EA029937B1 - Single-crystal silicon surface processing method - Google Patents

Single-crystal silicon surface processing method Download PDF

Info

Publication number
EA029937B1
EA029937B1 EA201600106A EA201600106A EA029937B1 EA 029937 B1 EA029937 B1 EA 029937B1 EA 201600106 A EA201600106 A EA 201600106A EA 201600106 A EA201600106 A EA 201600106A EA 029937 B1 EA029937 B1 EA 029937B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
silicon
plasma flow
temperature
emf
magnetic field
Prior art date
Application number
EA201600106A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201600106A1 (en
Inventor
Виктор Михайлович Анищик
Владимир Васильевич Углов
Николай Трофимович Квасов
Валентин Миронович Асташинский
Григорий Захарович Подсобей
Роман Сергеевич Кудактин
Original Assignee
Белорусский Государственный Университет (Бгу)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Белорусский Государственный Университет (Бгу) filed Critical Белорусский Государственный Университет (Бгу)
Priority to EA201600106A priority Critical patent/EA029937B1/en
Publication of EA201600106A1 publication Critical patent/EA201600106A1/en
Publication of EA029937B1 publication Critical patent/EA029937B1/en

Links

Abstract

The invention is related to the field of optoelectronoics and photovoltaics and can be used in structuring of surfaces and manufacture of photovoltaic structures based on hole-conduction silicon of various crystallographic orientations. The objective of the invention is provision of radiation-resistant and heat-resistant photovoltaic structures having a developed surface due to formation of a potential barrier caused by generation of dislocations in the modified layer. The objective is attained by provision of a method of single-crystal silicon surface processing method comprising treatment with compression plasma flow in a working gas environment in a constant magnetic field, wherein silicon is first cleaned in alcohol-containing ultrasonic bath, heated to a temperature of 200-400°C, exposed simultaneously to a constant electric field having an intensity of up to 1-20 kV/m directed transversely to the silicon surface, a constant magnetic field having an induction of 0.22-100 mT, and a compression plasma flow of 90-110 μs duration with an absorbed energy density of 15-35 J/cm directed at an angle of 40-70° to the silicon surface; then processed silicon is annealed at a temperature of 400°C during 30 min.

Description

Изобретение относится к области оптоэлектроники и фотовольтаики и может быть использовано при структурировании поверхности и создании фотовольтаических структур на основе кремния дырочного типа проводимости различной кристаллографической ориентации. Задачей изобретения является создание радиационно и термически стойких фотовольтаических структур с развитой поверхностью за счет формирования потенциального барьера, обусловленного образованием дислокаций в модифицированном слое. Задача решается тем, что в способе обработки поверхности монокристаллического кремния, включающем обработку компрессионным плазменным потоком в среде рабочего газа в постоянном магнитном поле, кремний предварительно очищают в спиртосодержащей ультразвуковой ванне, нагревают до температуры 200-400°С, после чего одновременно воздействуют на кремний направленным перпендикулярно его поверхности постоянным электрическим полем напряженностью 10-20 кВ/м, постоянным магнитным полем с индукцией 0.22-100 мТл и компрессионным плазменным потоком длительностью 90-110 мкс с плотностью поглощенной энергии 15-35 Дж/см под углом 40-70° к его поверхности, затем обработанный кремний отжигают при температуре 400°С в течение 30 мин.The invention relates to the field of optoelectronics and photovoltaics and can be used in the structuring of the surface and the creation of photovoltaic structures based on silicon of hole-like conductivity of various crystallographic orientations. The objective of the invention is the creation of radiation and thermally stable photovoltaic structures with a developed surface due to the formation of a potential barrier due to the formation of dislocations in the modified layer. The task is solved by the fact that in the method of treating the surface of monocrystalline silicon, which includes processing a compression plasma flow in a working gas medium in a constant magnetic field, silicon is preliminarily purified in an alcohol-containing ultrasonic bath, heated to a temperature of 200-400 ° C, and then simultaneously directed to silicon perpendicular to its surface by a constant electric field with a strength of 10-20 kV / m, a constant magnetic field with an induction of 0.22-100 mT and a compression plasma flow lasts 90–110 μs with an absorbed energy density of 15–35 J / cm at an angle of 40–70 ° to its surface, then treated silicon is annealed at 400 ° C for 30 min.

029937029937

Изобретение относится к области оптоэлектроники и фотовольтаики и может быть использовано при структурировании поверхности и создании фотовольтаических структур на основе кремния дырочного типа проводимости различной кристаллографической ориентации.The invention relates to the field of optoelectronics and photovoltaics and can be used in the structuring of the surface and the creation of photovoltaic structures based on silicon of hole-like conductivity of various crystallographic orientations.

Известен способ формирования силицидов металлов [1], включающий осаждение металла на кремний и его плавление, при котором плавление осуществляют воздействием компрессионного плазменного потока продолжительностью 50-200 мкс, плотностью энергии 8-20 Дж/см2 в переменном магнитном поле, направленным перпендикулярно плоскости осажденного металла, с частотой 1300-2100 Гц и индукцией 0,22-12,50 мТл.A known method for the formation of metal silicides [1], including the deposition of metal on silicon and its melting, in which the melting is carried out by the action of a compression plasma flow of 50–200 μs, an energy density of 8–20 J / cm 2 in an alternating magnetic field directed perpendicular to the deposited plane metal, with a frequency of 1300-2100 Hz and an induction of 0.22-12.50 mTl.

