一種多晶硅表面金屬薄膜的制備裝置及其制備方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種多晶硅表面金屬薄膜的制備裝置及其制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對固體材料實施薄膜與表面技術(shù)可以賦予材料表面新的物理或化學性能，從而制備出具有優(yōu)異性能的構(gòu)件。對于半導體材料而言，在其表面制備金屬薄膜可以提高導電性能，尤其適用于多晶硅太陽能電池的背面電極制備。
[0003]目前在多晶硅表面制備金屬薄膜的方法主要有:蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜、離子鍍膜等。蒸發(fā)鍍膜對于高熔點靶材由于蒸發(fā)太慢，鍍膜的速度比較慢；濺射鍍膜、離子鍍膜的速度較快，但是鍍膜的厚度不均勻。上述方法均是在基體材料表面形成沉積鍍層，沒有進一步擴散，膜層與基材的結(jié)合力差，容易發(fā)生膜層脫落。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在非金屬材料表面制備金屬薄膜效率高、厚度均勻、膜基結(jié)合力好的多晶硅表面金屬薄膜的制備裝置及其制備方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種多晶硅表面金屬薄膜的制備方法:將多晶硅片和金屬靶材分別連接于高壓脈沖電源的正極和負極并置于充入氬氣的真空室內(nèi)，兩者之間的電場使氬氣電離，形成的氬離子轟擊金屬靶材，產(chǎn)生濺射粒子沉積于多晶硅片表面，該多晶硅片表面在高壓脈沖電源的間隔時間內(nèi)，受到激光的掃描加熱，加快濺射粒子的滲入，且濺射與激光加熱按高壓脈沖的頻率循環(huán)往復進行，使多晶硅片表面形成金屬薄膜。
[0006]為了保證氬氣的充分電離，真空室抽真空后氣壓在5X10_3Pa以下；加工時真空室充入的氬氣氣壓始終保持在0.1-1Pa0
[0007]為了較好地控制金屬鍍膜的生長速度，金屬靶材和多晶硅工件之間的脈沖高壓電壓為 500-1000V。
[0008]為了能對多晶硅片表面進行掃描加熱，加速沉積離子向基材的滲入，又不能燒傷工件，使用的激光為半導體激光，波長為1064nm，功率控制在30W-50W，頻率控制在500-2000Hz。
[0009]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種多晶硅表面金屬薄膜的制備裝置:包括真空室、金屬靶材、磁體、激光器、高壓脈沖電源、氬氣瓶、真空泵、多晶硅和用于裝夾并帶動多晶硅運動的夾具，若干所述磁體設置在真空室內(nèi)，金屬靶材置于在磁體上，氬氣瓶和真空泵分別與真空室連通，高壓脈沖電源的正負極分別與多晶硅和金屬靶材電連接，激光器發(fā)射的激光束通過真空室側(cè)壁上設置的對應孔洞，投射到至多晶硅上。
[0010]為了便于多晶硅便面能夠充分濺射到金屬粒子，所述夾具設置在作X、Y軸向運動的驅(qū)動機構(gòu)上，該驅(qū)動機構(gòu)包括X向驅(qū)動機構(gòu)和Y向驅(qū)動機構(gòu)，Y向驅(qū)動機構(gòu)滑動連接于X向驅(qū)動機構(gòu)，并相對X向驅(qū)動機構(gòu)垂直運動，夾具設置在Y向驅(qū)動機構(gòu)上。
[0011]進一步地，所述X向驅(qū)動機構(gòu)和Y向驅(qū)動機構(gòu)均包括導軌、絲杠、螺母和電機，所述絲杠與電機轉(zhuǎn)軸固定連接，螺母螺旋連接在絲杠上，且一端與導軌滑動連接；所述Y向運動機構(gòu)中的導軌和電機設置在X向運動機構(gòu)中的螺母上，所述夾具設置在Y向運動機構(gòu)中的螺母上。
[0012]為便于激光器射出的激光束更好地入射至多晶硅上，所述真空室內(nèi)還設有激光反射機構(gòu)，該機構(gòu)包括導軌、全反射鏡、聚焦透鏡和滑座，所述滑座滑動設置在導軌上，全反射鏡和聚焦透鏡設置在滑座上，所述激光束通過全反射鏡及聚焦透鏡上投射到至多晶硅上。
