专利名称：一种制备硅纳米晶超晶格结构的方法
技术领域：
本发明涉及纳米加工技术领域，特别是一种制备硅纳米晶超晶格 结构的方法。
背景技术：
随着世界人口的急剧增加，矿物能源被逐渐耗尽，对其他非矿物
能源的需求量越来越大。特别是在20世纪70年代爆发石油危机后， 太阳能的利用得到很大的发展。
自1954年贝尔实验室报道第一个商品化的Si太阳能电池以来， 各种太阳能电池相继问世。通过数十年来的不断发展，太阳能电池从 第一代的单晶硅太阳能电池、第二代的薄膜太阳能电池到现在第三代 的高效太阳能电池，其制作成本逐步降低，转换效率不断提高。其中 第一代第二代太阳能电池已经在市场上应用，第三代太阳能电池仍正 处于发展中。
纳米晶薄膜太阳能电池，是属于第三代太阳能电池。纳米晶的典 型尺寸为1至10纳米，包含几个到几十个原子，由于荷电载流子的运 动在量子点受到三维的限制，能量发生量子化。量子点具有许多特性， 如具有巨电导，可变化的带隙，可变化的光谱吸收性等，这些特性使 得量子点太阳能电池可大大提高光电转化率，与目前最流行的多晶硅 太阳能电池相比，生产能耗可减少20%，光电效率可增加50%至1倍 以上，并大大的降低了昂贵的材料费用。
发明内容
(一)要解决的技术问题 本发明的主要目的在于提供一种全新的制备硅纳米晶超晶格结构 的方法，即制备纳米晶叠层薄膜的方法。(二) 技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制备硅纳米晶超晶格结构的 方法，该方法包括
在衬底上生长二氧化硅层；
将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化硅层上； 对样品进行高温热退火。
优选地，所述衬底为平整洁净的硅片，或为平整洁净的绝缘体上 硅(SOI)，或为玻璃。
优选地，所述硅片为p型、(100)晶向的2寸硅片，厚度为525)am， 电阻率为2至3Qcm。
优选地，所述在衬底上生长二氧化硅层采用热氧化方法进行。
优选地，所述采用热氧化方法生长二氧化硅层，是在900。C的快速 热氧化炉中氧化10分钟，生长致密的二氧化硅层。
优选地，所述将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二 氧化硅层上采用电子束蒸发的方式进行。
优选地，所述金属氧化物颗粒为二氧化铪颗粒。
优选地，所述硅颗粒与二氧化铪颗粒的混合物由3.5克的硅颗粒和 2 .5克的二氧化铪颗粒组成。
优选地，所述对样品进行高温热退火，是在105(TC下退火45分钟。
(三) 有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下效果
1、 本发明提供的这种制备硅纳米晶超晶格结构的方法，采用电子 束蒸发技术，它是一种有效的并已大规模应用的制备薄膜的方法。由 于本发明所采用的材料，设备均来自于传统的半导体制作工艺，因此 其很容易与己有的微电子工艺相兼容。
2、 采用本发明提供的这种制备硅纳米晶超晶格结构的方法，所制 备的量子点颗粒的大小约为3至6nm，可用于单电子器件或单电子存 储器的制作，特别是用于太阳能电池的制作等。3、本发明提供的这种制备硅纳米晶超晶格结构的方法，具有工艺 步骤少、简单、稳定可靠、易于大规模制造、能与传统的微电子工艺 兼容的优点。
图1是本发明提供的制备硅纳米晶超晶格结构的方法流程图2至图4是本发明提供的制备硅纳米晶超晶格结构的工艺流程
图5和图6是采用本发明提供的方法所制备的硅纳米晶超晶格结 构的TEM照片。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具 体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的是第三代太阳能电池中基于共蒸法制备硅纳米晶超 晶格结构的方法，主要利用电子束蒸发手段制备硅和二氧化铪混合物 薄膜，通过将硅和二氧化铪固体颗粒或硅和其他氧化物颗粒混合在一 起蒸发至热氧化生长的二氧化硅层上，该方法具体步骤如图1所示， 包括
步骤101:在衬底上生长二氧化硅层；
步骤102:将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化 硅层上；
步骤103:对样品进行高温热退火。
上述步骤101中所述衬底为平整洁净的硅片，或为平整洁净的绝 缘体上硅SOI。所述在衬底上生长二氧化硅层采用热氧化方法进行。 上述步骤102中所述将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至
