Способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя

Способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя включает напыление на гетероструктуру A3B5 основы фронтального омического контакта через первую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта и основы тыльного омического контакта, термообработку полученной структуры, формирование фронтального омического контакта через вторую фоторезистивную маску и тыльного омического контакта путем электрохимического осаждения золота в импульсном режиме при частоте импульсного сигнала 30-200 Гц, коэффициенте заполнения 0,2-0,5 сначала при плотности тока 0,002-0,005 мА/мм2 1-2 минуты, а затем при плотности тока 0,02-0,05 мА/мм2 до заданной толщины. Фронтальный омический контакт формируют через вторую фоторезистивную маску с суженным на 0,5-1 мкм рисунком фронтального омического контакта. Изобретение позволяет улучшить фотоэлектрические параметры фотоэлектрического преобразователя за счет уменьшения омических потерь. 4 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к способу изготовления фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую энергию.

При изготовлении омических контактов фотоэлектрического преобразователя важным фактором является минимизация омических потерь. Изготовление фотоэлементов малого размера, площадью 2-3 мм2, приводит к существенному усложнению технологии постростовой обработки гетероструктур при создании омических контактов шириной 3-5 мкм, обладающими хорошей адгезией, низким омическим сопротивлением и высокой электрической проводимостью.

Известен способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя (см. патент RU 2458430, МПК H01L 21/28, МПК В82В 3/00, опубликован 10.08.2012), включающий формирование маски фоторезиста, химическую очистку поверхности гетероструктуры, осаждение слоев Ge и Cu общей толщиной 100-500 нм, первую термообработку гетероструктуры, удаление маски фоторезиста и вторую термообработку.

Недостатком известного способа изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя является его малая толщина, что приводит к снижению электрической проводимости омического контакта, и, как следствие, к снижению КПД и мощности фотоэлектрического преобразователя.

Известен способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя (см. патент US 9269784, МПК H01L 29/7786, опубликован 23.02.2016), включающий формирование на подложке из GaAs первого полупроводникового слоя, второго полупроводникового слоя, контактного слоя и проводящего слоя омического контакта. Создание омического контакта проводят осаждением слоев металлов из следующей группы: Ti, Al, Ni, W, Ge, Pt, Pd, Cu или их комбинации, или их сплавов.

Недостатком известного способа изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя является малая толщина омического контакта, недостаточная адгезия осаждаемых слоев, что ведет к увеличению омических потерь.

Известен способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя (см. патент CN 104733556, МПК H01L 31/0216, H01L 31/18, опубликован 01.02.2017), включающий создание на полупроводниковой гетероструктуре антиотражающего покрытия, фронтального омического контакта путем осаждения слоев Au, AuGeNi, Au, Ag, Au, общей толщиной порядка 5 мкм, тыльного омического контакта путем осаждения слоев Ti, Pd, Ag, общей толщиной порядка 3 мкм.

Недостатком известного способа изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя является низкая адгезия и плотность осажденных слоев омических контактов, что приводит к снижению их электрической проводимости и увеличению омических потерь.

Известен способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя (см. патент RU 2515420, МПК H01L 31/18, опубликован 10.05.2014), заключающийся в том, что на полупроводниковой гетероструктуре A3B5 формируют фоторезистивную маску с окнами под лицевые контакты, проводят напыление слоев лицевой металлизации, удаляют фоторезист, напыляют слои тыльного контакта, отжигают контакты и формируют просветляющее покрытие. Для напыления слоев лицевой металлизации используют слои хрома толщиной 5÷15 нм, серебра толщиной 5÷15 нм, золото-германия толщиной 50÷80 нм, серебра толщиной 5÷6 мкм, золота толщиной 30÷80 нм.

Недостатком известного способа изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя является низкая химическая стойкость омических контактов, выполненных на основе серебра, что ведет к снижению срока эксплуатации ФЭП.

