一种用于生产黑硅的装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于生产黑硅的装置，包括制备单元，所述制备单元包括喷雾室和喷雾发生装置，所述喷雾室与所述喷雾发生装置相连，所述喷雾室包括反应室、吸片板和步进电机，所述吸片板分别与所述反应室和步进电机相连；所述喷雾发生装置包括超声发生装置和第一盛液槽，所述超声发生装置与所述盛液槽相连，本发明提供的设备可实现精确的自动化控制，通过调节工艺参数可以得到反射率极低的黑硅，由于腐蚀反应全程使用雾气并且可以回收利用雾气，可以大幅度降低制备黑硅的成本。本发明提供的设备制造简单，使用本发明可以提高自动化水平，极大减少药液量消耗，制备出的黑硅效果好。
【专利说明】
一种用于生产黑硅的装置
技术领域
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种用于生产黑硅的装置。
【背景技术】
[0002]黑硅是一种具备纳米陷光结构的新型半导体光电材料，由于其在可见一一红外波段反射率极低，能够有效的提高电池片的转化效率，因而可以用于太阳能电池制造，制备黑娃太阳能电池。制备黑娃太阳能电池的技术很多，1998年，美国哈佛大学Eric Mazur教授的飞秒激光法实验中，通过用超强和超短时间激光束(飞秒激光器)对硅片进行扫描，使硅片表面形成了一种森林状的纳米尺度的锥状表面，但是这种激光器制备黑硅绒面的方法成本高，难以满足大规模生产太阳能电池的需要。除此以外其他黑硅制备工艺主要包括光刻胶微掩膜法、纳米球光刻法、电子束光刻法(EBL)、聚焦离子束法(FIB)和激光刻蚀法等。前两种工艺需要刻蚀掩膜，增加了工艺成本和复杂性，且在微米尺度结构表面制作掩膜依然是一大技术难题，更为重要的是利用它们在微米尺度结构上制作纳米尺度黑硅结构时，会刻蚀去除大量微米尺度结构，从而导致微米尺度结构失效，甚至消失。而后三种工艺虽然可以在微米尺度结构上刻蚀形成纳米尺度黑硅结构，但单次工艺作用范围小，只适用于小尺寸加工，并不能满足大尺寸如晶片级加工，而太阳能电池单元尺寸通常大于1cmX 10cm，且更为重要的是利用它们在微米尺度结构上制作纳米尺度黑硅结构时，由于微米尺度结构表面的不平整和非均一性，很难在整个表面同时制备高深宽比高密度纳米尺度黑硅结构。
[0003]金属辅助化学刻蚀法由于所需设备简单、成本低、易于整合到目前太阳能电池生产工序中而备受人们青睐。目前主流的金属辅助催化刻蚀技术分为全液相一步法和两步法。全液相一步法制黑硅简化了步骤和设备，但是反应过程会消耗大量的重金属Ag，残留过多的金属粒子会增加后续清洗工作的负担，且清洗不干净将会导致表面成为载流子复合中心，电池片效率下降。两步法刻蚀制黑硅(TSM)是指将清洗完硅片先放到硝酸银(催化剂)溶液中反应一定时间，再放入适当体积比的氢氟酸(刻蚀剂)和过氧化氢(氧化剂)混合溶液中反应一段时间，制备出具有纳米陷光的绒面结构，即黑硅结构。后者虽然一定程度上解决了Ag带来的成本问题，也更适用于工业化生产，但这种用两步法刻蚀制备黑硅绒面的设备都采用传统的全液相腐蚀，对硝酸银，氢氟酸，过氧化氢需求量仍然很大，用喷雾腐蚀代替全液相腐蚀可以做到大幅降低成本。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在上述的不足，本发明提供了一种用于生产黑硅的装置，提供的设备可实现精确的自动化控制，通过调节工艺参数可以得到反射率极低的黑硅，由于腐蚀反应过程都用的是雾气且可以回收利用多余雾气所以可以大幅度降低制备黑硅的成本。
[0005]本发明的技术方案为，一种用于生产黑硅的装置，包括制备单元，所述制备单元包括喷雾室和喷雾发生装置，所述喷雾室与所述喷雾发生装置相连，所述喷雾室包括反应室、吸片板和步进电机，所述吸片板分别与所述反应室和步进电机相连;所述喷雾发生装置包括超声发生装置和第一盛液槽，所述超声发生装置与所述第一盛液槽相连。
[0006]上述的用于生产黑硅的装置，其中，所述制备单元包括尾气回收装置，所述尾气回收装置与所述喷雾室相连，所述尾气回收装置设有机械栗和第二盛液槽，所述机械栗与所述第二盛液槽相连。
