專利名稱：一種制作黑硅材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用波長為1064nm和 532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅材料的方法。
背景技術(shù)：
近年來，基于高強度激光輻照的材料表面加工技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。美國哈佛 大學(xué)的研究者用高強度飛秒激光器光源掃描硅表面，得到了尺寸精細的金字塔錐形微結(jié)構(gòu) 新材料，即所謂的黑硅材料。黑硅材料的光吸收效率顯著提高(MRS Belletin，31(2006)594)。尤其當(dāng)將硅片 置于硫系氣體如SF6，H2S等環(huán)境下時，激光器光源掃描后得到的黑硅材料，在250 2500nm 的光譜范圍內(nèi)對光的吸收效率達到近90% (Appl. Phys. Lett. , 13 (2001) 1850) 0將該種材 料應(yīng)用于器件制作可以大幅度提高相關(guān)硅基光電器件的性能。例如，利用該種材料制作的 硅基光電二極管，器件lOOOnm波長上的響應(yīng)度達到120A/W，比普通商用硅基光電二極管高 兩個數(shù)量級，在1330nm和1550nm波長上的響應(yīng)度分別為50mA/W和35mA/W，比普通商用硅 基光電二極管高五個數(shù)量級(OpticsLetters，30 (2005) 1773)。目前，在已經(jīng)公開的黑硅材料制作技術(shù)中，使用的都是單一短波長激光器光源，如 美國專利US7，442，629公開的400 800nm的飛秒激光器光源。用這種短波長激光器光 源輻照硅片，作用深度淺，而使用長波長激光器光源，尤其是使用接近硅吸收限處的波長為 1064nm的激光器光源，作用長度深。長、短波長激光器光源與硅材料的這種不同作用深度，是使用單一短波長激光器 光源或使用單一長波長激光器光源所無法兼顧的。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用波長為1064nm和532nm兩種激光 器光源掃描制作黑硅材料的方法，以制作出黑硅材料，并提高黑硅材料對光的吸收效率。( 二 )技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源 掃描制作黑硅材料的方法，該方法包括步驟1 將硅片置于硫系物質(zhì)環(huán)境中；步驟2 利用經(jīng)過透鏡聚焦的波長為1064nm和532nm的兩種激光器光源，先后掃 描輻照硅片表面，形成包含硅微錐、硅微粒和硅微洞的微結(jié)構(gòu)黑硅材料。上述方案中，所述硫系物質(zhì)環(huán)境為氣態(tài)環(huán)境、粉末態(tài)環(huán)境或者液態(tài)環(huán)境。上述方案中，所述氣態(tài)環(huán)境為H2S或SF6氣態(tài)環(huán)境，粉末態(tài)環(huán)境為S粉末、Se粉末 或Te粉末粉末態(tài)環(huán)境，液態(tài)環(huán)境為H2S04或(NH4)2S04液態(tài)環(huán)境。上述方案中，所述硅片為(100)或(111)晶向的n型或p型硅片。
上述方案中，所述1064nm和532nm兩種激光器光源的脈沖寬度為飛秒至納秒，脈 沖頻率為1 lOKHz。
上述方案中，在硅片表面形成的硅微錐、硅微粒和硅微洞的長度為0. 1 50iim， 寬度為0. 1 50 ii m，高度為0. 1 50 ii m。上述方案中，所述在激光器光源掃描輻照硅片表面時，激光在硅表面單位面積上 的照射能量密度大于硅的熔化閾值1. 5KJ/m2。上述方案中，所述形成的包含硅微錐、硅微粒和硅微洞的微結(jié)構(gòu)黑硅材料，其表面 具有102°cm_3的硫系原子濃度層。上述方案中，所述形成的包含硅微錐、硅微粒和硅微洞的微結(jié)構(gòu)黑硅材料，對波長 在0. 25 2. 5 ii m范圍內(nèi)的光具有大于90%的吸收率。(三)有益效果長波1064nm的激光器光源，其波長與硅的帶隙波長接近，輻照硅片表面時作用深 度較深(達幾十微米深)，而短波532nm的激光器光源，其波長遠小于硅的帶隙波長，與硅的 作用深度淺(納米至微米)。本發(fā)明將長波光源作用深度深、短波光源作用深度淺的特點同 時融入黑硅材料的制作中，拓展了硫系摻雜物和硅微錐、微粒和微洞在表面層的范圍，所以 能夠更充分地吸收入射光，將全太陽光譜的吸收系數(shù)提高到90%以上。


圖1是本發(fā)明提供的利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅 材料的方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明提供的利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅材料的 方法，所使用的激光脈沖寬度為幾百飛秒至幾百納秒。將硅晶片置于硫系物質(zhì)環(huán)境下，分別 用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描輻照硅表面，將長波光源作用長度深、短波 光源作用深度淺的特點同時融入黑硅材料的制作中，形成硅微錐，硅微粒和硅微洞的微結(jié) 構(gòu)，提高了黑硅材料對光的吸收效率。