Известен способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя (см. патент RU 2357326, МПК H01L 31/18, опубликован 27.05.2009), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип включает напыление на гетероструктуру A3B5 основы фронтального омического контакта через первую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта и основы тыльного омического контакта, термообработку полученной структуры, формирование фронтального и тыльного омических контактов путем электрохимического осаждения серебра в импульсном режиме при горизонтальном расположении пластины над поверхностью электролита, причем после осаждения серебра наращивают защитный слой золота. Фронтальный омический контакт формируют через вторую фоторезистивную маску с расширенным на 1-2 мкм рисунком фронтального контакта.

Недостатками известного способа-прототипа являются большие омические потери изготовленного фотоэлектрического преобразователя. Наращивание контактов осуществляется с использованием серебра при постоянной плотности тока, что ведет к снижению адгезии, химической стойкости и плотности омических контактов, что в свою очередь приводит к снижению их электрической проводимости. При использовании расширенной на 1-2 мкм маски фоторезиста для проведения электрохимического утолщения фронтального омического контакта происходит снижение точности задания топологии прибора за счет разрастание контакта на фоточувствительную область. При создании фронтального омического контакта заданной конфигурации происходит увеличение омических потерь, вызванное перегревом фотоэлектрического преобразователя из-за несоответствия топологии омического контакта расчетным параметрам и нарушение баланса фоточувствительной области и области омического контакта.

Задачей настоящего технического решения является улучшение фотоэлектрических параметров ФЭП за счет уменьшения омических потерь.

Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя включает напыление на гетероструктуру A3B5 основы фронтального омического контакта через первую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта и основы тыльного омического контакта, термообработку полученной структуры, формирование фронтального омического контакта через вторую фоторезистивную маску и тыльного омического контакта путем электрохимического осаждения золота в импульсном режиме при частоте импульсного сигнала 30-200 Гц, коэффициенте заполнения 0,2-0,5 сначала при плотности тока 0,002-0,005 мА/мм2 1-2 минуты, а затем при плотности тока 0,02-0,05 мА/мм2 до заданной толщины. Фронтальный омический контакт формируют через вторую фоторезистивную маску с суженным на 0,5-1 мкм рисунком фронтального омического контакта.

Электрохимическое осаждение золота выполняют для увеличения электрической проводимости омических контактов. Проведение электрохимического осаждения золота в импульсном режиме при частоте импульсного сигнала 30-200 Гц, коэффициенте заполнения 0,2-0,5 и использование двух режимов электрохимического осаждения золота сначала при плотности тока 0,002-0,005 мА/мм2, а затем при плотности тока 0,02-0,05 мА/мм2 обеспечивает снижению пористости и увеличение плотности омического контакта, что ведет к увеличению его адгезии и электрической проводимости, и, как следствие, к уменьшению омических потерь, к увеличению КПД и мощности ФЭП. При частоте импульсного сигнала менее 30 Гц или более 200 Гц и коэффициенте заполнения менее 0,2 или более 0,5 осаждение слоев золота происходит с образование пор, что свидетельствует о снижении плотности и адгезии омического контакта. Плотность тока на первом этапе электрохимического осаждения 0,002-0,005 мА/мм2 используют для снижения скорости роста золота на стадии зародышеобразования, что обеспечивает увеличение плотности омического контакта. Осаждение на первом этапе проводят в течение 1-2 минут, что обеспечивает образование тонкого слоя золота повышенной плотности на всей области основы омического контакта. При проведении осаждения менее 1 минуты не достигается создание сплошного слоя золота, осаждение более 2 минут является технологически не целесообразным из-за низкой скорости роста золота. Плотность тока 0,02-0,05 мА/мм2 обеспечивает формирование слоя золота заданной толщины при скорости роста 0,05-0,1 мкм/мин. При плотности тока менее 0,02 мА/мм2 скорость роста золота снижается, что приводит к существенному увеличению трудозатрат и технологически не целесообразно. При плотности тока более 0,05 мА/мм2 снижается плотность осаждаемого золота, что приводит к уменьшению электрической проводимости омического контакта.