所述二氧化硅层上采用电子束蒸发的方式进行，所述金属氧化物颗粒 为二氧化铪颗粒。
上述步骤103中所述对样品进行高温热退火，是在105(TC下退火 45分钟。图2至图4示出了本发明提供的制备硅纳米晶超晶格结构的工艺
流程图，具体包括
如图2所示，通过热氧化生长技术在硅衬底上生长二氧化硅层； 如图3所示，通过电子束蒸发的方式在二氧化硅层上镀一层硅和 二氧化铪混合物薄膜；
如图4所示，将样品进行高温热退火。
下面进一步说明本发明的详细工艺方法和步骤，其中 采用p型、(100)晶向的2寸硅片做衬底，该衬底厚525Mm,电阻
率为2至3Qcm。具体的工艺步骤如下
步骤1、将硅片在快速热氧化炉中90CTC氧化10分钟，生长致密
的氧化层；
步骤2、电子束蒸发上硅和二氧化铪的混合物。其中，混合物由 3.5克的硅颗粒和2 .5克的二氧化铪颗粒组成，蒸发平均速度为lA/s; 步骤3、高温热退火。105(TC退火45分钟。
图5和图6示出了采用本发明提供的方法所制备的硅纳米晶超晶 格结构的TEM照片，该TEM照片均为通过高分辨率透射电镜所观察 到的结果。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果 进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体 实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。
权利要求
1、一种制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特征在于，该方法包括在衬底上生长二氧化硅层；将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化硅层上；对样品进行高温热退火。
2、 根据权利要求1所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特 征在于，所述衬底为平整洁净的硅片，或为平整洁净的绝缘体上硅SOI， 或为玻璃。
3、 根据权利要求2所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特 征在于，所述硅片为p型、(100)晶向的2寸硅片，厚度为525pm， 电阻率为2至3Qcm。
4、 根据权利要求1所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特 征在于，所述在衬底上生长二氧化硅层采用热氧化方法进行。
5、 根据权利要求4所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特 征在于，所述采用热氧化方法生长二氧化硅层，是在90(TC的快速热氧 化炉中氧化10分钟，生长致密的二氧化硅层。
6、 根据权利要求1所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特 征在于，所述将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化 硅层上采用电子束蒸发的方式进行。
7、 根据权利要求1或6所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法， 其特征在于，所述金属氧化物颗粒为二氧化铪颗粒。
8、 根据权利要求7所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特 征在于，所述硅颗粒与二氧化铪颗粒的混合物由3.5克的硅颗粒和2 .5 克的二氧化铪颗粒组成。
9、 根据权利要求l所述的制备硅纳米晶超晶格结构的方法，其特 征在于，所述对样品进行高温热退火，是在105(TC下退火45分钟。
全文摘要
本发明公开了一种制备硅纳米晶超晶格结构的方法，该方法包括在衬底上生长二氧化硅层；将硅颗粒与金属氧化物颗粒的混合物蒸发至所述二氧化硅层上；对样品进行高温热退火。采用本发明方法制备的量子点颗粒的大小约为3至6nm，可用于单电子器件或单电子存储器的制作，特别是用于太阳能电池的制作等。这种方法具有工艺步骤少、简单、稳定可靠、易于大规模制造、能与传统的微电子工艺兼容的优点。
文档编号H01L21/20GK101546703SQ20081010279
公开日2009年9月30日 申请日期2008年3月26日 优先权日2008年3月26日
发明者明 刘, 李维龙, 谢长青, 锐 贾, 晨 陈, 陈宝钦 申请人:中国科学院微电子研究所