[0013]為防止磁體產(chǎn)生的磁場對真空室內(nèi)其他工作部件造成影響，真空室內(nèi)還設有用于屏蔽磁體磁場的屏蔽壓板，所述屏蔽壓板壓合在金屬靶材上。
[0014]為更好地對金屬靶材進行冷卻，該制備裝置還包括冷卻機構(gòu)，該冷卻裝置包括冷卻水套、冷卻水箱、回水管和進水管，所述回水管和進水管的一端與冷卻水箱相連通，另一端與冷卻水套相連通，所述冷卻水套設置在相鄰兩磁體之間。
[0015]本發(fā)明主要以磁控二級濺射方式在多晶硅表面沉積金屬原子，同時利用激光反射機構(gòu)對多晶硅表面掃描加熱，加速金屬靶材產(chǎn)生濺射粒子滲入多晶硅，從而提高薄膜的制備速度。在金屬薄膜制備過程中，通過數(shù)控系統(tǒng)不斷的變換多晶硅的位置，使得濺射粒子能夠均勻沉積在多晶硅表面，實現(xiàn)均勻性好、膜基結(jié)合力高的金屬薄膜的制備。本發(fā)明裝置構(gòu)簡單，易于安裝、檢修、使用方便。
[0016]【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明中X向驅(qū)動機構(gòu)和Y向驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明中屏蔽壓板與磁體的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明中激光器安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]其中
1、真空室；2、數(shù)控系統(tǒng)；4、激光反射機構(gòu)；5、高壓脈沖電源；6、氬氣瓶；7、冷卻水泵；8、真空泵；9、支撐架；10、夾具；11、多晶硅；12、工作臺；13、冷卻水箱；21、導軌；22、絲杠；23、滑塊；24、連接座；25、聯(lián)軸器；31、金屬靶材；32、屏蔽壓板；33、磁體；34、靶座；35、底座；36、回水管；37、進水管；38、冷卻水套；41、激光器；42、支架；43、平行導軌；44、全反射鏡；45、聚焦透鏡；46、托架；47、導桿；48、滑座。
[0021]【具體實施方式】:
本發(fā)明一種多晶硅表面金屬薄膜的制備方法，該方法是將多晶硅片和金屬靶材分別連接于高壓脈沖電源的正極和負極并置于氣壓在氣壓4X 10_3Pa的真空室內(nèi)，然后在該真空室內(nèi)持續(xù)充入氬氣，保證真空室內(nèi)氣壓保持在0.Ι-lPa，開啟高壓脈沖電源，使得多晶硅片和金屬靶材兩者之間的電場使氬氣電離，形成的氬離子轟擊金屬靶材，產(chǎn)生濺射粒子沉積于多晶娃片表面，啟動激光對多晶娃片掃描加熱，在多晶娃片表面在高壓脈沖電源的間隔時間內(nèi)，受到激光的掃描加熱，加快濺射粒子的滲入，且濺射與激光加熱按高壓脈沖的頻率循環(huán)往復進行，使多晶硅片表面形成金屬薄膜。本方法中使用的激光為半導體激光，波長為1064nm，功率控制在30W-50W，頻率控制在500_2000Hz。
[0022]如圖1，為更好的實施上述制備方法，本發(fā)明提供一種多晶硅表面金屬薄膜的制備裝置，該裝置具有真空室1、激光器41、高壓脈沖電源5、氬氣瓶6、真空泵8和用于裝夾并帶動多晶硅11運動的夾具10，氬氣瓶6的出氣端和真空泵8抽氣端分別與真空室I相連通，高壓脈沖電源5的正負兩極端伸至真空室I內(nèi)，并分別與多晶硅11和金屬靶材31對應相連，激光器41的照射端設置在真空室側(cè)壁上，且激光器射出的激光束射至多晶硅11上，在真空室I上設有方便更換多晶硅11和金屬靶材31的密封艙門。
[0023]結(jié)合圖2，本發(fā)明為加大金屬靶材31對工件11的濺射，在真空室I內(nèi)設有磁體33，三塊磁體33嵌在真空室I底側(cè)壁的底座35上，其中左右兩塊磁鐵是N磁極向上，中間磁鐵是S極向上，金屬靶材31固定連接在磁體33上。本發(fā)明為了防止磁體33的磁場對真空室I內(nèi)其他結(jié)構(gòu)原件工作造成影響，在真空室I內(nèi)設有屏蔽壓板32和靶座3