Формирование фронтального омического контакта через фоторезистивную маску с суженным на 0,5-1 мкм рисунком фронтального омического контакта выполняют для увеличения точности топологии контакта. Золото обладает высокими параметрами твердости, что ведет к деградации фоторезистивной маски при его электрохимическом осаждении и, соответственно, к увеличению степени затенения фоточувствительной области. Создание суженной на 0,5-1 мкм фоторезистивной маски нивелирует процесс разрушения маски, так как при электрохимическом осаждении золота происходит разрастание омического контакта на 0,5-1 мкм на область, закрытую маской. Увеличение точности топологии фронтального омического контакта приводит к снижению омических и оптических потерь, так как задание топологии прибора выполняется в точном соответствии с расчетными параметрами фоточувствительной области и области омического контакта.

Настоящее техническое решение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показан этап напыления основы тыльного омического контакта и формирования первой фоторезистивной маски;

на фиг. 2 показан этап напыления основы фронтального омического контакта;

на фиг. 3 приведен этап создания второй фоторезистивной маски;

на фиг. 4 приведен этап электрохимического осаждения золота на основы фронтального и тыльного омических контактов.

Настоящий способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя осуществляют следующим образом. На фоточувствительную полупроводниковую гетероструктуру 1 A3B5 (см. фиг. 1) напыляют основу 2 тыльного омического контакта. Далее создают первую фоторезистивную маску 3 с рисунком основы фронтального омического контакта. Напыляют основу 4 фронтального омического контакта, удаляют первую фоторезистивную маску 3 вместе с напылеными на нее слоями основы 4 фронтального омического контакта (см. фиг. 2). Проводят термообработку полученной структуры при температуре 360-370°С в течение 30-60 сек. Затем создают вторую фоторезистивную маску 5 с суженным на 0,5-1 мкм рисунком фронтального омического контакта (см. фиг. 3). Проводят формирование фронтального и тыльного омических контактов путем электрохимического осаждения золота 6 в импульсном режиме при частоте импульсного сигнала 30-200 Гц, коэффициенте заполнения 0,2-0,5 сначала при плотности тока 0,002-0,005 мА/мм2 в течение 1-2 минут, а затем при плотности тока 0,02-0,05 мА/мм2 до заданной толщины. Удаляют маску 5. (см. фиг. 4).

Пример 1. Были изготовлены омические контакты фотоэлектрического преобразователя настоящим способом. На фоточувствительную полупроводниковую гетероструктуру GaInP/GaAs/Ge, выращенную на подложке германия n-типа проводимости, напылили основу тыльного омического контакта Au(Ge)/Ni/Au. Сформировали первую фоторезистивную маску с рисунком основы фронтального омического контакта и напылили основу фронтального омического контакта Ag(Mn)/Ni/Au. Удалили первую фоторезистивную маску вместе с напыленной на нее основой фронтального омического контакта. Провели термообработку полученной структуры при температуре 360°С в течение 30 сек. Затем сформировали вторую фоторезистивную маску с суженным на 0,5 мкм рисунком фронтального омического контакта. Провели формирование фронтального омического контакта через вторую фоторезистивную маску и тыльного омического контакта путем электрохимического осаждения золота из цианистого электролита золочения в импульсном режиме при частоте импульсного сигнала 30 Гц, коэффициенте заполнения 0,2 в два этапа. На первом этапе при пониженной плотности тока j=0,002 мА/мм2 в течение 1 минуты, и на втором этапе при плотности тока j=0,02 мА/мм2 до толщины 5 мкм.