[0007]上述的用于生产黑硅的装置，其中，还包括传送与控制装置，所述制备单元位于所述传送与控制装置上方，所述传送与控制装置设有可调速电机，速度控制器，传送带和滚轴，所述可调速电机分别与所述速度控制器，传送带和滚轴相连。
[0008]上述的用于生产黑硅的装置，其中，所述喷雾室设有光电开关，用于探测硅片是否完全进入嗔雾室。
[0009]上述的用于生产黑硅的装置，其中，所述制备单元具有多组，所述多组制备单元间隔固定在所述传送与控制装置上方。
[0010]上述的用于生产黑硅的装置，其中，还包括自动控制单元、可触摸显示器、信号处理模块、电路控制模块和空气压缩设备，所述自动控制单元、可触摸显示器、信号处理模块、电路控制模块和空气压缩设备分别与所述制备单元相连。
[0011]上述的用于生产黑硅的装置，其中，所述制备单元具有2组，所述2组制备单元间隔固定在所述传送与控制装置上方。
[0012]本发明提供的一种用于生产黑硅的装置，具有以下优点:1、可在晶片范围内均匀地制备高密度、高深宽比的黑硅，且制备效率高、成本低，过程控制自动化、简单方便，便于与其他微加工工艺集成;2、可实现精确的自动化控制，通过调节工艺参数可以得到反射率极低的黑硅，由于腐蚀反应过程均使用雾气且可以回收利用多余雾气，所以可以大幅度降低制备黑硅的成本。
[0013]
【附图说明】
[0014]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、夕卜形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0015]图1为本发明提供的一种用于生产黑硅的装置的示意图。
[0016]图2为本发明制备的单晶黑硅绒面的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0017]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0018]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0019]参照图1-图2所示，本发明提供了一种用于生产黑硅的装置，包括制备单元，制备单元包括喷雾室I和喷雾发生装置2，喷雾室I与喷雾发生装置2相连，喷雾室I包括反应室3、吸片板4和步进电机5，吸片板4分别与反应室3和步进电机5相连;喷雾发生装置2包括超声发生装置6和第一盛液槽7，超声发生装置6与第一盛液槽7相连，本发明将硅片放置在喷雾室I中，喷雾室I正上方有雾气进气口，通过管道与喷雾发生器装置2连接，再通过喷雾发生装置2进行喷雾，腐蚀反应过程都用的是雾气，可以大幅度降低制备黑硅的成本。
[0020]在本发明一优选但非限制的实施例中，制备单元包括尾气回收装置8，尾气回收装置8与喷雾室I相连，尾气回收装置8设有机械栗和第二盛液槽，机械栗与所述第二盛液槽相连，其中喷雾室I右侧有雾气出气口通过管道与尾气回收装置8连接，可以回收利用多余雾气，可以进一步实现大幅度降低制备黑硅的成本。
[0021]在本发明一优选但非限制的实施例中，还包括传送与控制装置9，制备单元位于传送与控制装置9上方，传送与控制装置9设有可调速电机，速度控制器，传送带和滚轴，可调速电机分别与速度控制器，传送带和滚轴相连，进一步，喷雾室I设有光电开关10，用于探测硅片是否完全进入喷雾室I，具体过程如下:利用反射信号光强判断硅片进入喷雾室与否，完全进入则启动吸片板4吸起传送带上硅片，其将携带硅片垂直向上运动到合适位置进行180°翻转(吸片板4边缘为橡胶材质可保证反应室，密封性良好)，翻转完成后喷雾发生装置启动开始造雾(硝酸银雾气，0.0lmol/L硝酸银溶液)所用超声发生装置频率为17MHZ，反应时间为30s，反应完成所述尾气回收装置电机启动开始抽气，功率为80W，时间30s，抽气完成，所述吸片板开始翻转180°并垂直向下运动到合适位置松开硅片，硅片随传送带进入喷雾室，喷雾室中除所用雾气为5mol/L的氢氟酸和0.5mol/L的双氧水混合溶液产生，超声发生装置频率为17MHZ，反应时间为120s，其余过程与前一喷雾室过程一样，反应完成硅片随传送带转移到下一道工序完成太阳能电池制备。
