一種用于生產黑硅的裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于生產黑硅的裝置，包括制備單元，所述制備單元包括噴霧室和噴霧發生裝置，所述噴霧室與所述噴霧發生裝置相連，所述噴霧室包括反應室、吸片板和步進電機，所述吸片板分別與所述反應室和步進電機相連；所述噴霧發生裝置包括超聲發生裝置和第一盛液槽，所述超聲發生裝置與所述盛液槽相連，本發明提供的設備可實現精確的自動化控制，通過調節工藝參數可以得到反射率極低的黑硅，由于腐蝕反應全程使用霧氣并且可以回收利用霧氣，可以大幅度降低制備黑硅的成本。本發明提供的設備制造簡單，使用本發明可以提高自動化水平，極大減少藥液量消耗，制備出的黑硅效果好。
【專利說明】
一種用于生產黑硅的裝置
技術領域
[0001]本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種用于生產黑硅的裝置。
【背景技術】
[0002]黑硅是一種具備納米陷光結構的新型半導體光電材料，由于其在可見一一紅外波段反射率極低，能夠有效的提高電池片的轉化效率，因而可以用于太陽能電池制造，制備黑娃太陽能電池。制備黑娃太陽能電池的技術很多，1998年，美國哈佛大學Eric Mazur教授的飛秒激光法實驗中，通過用超強和超短時間激光束(飛秒激光器)對硅片進行掃描，使硅片表面形成了一種森林狀的納米尺度的錐狀表面，但是這種激光器制備黑硅絨面的方法成本高，難以滿足大規模生產太陽能電池的需要。除此以外其他黑硅制備工藝主要包括光刻膠微掩膜法、納米球光刻法、電子束光刻法(EBL)、聚焦離子束法(FIB)和激光刻蝕法等。前兩種工藝需要刻蝕掩膜，增加了工藝成本和復雜性，且在微米尺度結構表面制作掩膜依然是一大技術難題，更為重要的是利用它們在微米尺度結構上制作納米尺度黑硅結構時，會刻蝕去除大量微米尺度結構，從而導致微米尺度結構失效，甚至消失。而后三種工藝雖然可以在微米尺度結構上刻蝕形成納米尺度黑硅結構，但單次工藝作用范圍小，只適用于小尺寸加工，并不能滿足大尺寸如晶片級加工，而太陽能電池單元尺寸通常大于1cmX 10cm，且更為重要的是利用它們在微米尺度結構上制作納米尺度黑硅結構時，由于微米尺度結構表面的不平整和非均一性，很難在整個表面同時制備高深寬比高密度納米尺度黑硅結構。
[0003]金屬輔助化學刻蝕法由于所需設備簡單、成本低、易于整合到目前太陽能電池生產工序中而備受人們青睞。目前主流的金屬輔助催化刻蝕技術分為全液相一步法和兩步法。全液相一步法制黑硅簡化了步驟和設備，但是反應過程會消耗大量的重金屬Ag，殘留過多的金屬粒子會增加后續清洗工作的負擔，且清洗不干凈將會導致表面成為載流子復合中心，電池片效率下降。兩步法刻蝕制黑硅(TSM)是指將清洗完硅片先放到硝酸銀(催化劑)溶液中反應一定時間，再放入適當體積比的氫氟酸(刻蝕劑)和過氧化氫(氧化劑)混合溶液中反應一段時間，制備出具有納米陷光的絨面結構，即黑硅結構。后者雖然一定程度上解決了Ag帶來的成本問題，也更適用于工業化生產，但這種用兩步法刻蝕制備黑硅絨面的設備都采用傳統的全液相腐蝕，對硝酸銀，氫氟酸，過氧化氫需求量仍然很大，用噴霧腐蝕代替全液相腐蝕可以做到大幅降低成本。
【發明內容】
[0004]針對現有技術存在上述的不足，本發明提供了一種用于生產黑硅的裝置，提供的設備可實現精確的自動化控制，通過調節工藝參數可以得到反射率極低的黑硅，由于腐蝕反應過程都用的是霧氣且可以回收利用多余霧氣所以可以大幅度降低制備黑硅的成本。
[0005]本發明的技術方案為，一種用于生產黑硅的裝置，包括制備單元，所述制備單元包括噴霧室和噴霧發生裝置，所述噴霧室與所述噴霧發生裝置相連，所述噴霧室包括反應室、吸片板和步進電機，所述吸片板分別與所述反應室和步進電機相連;所述噴霧發生裝置包括超聲發生裝置和第一盛液槽，所述超聲發生裝置與所述第一盛液槽相連。
[0006]上述的用于生產黑硅的裝置，其中，所述制備單元包括尾氣回收裝置，所述尾氣回收裝置與所述噴霧室相連，所述尾氣回收裝置設有機械栗和第二盛液槽，所述機械栗與所述第二盛液槽相連。
[0007]上述的用于生產黑硅的裝置，其中，還包括傳送與控制裝置，所述制備單元位于所述傳送與控制裝置上方，所述傳送與控制裝置設有可調速電機，速度控制器，傳送帶和滾軸，所述可調速電機分別與所述速度控制器，傳送帶和滾軸相連。