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃 描制作黑硅材料的方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟1 將硅片置于硫系物質(zhì)環(huán)境中；步驟2 利用經(jīng)過透鏡聚焦的波長為1064nm和532nm的兩種激光器光源，先后掃 描輻照硅片表面，形成包含硅微錐、硅微粒和硅微洞的微結(jié)構(gòu)黑硅材料。上述步驟1中所述硫系物質(zhì)環(huán)境為氣態(tài)如H2S，SF6等或者粉末態(tài)如S、Se、Te粉末 等或者液態(tài)如H2S04、(NH4)2S04等；所述硅片為(100)或(111)晶向的n型或P型硅；上述步驟2中所述1064nm和532nm兩種激光器光源的脈沖寬度為飛秒至納秒，脈 沖頻率為1 lOKHz。在硅片表面形成的硅微錐、硅微粒和硅微洞的長度為0. 1 50iim， 寬度為0. 1 50 y m，高度為0. 1 50 y m。所述在激光器光源掃描輻照硅片表面時，激光在硅表面單位面積上的照射能量密度大于硅的熔化閾值1. 5KJ/m2。所述形成的包含硅微 錐、硅微粒和硅微洞的微結(jié)構(gòu)黑硅材料，其表面具有102°cm_3的硫系原子濃度層。所述形成 的包含硅微錐、硅微粒和硅微洞的微結(jié)構(gòu)黑硅材料，對波長在0. 25 2. 5 y m范圍內(nèi)的光具 有大于90%的吸收率。 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅材料的方法，其特征在于，該方法包括步驟1將硅片置于硫系物質(zhì)環(huán)境中；步驟2利用經(jīng)過透鏡聚焦的波長為1064nm和532nm的兩種激光器光源，先后掃描輻照硅片表面，形成包含硅微錐、硅微粒和硅微洞的微結(jié)構(gòu)黑硅材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅 材料的方法，其特征在于，所述硫系物質(zhì)環(huán)境為氣態(tài)環(huán)境、粉末態(tài)環(huán)境或者液態(tài)環(huán)境。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅 材料的方法，其特征在于，所述氣態(tài)環(huán)境為H2S或SF6氣態(tài)環(huán)境，粉末態(tài)環(huán)境為S粉末、Se粉 末或Te粉末粉末態(tài)環(huán)境，液態(tài)環(huán)境為H2SO4或(NH4)2SO4液態(tài)環(huán)境。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅 材料的方法，其特征在于，所述硅片為(100)或(111)晶向的η型或ρ型硅片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅 材料的方法，其特征在于，所述1064nm和532nm兩種激光器光源的脈沖寬度為飛秒至納秒， 脈沖頻率為1 IOKHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑 硅材料的方法，其特征在于，在硅片表面形成的硅微錐、硅微粒和硅微洞的長度為0. 1 50 μ m,寬貞為 0. 1 ~ 50ym,冑貞為 0. 1 50 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅 材料的方法，其特征在于，所述在激光器光源掃描輻照硅片表面時，激光在硅表面單位面積 上的照射能量密度大于硅的熔化閾值1. 5KJ/m2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅 材料的方法，其特征在于，所述形成的包含硅微錐、硅微粒和硅微洞的微結(jié)構(gòu)黑硅材料，其 表面具有IO2tlCnT3的硫系原子濃度層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅 材料的方法，其特征在于，所述形成的包含硅微錐、硅微粒和硅微洞的微結(jié)構(gòu)黑硅材料，對 波長在0. 25 2. 5 μ m范圍內(nèi)的光具有大于90%的吸收率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用波長為1064nm和532nm兩種激光器光源掃描制作黑硅材料的方法，該方法包括步驟1將硅片置于硫系物質(zhì)環(huán)境中；步驟2利用經(jīng)過透鏡聚焦的波長為1064nm和532nm的兩種激光器光源，先后掃描輻照硅片表面，形成包含硅微錐、硅微粒和硅微洞的微結(jié)構(gòu)黑硅材料。本發(fā)明將長波光源作用深度深、短波光源作用深度淺的特點同時融入黑硅材料的制作中，拓展了硫系摻雜物和硅微錐、微粒和微洞在表面層的范圍，所以能夠更充分地吸收入射光，將全太陽光譜的吸收系數(shù)提高到90％以上。
文檔編號H01L31/0288GK101824654SQ20091007886
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者朱洪亮, 林學(xué)春, 梁松, 王寶華, 韓培德 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所