[0022]在本发明一优选但非限制的实施例中，还包括自动控制单元、可触摸显示器、信号处理模块、电路控制模块和空气压缩设备，所述自动控制单元、可触摸显示器、信号处理模块、电路控制模块和空气压缩设备分别与所述制备单元相连，可以实现自动化控制。
[0023]在本发明一优选但非限制的实施例中，如图1所示，制备单元具有2组，2组制备单元间隔固定在传送与控制装置9上方，具体流程如下:在传送带左端放上清洗完硅片，硅片完全进入喷雾室时，吸片板开始吸片，然后垂直向上运动到一定限位开始翻转180°，翻转完成时喷雾发生器启动，一定浓度的硝酸银雾气充满吸片板以上腔室，经过一定时间的硝酸银雾气吸附，尾气吸收装置启动吸走腔体内雾气，吸片板开始翻转垂直向下移动放开硅片随传送带进入下一喷雾室，喷雾室中运转情况跟前面一样，雾气为氢氟酸与过氧化氢的混合液，经过两个喷雾室后的硅片在经过清洗就是完成了两步法腐蚀的黑硅，尾气吸收装置中的溶液可回收继续使用。
[0024]在本发明中，传送与控制装置9中的传送带的传送速度可调范围为10?100cm/min，喷雾发生装置超声频率为1.7MHZ± 10%，其中传送与控制装置9中，其步进电机及调速系统可以精确控制传送带移动速度，且保证传送带为黑色材质，所用材料耐氢氟酸及氧化剂腐蚀。
[0025]综上所述，本发明提供的一种用于生产黑硅的装置，包括制备单元，所述制备单元包括喷雾室和喷雾发生装置，所述喷雾室与所述喷雾发生装置相连，所述喷雾室包括反应室、吸片板和步进电机，所述吸片板分别与所述反应室和步进电机相连;所述喷雾发生装置包括超声发生装置和第一盛液槽，所述超声发生装置与所述盛液槽相连，本发明提供的设备可实现精确的自动化控制，通过调节工艺参数可以得到反射率极低的黑硅，由于腐蚀反应过程均使用雾气且可以回收利用多余雾气所以可以大幅度降低制备黑硅的成本，本发明提供的设备制造简单，且很容易与现有工业设备兼容工业化推广的意义巨大。
[0026]以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施;任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种用于生产黑硅的装置，其特征在于，包括制备单元，所述制备单元包括喷雾室和喷雾发生装置，所述喷雾室与所述喷雾发生装置相连，所述喷雾室包括反应室、吸片板和步进电机，所述吸片板分别与所述反应室和步进电机相连;所述喷雾发生装置包括超声发生装置和第一盛液槽，所述超声发生装置与所述第一盛液槽相连。2.如权利要求1所述的一种用于生产黑硅的装置，其特征在于，所述制备单元包括尾气回收装置，所述尾气回收装置与所述喷雾室相连，所述尾气回收装置设有机械栗和第二盛液槽，所述机械栗与所述第二盛液槽相连。3.如权利要求1-2任一所述的一种用于生产黑硅的装置，其特征在于，还包括传送与控制装置，所述制备单元位于所述传送与控制装置上方，所述传送与控制装置设有可调速电机，速度控制器，传送带和滚轴，所述可调速电机分别与所述速度控制器，传送带和滚轴相连。4.如权利要求3所述的一种用于生产黑硅的装置，其特征在于，所述喷雾室设有光电开关，用于探测硅片是否完全进入喷雾室。5.如权利要求3所述的一种用于生产黑硅的装置，其特征在于，所述制备单元具有多组，所述多组制备单元间隔固定在所述传送与控制装置上方。6.如权利要求3所述的一种用于生产黑硅的装置，其特征在于，还包括自动控制单元、可触摸显示器、信号处理模块、电路控制模块和空气压缩设备，所述自动控制单元、可触摸显示器、信号处理模块、电路控制模块和空气压缩设备分别与所述制备单元相连。7.如权利要求3所述的一种用于生产黑硅的装置，其特征在于，所述制备单元具有2组，所述2组制备单元间隔固定在所述传送与控制装置上方。
【文档编号】H01L21/67GK105914170SQ201610310038
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】王新, 陈振, 黄兰艳, 黎明, 周国富
【申请人】华南师范大学