[發明專利]一種近紅外光電硅材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310173942.5
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN103268858A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 陳長水
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L21/324
• 分類號: H01L21/324
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華

技術領域

本發明屬于晶體硅技術領域，具體涉及一種近紅外光電材料的制備方法。

背景技術

重摻雜硫元素硅材料（sulfur?hypedoped?silicon）被認為是能夠形成中間帶雜質能級的材料，對于它的研究起始于對黑硅的研究。研究發現，黑硅在近紅外部分能量小于禁帶寬度的光吸收物理根源是硫元素的重摻雜。硅中重摻雜硫，材料發生了莫特相變，使得硅材料在紅外部分的吸收顯著提高。因此，重摻雜硫元素硅材料在光伏電池、通訊傳感器等領域有十分重要的應用潛力。

目前，現有技術中，制備重摻雜硫元素硅材料的方法有激光輔助摻雜法和離子注入法，其中激光輔助摻雜法的摻雜濃度（最高約為10²⁰atom/cm³）高于離子注入法的摻雜濃度（最高約為10¹⁶atom/cm³），激光輔助刻蝕法是將硅片置于六氟化硫氣氛中，用飛秒激光掃描硅表面，硅表層向下0~500nm部分形成硫元素重摻雜，通過控制背景氣體壓強，飛秒（或納秒）激光脈沖數，光強等參數達到控制內部硫元素摻雜水平的目的；離子注入法是常見的摻雜半導體的方法，由于其具有可控摻雜濃度和不受熱力學平衡條件限制而大范圍應用于半導體器件的重摻雜。

激光輔助摻雜法優于離子注入法，但在退火過程中，硫離子會緩慢析出硅表層，導致激光摻雜層硫離子濃度的下降，影響其光電性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種近紅外光電硅材料的制備方法，該方法能阻礙晶體硅表面中重摻雜的硫元素在退火過程中硫元素的析出，使晶體硅表面重摻雜的硫元素層中硫元素保持較高濃度，并能提高近紅外光電硅材料的光電性能。

由于電場在退火過程中起著阻礙硫離子漂移的作用，所以通過將重摻雜硫元素的晶體硅片在退火時置于電場中，可以在晶體硅片表面得到較大濃度的硫元素摻雜，形成中間帶，進而使得晶體硅片具有更好的光電性質。

本發明的上述目的是通過如下技術方案來實現的：一種近紅外光電硅材料的制備方法，包括對晶體硅片重摻雜硫元素，將重摻雜硫元素的晶體硅片置于退火裝置中采用電場輔助退火，退火電場的電壓大小為不能擊穿硅片，退火溫度為550℃，退火時間為6個小時。

本發明退火電場的電壓優選為10000V。

本發明將重摻雜硫元素的晶體硅片置于退火裝置中進行電場輔助退火時，使晶體硅片重摻雜硫元素的表面朝向電場的正極，且電場方向垂直于該晶體硅片重摻雜硫元素的表面。

作為本發明的一種改進，為了保持晶體硅表面重摻雜的硫元素濃度一致，本發明所述電場優選為勻強電場。

本發明所述電場優選設置在退火裝置的內部或外部。

本發明對晶體硅片重摻雜硫元素時采用激光進行重硫摻雜。

本發明所述激光優選為飛秒級或納秒級激光。

本發明將晶體硅片置于腔室中，調節腔室內壓強優選為1×10^-3pa以下，充入含硫氣體至腔室內壓強優選為0.5±0.01Pa，調節激光強度優選為1.8J/cm²，采用飛秒或納秒級激光光斑掃描晶體硅表面，待激光掃過所有的硅表面時，將裝載有晶體硅片的腔室抽真空處理至真空度優選為1×10^-3pa以下，充入惰性氣體至腔室內壓強優選為0.5±0.01Pa，取出晶體硅片置于電場中進行輔助退火。

本發明所述的含硫氣體優選為SF₆；所述的惰性氣體優選為氬氣。

本發明所述晶體硅片優選為單晶硅片。

本發明所述晶體硅片需進行超聲清洗處理，所述超聲清洗采用的溶劑為丙酮。

具體來說，本發明提供的一種近紅外光電硅材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)????對晶體硅表面進行清洗處理；

(2)????對晶體硅表面進行重硫摻雜；

(3)????重硫摻雜后的晶體硅片置于退火裝置中進行電場輔助退火。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：本發明對重硫摻雜后的晶體硅片，在退火時采用電場輔助，硫元素受到電場作用對硫元素的析出具有遲滯作用，從而使制備形成的硅材料具有很高的近紅外吸收系數。?

附圖說明

圖1是本發明近紅外光電硅材料的制備方法的流程圖；?

圖2是本發明實施例1中電場輔助退火示意圖，其中形成電場的電極放置在退火爐內；其中1為退火爐，2為加熱絲，3為高壓直流電源，4為正極，5為T型支架，6為負極；