[發(fā)明專利]一種制造黑硅材料的方法

無效

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• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104347759A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李世彬;王健波;楊光金;黃俊龍;吳志明
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電敏感材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種制造黑硅材料的方法。

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背景技術(shù)

在半導(dǎo)體行業(yè)中，晶體硅材料由于其資源豐富、易獲取、易提純、易摻雜、耐高溫等諸多優(yōu)點，使得其在微電子、光伏產(chǎn)業(yè)、通信等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。但同時晶體硅本身也有其固有的缺陷：首先，晶體硅表面對可見—紅外光的反射很高，如果晶體貴的表面不做任何處理，它對可見—紅外光的反射率在30%以上，對紫外光的反射高達50%以上；其次，晶體硅材料禁帶寬度在室溫（300K）下為1.124eV，這導(dǎo)致它對波長大于1100nm的近紅外光的吸收率大大降低。因此在探測這些波段時，需要采用鍺、銦鎵砷等紅外敏感的材料來替代，但這些材料價格昂貴、熱力學(xué)性能和晶體質(zhì)量較差而且不能與現(xiàn)有的成熟硅工藝兼容等缺點限制了其在硅基器件方面的應(yīng)用。

黑硅材料作為一種對普通晶體硅材料微結(jié)構(gòu)化后得到的新型功能材料，其對近紫外—近紅外波段（250-2500nm）的光的吸收率比普通晶體硅材料高出很多。由于其超高的光電導(dǎo)增益，黑硅材料產(chǎn)生的光電流是傳統(tǒng)硅材料的幾百倍，而且由于其與現(xiàn)有成熟的硅工藝兼容性很好等優(yōu)點，吸引了國內(nèi)外眾多的研究人員進行研究。

前面提到，普通硅材料的禁帶寬度為1.124eV。采用濕法（酸法或者堿法）對硅表面進行微結(jié)構(gòu)處理之后，得到的黑硅材料在可見光區(qū)域到1000nm左右都有很高的吸收率，但是到1100nm之后的吸收率仍然不是很高。采用單純的反應(yīng)離子刻蝕（RIE）硅材料得到的黑硅材料吸收率在1100nm之后的吸收率一樣不是很理想。前面采用的方法都沒有對硅片進行摻雜，而采用飛秒激光器照射的方法得到的黑硅材料由于引入了雜質(zhì)離子的摻雜，且對硅表面進行了為結(jié)構(gòu)化處理，導(dǎo)致其對近紫外—近紅外光的吸收率可以達到90%以上的高吸收率。

由上述所述，可以看出，飛秒激光照射法制備的黑硅材料不僅吸收波段范圍寬，而且在整個寬波段都保持這很高的吸收率。但是，飛秒激光器設(shè)備較昂貴，而且不適合大面積制備黑硅材料。因此，探索更簡易且有效的方法是必要的。

而且，黑硅材料是在硅材料基礎(chǔ)上進行處理之后得到的，其表面是森林狀的尖錐、金字塔或者針狀，這使得黑硅具有很大的表面缺陷，而且引入了摻雜之后更是降低了材料的光電轉(zhuǎn)換性能。黑硅材料由于表面不平整以及較多的缺陷，導(dǎo)致其暗電流較大，如何降低黑硅材料的暗電流是亟待解決的問題。

退火工藝和表面鈍化可以降低黑硅材料的表面缺陷，降低暗電流，但是由于退火后硅材料進過飛秒照射引入的雜質(zhì)會向硅襯底晶粒邊界擴散，導(dǎo)致雜質(zhì)濃度降低，從而導(dǎo)致黑硅材料對光的吸收下降，使得黑硅材料的性能降低。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種制造黑硅材料的方法，其中使用該方法制造的黑硅材料即使經(jīng)過了表面沉積鈍化層以及高溫退火處理之后，仍然能夠保持對近紫外—近紅外波段（250-2500nm）的光的高吸收率。

本發(fā)明公開的技術(shù)方案包括：

提供了一種制造黑硅材料的方法，其特征在于，包括：制備硅襯底材料；在氮氣和六氟化硫的混合氣氛中用激光脈沖照射所述硅襯底材料；在經(jīng)過了所述激光脈沖照射之后的所述硅襯底材料表面沉積鈍化層；對沉積了所述鈍化層的所述硅襯底材料進行高溫退火處理。

本發(fā)明的一個實施例中，所述硅襯底材料為N型硅襯底材料。

本發(fā)明的一個實施例中，在所述混合氣氛中，所述氮氣與所述六氟化硫的摩爾比為3:1至1:3。

本發(fā)明的一個實施例中，所述激光脈沖的波長為100納米至800納米。

本發(fā)明的一個實施例中，所述激光脈沖的寬度為200飛秒至800飛秒。

本發(fā)明的一個實施例中，所述激光脈沖的能量密度為1千焦每平方米至8千焦每平方米。

本發(fā)明的一個實施例中，用原子層沉積法在經(jīng)過了所述激光脈沖照射之后的所述硅襯底材料表面沉積所述鈍化層。

本發(fā)明的一個實施例中，所述鈍化層為氧化鋁層、二氧化硅層或者氮化硅層。

本發(fā)明的一個實施例中，所述高溫退火處理的退火溫度為550攝氏度至750攝氏度。

本發(fā)明的一個實施例中，所述高溫退火處理的退火時間為15分鐘至35分鐘。