Пример 2. Были изготовлены омические контакты фотоэлектрического преобразователя способом, описанном в примере 1, со следующими отличиями. Фоточувствительную полупроводниковую гетероструктуру AlGaAs/GaAs, вырастили на подложке арсенида галлия р-типа проводимости, напылили основу тыльного омического контакта Ag(Mn)/Ni/Au, напылили основу фронтального омического контакта Au(Ge)/Ni/Au. Проводили термообработку полученной структуры при температуре 370°С в течение 60 сек. Формировали вторую фоторезистивную маску с суженным на 1 мкм рисунком фронтального омического контакта. Формировали фронтальный и тыльный омические контакты электрохимическим осаждением золота общей толщиной 2 мкм из цианистого электролита золочения в импульсном режиме при частоте импульсного сигнала 200 Гц, коэффициенте заполнения 0,5 вначале при плотности тока j=0,003 мА/мм2 в течение 2 минут, а затем при плотности тока j=0,03 мА/мм2.

Пример 3. Были изготовлены омические контакты фотоэлектрического преобразователя способом, описанном в примере 1, со следующими отличиями. Фоточувствительную полупроводниковую гетероструктуру AlGaAs/GaAs, вырастили на подложке арсенида галлия n-типа проводимости. Проводили термообработку полученной структуры при температуре 360°С в течение 60 сек. Формировали вторую фоторезистивную маску с суженным на 0,7 мкм рисунком фронтального омического контакта. Формировали фронтальный и тыльный омические контакты электрохимическим осаждением слоев золота общей толщиной 3 мкм из цианистого электролита золочения в импульсном режиме при частоте импульсного сигнала 60 Гц, коэффициенте заполнения 0,4 вначале при плотности тока j=0,005 мА/мм2 в течение 1 минуты, а затем при плотности тока j=0,05 мА/мм2.

Результатом процесса изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя стало увеличение плотности и адгезии фронтального и тыльного омических контактов, и увеличение их электрической электропроводности. Достигнуто также увеличение точности задания топологии фронтального омического контакта. Полученные результаты позволили снизить омические потери, увеличить КПД и мощность фотоэлектрического преобразователя.

Способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя, включающий напыление на гетероструктуру А3В5 основы фронтального омического контакта через первую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта и основы тыльного омического контакта, термообработку полученной структуры, формирование фронтального омического контакта через вторую фоторезистивную маску и тыльного омического контакта путем электрохимического осаждения золота в импульсном режиме при частоте импульсного сигнала 30-200 Гц, коэффициенте заполнения 0,2-0,5 сначала при плотности тока 0,002-0,005 мА/мм2 1-2 минуты, а затем при плотности тока 0,02-0,05 мА/мм2 до заданной толщины, при этом фронтальный омический контакт формируют через вторую фоторезистивную маску с суженным на 0,5-1 мкм рисунком фронтального омического контакта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к солнечной энергетике. Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя включает последовательное формирование фоточувствительной полупроводниковой гетероструктуры А3В5 с пассивирующим слоем и контактным слоем GaAs, удаление контактного слоя над фотоприемными участками полупроводниковой гетероструктуры химическим травлением через первую фоторезистивную маску, обработку открытых поверхностей пассивирующего слоя ионно-лучевым травлением, осаждение антиотражающего покрытия, удаление первой фоторезистивной маски и лежащих на ней участков диэлектрического антиотражающего покрытия, формирование тыльного омического контакта и формирование фронтального омического контакта по меньшей мере через одну вторую фоторезистивную маску, содержащую подслой из антиотражающего покрытия.

Группа изобретений относится к технологии устройств твердотельной электроники и может быть использована при разработке фотоприемников видимого и ближнего ИК-диапазона.

Группа изобретений относится к технологии устройств твердотельной электроники и может быть использована при разработке фотоприемников видимого и ближнего ИК-диапазона.

