用于生長(zhǎng)具有顯著降低的表面缺陷密度(例如裂紋和蝕刻坑)的寬帶隙半導(dǎo)體材料層，例如氮化鎵(GaN)。有利地，這允許通過(guò)上述方法制備的表面改性的硅基底充當(dāng)光電子裝置的起始模板。

在另一方面中，提供了包含在通過(guò)上述方法制備的暴露表面上的納米結(jié)構(gòu)的圖形化硅基底。

在另一方面中，提供了上述定義的圖形化硅基底在所述圖形化硅基底上沉積和生長(zhǎng)氮化鎵(GaN)層中的用途。

在另一方面中，提供了上述定義的圖形化硅基底在制造光伏(PV)裝置中的用途。

在另一方面中，提供了上述定義的圖形化硅基底作為陽(yáng)極的用途。

在另一方面中，提供了在具有圖形化表面的硅基底上沉積氮化鋁(AlN)層的方法，所述方法包括步驟：(a)提供上述定義的圖形化硅基底；(b)在所述圖形化表面上傳送三甲基鋁(TMA)以在所述圖形化表面上沉積Al層；(c)以確定的V/III比和溫度在所述圖形化表面上傳送TMA和氨(NH₃)以導(dǎo)致在所述圖形化表面上沉積AlN；以及(d)調(diào)整步驟(c)中的所述溫度和V/III比以導(dǎo)致二維AlN生長(zhǎng)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，調(diào)整步驟包括在步驟(b)中初步降低溫度和V/III比。