專利名稱：一種制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種制備硅納米晶超晶格 結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
隨著世界人口的急劇增加，礦物能源被逐漸耗盡，對(duì)其他非礦物
能源的需求量越來(lái)越大。特別是在20世紀(jì)70年代爆發(fā)石油危機(jī)后， 太陽(yáng)能的利用得到很大的發(fā)展。
自1954年貝爾實(shí)驗(yàn)室報(bào)道第一個(gè)商品化的Si太陽(yáng)能電池以來(lái)， 各種太陽(yáng)能電池相繼問(wèn)世。通過(guò)數(shù)十年來(lái)的不斷發(fā)展，太陽(yáng)能電池從 第一代的單晶硅太陽(yáng)能電池、第二代的薄膜太陽(yáng)能電池到現(xiàn)在第三代 的高效太陽(yáng)能電池，其制作成本逐步降低，轉(zhuǎn)換效率不斷提高。其中 第一代第二代太陽(yáng)能電池已經(jīng)在市場(chǎng)上應(yīng)用，第三代太陽(yáng)能電池仍正 處于發(fā)展中。
納米晶薄膜太陽(yáng)能電池，是屬于第三代太陽(yáng)能電池。納米晶的典 型尺寸為1至10納米，包含幾個(gè)到幾十個(gè)原子，由于荷電載流子的運(yùn) 動(dòng)在量子點(diǎn)受到三維的限制，能量發(fā)生量子化。量子點(diǎn)具有許多特性， 如具有巨電導(dǎo)，可變化的帶隙，可變化的光譜吸收性等，這些特性使 得量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池可大大提高光電轉(zhuǎn)化率，與目前最流行的多晶硅 太陽(yáng)能電池相比，生產(chǎn)能耗可減少20%，光電效率可增加50%至1倍 以上，并大大的降低了昂貴的材料費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題 本發(fā)明的主要目的在于提供一種全新的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu) 的方法，即制備納米晶疊層薄膜的方法。(二) 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的 方法，該方法包括
在襯底上生長(zhǎng)二氧化硅層；
將硅顆粒與金屬氧化物顆粒的混合物蒸發(fā)至所述二氧化硅層上； 對(duì)樣品進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶稹?br> 優(yōu)選地，所述襯底為平整潔凈的硅片，或?yàn)槠秸麧崈舻慕^緣體上 硅(SOI)，或?yàn)椴ＡА?br> 優(yōu)選地，所述硅片為p型、(100)晶向的2寸硅片，厚度為525)am， 電阻率為2至3Qcm。
優(yōu)選地，所述在襯底上生長(zhǎng)二氧化硅層采用熱氧化方法進(jìn)行。
優(yōu)選地，所述采用熱氧化方法生長(zhǎng)二氧化硅層，是在900。C的快速 熱氧化爐中氧化10分鐘，生長(zhǎng)致密的二氧化硅層。
優(yōu)選地，所述將硅顆粒與金屬氧化物顆粒的混合物蒸發(fā)至所述二 氧化硅層上采用電子束蒸發(fā)的方式進(jìn)行。
優(yōu)選地，所述金屬氧化物顆粒為二氧化鉿顆粒。
優(yōu)選地，所述硅顆粒與二氧化鉿顆粒的混合物由3.5克的硅顆粒和 2 .5克的二氧化鉿顆粒組成。
優(yōu)選地，所述對(duì)樣品進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶穑窃?05(TC下退火45分鐘。
(三) 有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下效果
1、 本發(fā)明提供的這種制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，采用電子 束蒸發(fā)技術(shù)，它是一種有效的并已大規(guī)模應(yīng)用的制備薄膜的方法。由 于本發(fā)明所采用的材料，設(shè)備均來(lái)自于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制作工藝，因此 其很容易與己有的微電子工藝相兼容。
2、 采用本發(fā)明提供的這種制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，所制 備的量子點(diǎn)顆粒的大小約為3至6nm，可用于單電子器件或單電子存 儲(chǔ)器的制作，特別是用于太陽(yáng)能電池的制作等。3、本發(fā)明提供的這種制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，具有工藝 步驟少、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、易于大規(guī)模制造、能與傳統(tǒng)的微電子工藝 兼容的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明提供的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法流程圖2至圖4是本發(fā)明提供的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的工藝流程
圖5和圖6是采用本發(fā)明提供的方法所制備的硅納米晶超晶格結(jié) 構(gòu)的TEM照片。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具 體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明提供的是第三代太陽(yáng)能電池中基于共蒸法制備硅納米晶超 晶格結(jié)構(gòu)的方法，主要利用電子束蒸發(fā)手段制備硅和二氧化鉿混合物 薄膜，通過(guò)將硅和二氧化鉿固體顆?；蚬韬推渌趸镱w粒混合在一 起蒸發(fā)至熱氧化生長(zhǎng)的二氧化硅層上，該方法具體步驟如圖1所示， 包括
步驟101:在襯底上生長(zhǎng)二氧化硅層；