Изобретение может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую. Способ изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом на утоняемой подложке включает создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя со встроенным диодом, вытравливание диодной площадки, напыление слоев металлизации на основе серебра, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и встроенного диода, вытравливание мезы с одновременным удалением эпитаксиальных наростов на тыльной стороне германиевой подложки, удаление фоторезиста, напыление слоев тыльной металлизации на основе серебра, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, напыление просветляющего покрытия, дисковую резку эпитаксиальной структуры, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом посредством охлаждения в парах азота, после напыления слоев лицевой металлизации и удаления фоторезиста создают фоторезистивную маску под меза-изоляцию с дополнительным рисунком в виде островков, расположенных напротив контактных площадок фотопреобразователя со встроенным диодом, кроме того, при вытравливании мезы удаляют слой германиевой подложки в растворе гидроокиси тетраметиламмония, перекиси водорода и воды, далее, после отжига контактов, выпрямляют посредством охлаждения в парах азота металлизированную подложку, после этого выполняют дисковую резку эпитаксиальной структуры, затем, после вскрытия оптического окна, напыляют просветляющее покрытие, а после выпрямления фотопреобразователя со встроенным диодом выполняют химико-динамическое травление в растворе гидроокиси тетраметиламмония, перекиси водорода и воды при количественном соотношении компонентов 1÷1,5 масс.
Изобретение относится к области полупроводникового материаловедения и может быть использовано в изделиях оптоэлектроники, работающих в инфракрасной области спектра, лазерной и сенсорной технике.
Изобретение относится к области полупроводникового материаловедения и может быть использовано в изделиях оптоэлектроники, работающих в инфракрасной области спектра, лазерной и сенсорной технике.

Способ изготовления светопроницаемого тонкопленочного солнечного модуля на основе халькопирита включает нанесение слоя металлических электродов на прозрачную предварительно очищенную подложку, формирование на ней слоя металлических электродов в виде массива поочередно расположенных отдельных металлических электродов, очистку прозрачной подложки со слоем металлических электродов от отходов процесса формирования массива металлических электродов, формирование фотоактивного слоя халькопирита CIGS, нанесение буферного слоя, удаление части буферного слоя и нижележащей части фотоактивного слоя над каждым металлическим электродом для обеспечения доступа к слою металлического электрода, нанесение слоя прозрачного электрода, удаление части прозрачного электродного слоя, нижележащей части буферного слоя и нижележащей части фотоактивного слоя над каждым металлическим электродом для обеспечения доступа к слою металлического электрода, образуя последовательное соединение элементов солнечного модуля, при этом формирование фотоактивного слоя осуществляют способом электрохимического осаждения или способом печати прекурсоров фотоактивного слоя халькопирита CIGS с последующей термической обработкой, при этом нанесение прекурсоров осуществляют непосредственно на поверхность каждого металлического электрода, исключая другие участки.

Изобретение относится к солнечной энергетитке, в частности к способам изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенных на германиевой подложке.

Изобретение относится к солнечной энергетитке, в частности к способам изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенных на германиевой подложке.

Изобретение может быть использовано для создания СВЧ-фотодетекторов на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм. Способ заключается в создании фоточувствительной области и контактной площадки для бондинга вне фоточувствительной области на полупроводниковой подложке, формировании на фоточувствительной области антиотражающего покрытия и шин фронтального омического контакта шириной 4-10 мкм.

Способ изготовления омических контактов фотоэлектрического преобразователя включает напыление на гетероструктуру A3B5 основы фронтального омического контакта через первую фоторезистивную маску с рисунком фронтального омического контакта и основы тыльного омического контакта, термообработку полученной структуры, формирование фронтального омического контакта через вторую фоторезистивную маску и тыльного омического контакта путем электрохимического осаждения золота в импульсном режиме при частоте импульсного сигнала 30-200 Гц, коэффициенте заполнения 0,2-0,5 сначала при плотности тока 0,002-0,005 мАмм2 1-2 минуты, а затем при плотности тока 0,02-0,05 мАмм2 до заданной толщины. Фронтальный омический контакт формируют через вторую фоторезистивную маску с суженным на 0,5-1 мкм рисунком фронтального омического контакта. Изобретение позволяет улучшить фотоэлектрические параметры фотоэлектрического преобразователя за счет уменьшения омических потерь. 4 ил., 3 пр.

Наверх