[0008]上述的用于生產黑硅的裝置，其中，所述噴霧室設有光電開關，用于探測硅片是否完全進入嗔霧室。
[0009]上述的用于生產黑硅的裝置，其中，所述制備單元具有多組，所述多組制備單元間隔固定在所述傳送與控制裝置上方。
[0010]上述的用于生產黑硅的裝置，其中，還包括自動控制單元、可觸摸顯示器、信號處理模塊、電路控制模塊和空氣壓縮設備，所述自動控制單元、可觸摸顯示器、信號處理模塊、電路控制模塊和空氣壓縮設備分別與所述制備單元相連。
[0011]上述的用于生產黑硅的裝置，其中，所述制備單元具有2組，所述2組制備單元間隔固定在所述傳送與控制裝置上方。
[0012]本發明提供的一種用于生產黑硅的裝置，具有以下優點:1、可在晶片范圍內均勻地制備高密度、高深寬比的黑硅，且制備效率高、成本低，過程控制自動化、簡單方便，便于與其他微加工工藝集成;2、可實現精確的自動化控制，通過調節工藝參數可以得到反射率極低的黑硅，由于腐蝕反應過程均使用霧氣且可以回收利用多余霧氣，所以可以大幅度降低制備黑硅的成本。
[0013]
【附圖說明】
[0014]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明及其特征、夕卜形和優點將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。
[0015]圖1為本發明提供的一種用于生產黑硅的裝置的示意圖。
[0016]圖2為本發明制備的單晶黑硅絨面的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0017]在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
[0018]為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便闡釋本發明的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
[0019]參照圖1-圖2所示，本發明提供了一種用于生產黑硅的裝置，包括制備單元，制備單元包括噴霧室I和噴霧發生裝置2，噴霧室I與噴霧發生裝置2相連，噴霧室I包括反應室3、吸片板4和步進電機5，吸片板4分別與反應室3和步進電機5相連;噴霧發生裝置2包括超聲發生裝置6和第一盛液槽7，超聲發生裝置6與第一盛液槽7相連，本發明將硅片放置在噴霧室I中，噴霧室I正上方有霧氣進氣口，通過管道與噴霧發生器裝置2連接，再通過噴霧發生裝置2進行噴霧，腐蝕反應過程都用的是霧氣，可以大幅度降低制備黑硅的成本。
[0020]在本發明一優選但非限制的實施例中，制備單元包括尾氣回收裝置8，尾氣回收裝置8與噴霧室I相連，尾氣回收裝置8設有機械栗和第二盛液槽，機械栗與所述第二盛液槽相連，其中噴霧室I右側有霧氣出氣口通過管道與尾氣回收裝置8連接，可以回收利用多余霧氣，可以進一步實現大幅度降低制備黑硅的成本。
[0021]在本發明一優選但非限制的實施例中，還包括傳送與控制裝置9，制備單元位于傳送與控制裝置9上方，傳送與控制裝置9設有可調速電機，速度控制器，傳送帶和滾軸，可調速電機分別與速度控制器，傳送帶和滾軸相連，進一步，噴霧室I設有光電開關10，用于探測硅片是否完全進入噴霧室I，具體過程如下:利用反射信號光強判斷硅片進入噴霧室與否，完全進入則啟動吸片板4吸起傳送帶上硅片，其將攜帶硅片垂直向上運動到合適位置進行180°翻轉(吸片板4邊緣為橡膠材質可保證反應室，密封性良好)，翻轉完成后噴霧發生裝置啟動開始造霧(硝酸銀霧氣，0.0lmol/L硝酸銀溶液)所用超聲發生裝置頻率為17MHZ，反應時間為30s，反應完成所述尾氣回收裝置電機啟動開始抽氣，功率為80W，時間30s，抽氣完成，所述吸片板開始翻轉180°并垂直向下運動到合適位置松開硅片，硅片隨傳送帶進入噴霧室，噴霧室中除所用霧氣為5mol/L的氫氟酸和0.5mol/L的雙氧水混合溶液產生，超聲發生裝置頻率為17MHZ，反應時間為120s，其余過程與前一噴霧室過程一樣，反應完成硅片隨傳送帶轉移到下一道工序完成太陽能電池制備。