步驟102:將硅顆粒與金屬氧化物顆粒的混合物蒸發(fā)至所述二氧化 硅層上；
步驟103:對(duì)樣品進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶稹?br> 上述步驟101中所述襯底為平整潔凈的硅片，或?yàn)槠秸麧崈舻慕^ 緣體上硅SOI。所述在襯底上生長(zhǎng)二氧化硅層采用熱氧化方法進(jìn)行。 上述步驟102中所述將硅顆粒與金屬氧化物顆粒的混合物蒸發(fā)至
所述二氧化硅層上采用電子束蒸發(fā)的方式進(jìn)行，所述金屬氧化物顆粒 為二氧化鉿顆粒。
上述步驟103中所述對(duì)樣品進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶穑窃?05(TC下退火 45分鐘。圖2至圖4示出了本發(fā)明提供的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的工藝
流程圖，具體包括
如圖2所示，通過(guò)熱氧化生長(zhǎng)技術(shù)在硅襯底上生長(zhǎng)二氧化硅層； 如圖3所示，通過(guò)電子束蒸發(fā)的方式在二氧化硅層上鍍一層硅和 二氧化鉿混合物薄膜；
如圖4所示，將樣品進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶稹?br> 下面進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)工藝方法和步驟，其中 采用p型、(100)晶向的2寸硅片做襯底，該襯底厚525Mm,電阻
率為2至3Qcm。具體的工藝步驟如下
步驟1、將硅片在快速熱氧化爐中90CTC氧化10分鐘，生長(zhǎng)致密
的氧化層；
步驟2、電子束蒸發(fā)上硅和二氧化鉿的混合物。其中，混合物由 3.5克的硅顆粒和2 .5克的二氧化鉿顆粒組成，蒸發(fā)平均速度為lA/s; 步驟3、高溫?zé)嵬嘶稹?05(TC退火45分鐘。
圖5和圖6示出了采用本發(fā)明提供的方法所制備的硅納米晶超晶 格結(jié)構(gòu)的TEM照片，該TEM照片均為通過(guò)高分辨率透射電鏡所觀察 到的結(jié)果。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果 進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體 實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)， 所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該方法包括在襯底上生長(zhǎng)二氧化硅層；將硅顆粒與金屬氧化物顆粒的混合物蒸發(fā)至所述二氧化硅層上；對(duì)樣品進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶稹?br> 2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，其特 征在于，所述襯底為平整潔凈的硅片，或?yàn)槠秸麧崈舻慕^緣體上硅SOI， 或?yàn)椴ＡА?br> 3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，其特 征在于，所述硅片為p型、(100)晶向的2寸硅片，厚度為525pm， 電阻率為2至3Qcm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，其特 征在于，所述在襯底上生長(zhǎng)二氧化硅層采用熱氧化方法進(jìn)行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，其特 征在于，所述采用熱氧化方法生長(zhǎng)二氧化硅層，是在90(TC的快速熱氧 化爐中氧化10分鐘，生長(zhǎng)致密的二氧化硅層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，其特 征在于，所述將硅顆粒與金屬氧化物顆粒的混合物蒸發(fā)至所述二氧化 硅層上采用電子束蒸發(fā)的方式進(jìn)行。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法， 其特征在于，所述金屬氧化物顆粒為二氧化鉿顆粒。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，其特 征在于，所述硅顆粒與二氧化鉿顆粒的混合物由3.5克的硅顆粒和2 .5 克的二氧化鉿顆粒組成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，其特 征在于，所述對(duì)樣品進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶?，是?05(TC下退火45分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備硅納米晶超晶格結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在襯底上生長(zhǎng)二氧化硅層；將硅顆粒與金屬氧化物顆粒的混合物蒸發(fā)至所述二氧化硅層上；對(duì)樣品進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶?。采用本發(fā)明方法制備的量子點(diǎn)顆粒的大小約為3至6nm，可用于單電子器件或單電子存儲(chǔ)器的制作，特別是用于太陽(yáng)能電池的制作等。這種方法具有工藝步驟少、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、易于大規(guī)模制造、能與傳統(tǒng)的微電子工藝兼容的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/20GK101546703SQ20081010279
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者明 劉, 李維龍, 謝長(zhǎng)青, 銳 賈, 晨 陳, 陳寶欽 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所