[0022]在本發明一優選但非限制的實施例中，還包括自動控制單元、可觸摸顯示器、信號處理模塊、電路控制模塊和空氣壓縮設備，所述自動控制單元、可觸摸顯示器、信號處理模塊、電路控制模塊和空氣壓縮設備分別與所述制備單元相連，可以實現自動化控制。
[0023]在本發明一優選但非限制的實施例中，如圖1所示，制備單元具有2組，2組制備單元間隔固定在傳送與控制裝置9上方，具體流程如下:在傳送帶左端放上清洗完硅片，硅片完全進入噴霧室時，吸片板開始吸片，然后垂直向上運動到一定限位開始翻轉180°，翻轉完成時噴霧發生器啟動，一定濃度的硝酸銀霧氣充滿吸片板以上腔室，經過一定時間的硝酸銀霧氣吸附，尾氣吸收裝置啟動吸走腔體內霧氣，吸片板開始翻轉垂直向下移動放開硅片隨傳送帶進入下一噴霧室，噴霧室中運轉情況跟前面一樣，霧氣為氫氟酸與過氧化氫的混合液，經過兩個噴霧室后的硅片在經過清洗就是完成了兩步法腐蝕的黑硅，尾氣吸收裝置中的溶液可回收繼續使用。
[0024]在本發明中，傳送與控制裝置9中的傳送帶的傳送速度可調范圍為10?100cm/min，噴霧發生裝置超聲頻率為1.7MHZ± 10%，其中傳送與控制裝置9中，其步進電機及調速系統可以精確控制傳送帶移動速度，且保證傳送帶為黑色材質，所用材料耐氫氟酸及氧化劑腐蝕。
[0025]綜上所述，本發明提供的一種用于生產黑硅的裝置，包括制備單元，所述制備單元包括噴霧室和噴霧發生裝置，所述噴霧室與所述噴霧發生裝置相連，所述噴霧室包括反應室、吸片板和步進電機，所述吸片板分別與所述反應室和步進電機相連;所述噴霧發生裝置包括超聲發生裝置和第一盛液槽，所述超聲發生裝置與所述盛液槽相連，本發明提供的設備可實現精確的自動化控制，通過調節工藝參數可以得到反射率極低的黑硅，由于腐蝕反應過程均使用霧氣且可以回收利用多余霧氣所以可以大幅度降低制備黑硅的成本，本發明提供的設備制造簡單，且很容易與現有工業設備兼容工業化推廣的意義巨大。
[0026]以上對本發明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施;任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發明的實質內容。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1.一種用于生產黑硅的裝置，其特征在于，包括制備單元，所述制備單元包括噴霧室和噴霧發生裝置，所述噴霧室與所述噴霧發生裝置相連，所述噴霧室包括反應室、吸片板和步進電機，所述吸片板分別與所述反應室和步進電機相連;所述噴霧發生裝置包括超聲發生裝置和第一盛液槽，所述超聲發生裝置與所述第一盛液槽相連。2.如權利要求1所述的一種用于生產黑硅的裝置，其特征在于，所述制備單元包括尾氣回收裝置，所述尾氣回收裝置與所述噴霧室相連，所述尾氣回收裝置設有機械栗和第二盛液槽，所述機械栗與所述第二盛液槽相連。3.如權利要求1-2任一所述的一種用于生產黑硅的裝置，其特征在于，還包括傳送與控制裝置，所述制備單元位于所述傳送與控制裝置上方，所述傳送與控制裝置設有可調速電機，速度控制器，傳送帶和滾軸，所述可調速電機分別與所述速度控制器，傳送帶和滾軸相連。4.如權利要求3所述的一種用于生產黑硅的裝置，其特征在于，所述噴霧室設有光電開關，用于探測硅片是否完全進入噴霧室。5.如權利要求3所述的一種用于生產黑硅的裝置，其特征在于，所述制備單元具有多組，所述多組制備單元間隔固定在所述傳送與控制裝置上方。6.如權利要求3所述的一種用于生產黑硅的裝置，其特征在于，還包括自動控制單元、可觸摸顯示器、信號處理模塊、電路控制模塊和空氣壓縮設備，所述自動控制單元、可觸摸顯示器、信號處理模塊、電路控制模塊和空氣壓縮設備分別與所述制備單元相連。7.如權利要求3所述的一種用于生產黑硅的裝置，其特征在于，所述制備單元具有2組，所述2組制備單元間隔固定在所述傳送與控制裝置上方。
【文檔編號】H01L21/67GK105914170SQ201610310038
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】王新, 陳振, 黃蘭艷, 黎明, 周國富
【申請人】華南師范大學