Известный способ не обеспечивает структурирование поверхности кремния, а также получение фотовольтаического эффекта.The known method does not provide structuring of the silicon surface, as well as obtaining the photovoltaic effect.

Известен способ обработки поверхности монокристаллического кремния ориентации (111) [2], включающий обработку с помощью импульсного излучения лазера, сфокусированного перпендикулярно поверхности обработки с длительностью импульса 15 нс, при котором монокристаллический кремний ориентации (111) предварительно помещают в ультразвуковую ванну и обрабатывают в спирте в течение 30 мин, а обработку лазером ведут импульсами с длиной волны 266 нм и частотой 6 Гц, при этом число импульсов составляет 5500-7000 с плотностью энергии на обрабатываемой поверхности 0,3 Дж/см2.A known method of treating the surface of single crystal silicon orientation (111) [2], includes processing using pulsed laser radiation focused perpendicular to the surface of the treatment with a pulse duration of 15 ns, at which single crystal silicon orientation (111) is pre-placed in an ultrasonic bath and treated in alcohol for 30 minutes, and laser processing is carried out with pulses with a wavelength of 266 nm and a frequency of 6 Hz, while the number of pulses is 5500-7000 with an energy density on the surface being processed styling 0.3 J / cm 2 .

Известный способ обеспечивает структурирование поверхности только для кремния ориентации (111), характеризуется малой площадью обрабатываемой поверхности и большой длительностью, непериодичностью расположения структур и их большими размерами и также не обеспечивает формирования фотовольтаической структуры.The known method provides surface structuring only for silicon of (111) orientation, is characterized by a small area of the surface being treated and a long duration, non-periodic arrangement of structures and their large sizes and also does not ensure the formation of a photovoltaic structure.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ структурной модификации поверхности кремния [3], включающий обработку кремния в вакуумной камере компрессионным плазменным потоком под углом 90° к поверхности с плотностью поглощенной энергии 5-25 Дж/см2 при одновременном воздействии внешнего постоянного магнитного поля с индукцией 0,1 Тл.The closest technical solution to the claimed is a method of structural modification of the silicon surface [3], including the processing of silicon in a vacuum chamber with a compression plasma flow at an angle of 90 ° to the surface with an absorbed energy density of 5-25 J / cm 2 while simultaneously acting by an external constant magnetic field induction of 0.1 T.

Известный способ обеспечивает создание на поверхности монокристаллического кремния различной кристаллографической ориентации периодических цилиндрических структур размером 0,3-2 мкм, обработку за один импульс поверхности площадью не менее 1 см2, но не обеспечивает формирование фотовольтаической структуры из-за отсутствия потенциальных барьеров, обусловленных дислокациями.The known method provides for the creation on the surface of monocrystalline silicon of various crystallographic orientations of periodic cylindrical structures with a size of 0.3-2 μm, processing a surface with an area of at least 1 cm 2 per pulse, but does not ensure the formation of a photovoltaic structure due to the absence of potential barriers caused by dislocations.

Задачей изобретения является создание радиационно и термически стойких фотовольтаических структур с развитой поверхностью за счет формирования потенциального барьера, обусловленного образованием дислокаций в модифицированном слое.The objective of the invention is the creation of radiation and thermally stable photovoltaic structures with a developed surface due to the formation of a potential barrier due to the formation of dislocations in the modified layer.

Задача решается тем, что в способе обработки поверхности монокристаллического кремния, включающем обработку компрессионным плазменным потоком в среде рабочего газа в постоянном магнитном поле, кремний предварительно очищают в спиртосодержащей ультразвуковой ванне, нагревают до температуры 200-400°С, после чего одновременно воздействуют на кремний направленным перпендикулярно его поверхности постоянным электрическим полем напряженностью 10-20 кВ/м, постоянным магнитным полем с индукцией 0.22-100 мТл и компрессионным плазменным потоком длительностью 90-110 мкс с плотностью поглощенной энергии 15-35 Дж/см2 под углом 40-70° к его поверхности, затем обработанный кремний отжигают при температуре 400°С в течение 30 мин.The task is solved by the fact that in the method of treating the surface of monocrystalline silicon, which includes processing a compression plasma flow in a working gas medium in a constant magnetic field, silicon is preliminarily purified in an alcohol-containing ultrasonic bath, heated to a temperature of 200-400 ° C, and then simultaneously directed to silicon perpendicular to its surface by a constant electric field with a strength of 10-20 kV / m, a constant magnetic field with an induction of 0.22-100 mT and a compression plasma flow lasts With a capacity of 90–110 μs with an absorbed energy density of 15–35 J / cm 2 at an angle of 40–70 ° to its surface, then the treated silicon is annealed at 400 ° C for 30 min.

Отличием является то, что кремний очищают в спиртосодержащей ультразвуковой ванне, нагревают до температуры 200-400°С, после чего одновременно воздействуют на кремний направленным перпендикулярно его поверхности постоянным электрическим полем напряженностью 10-20 кВ/м, постоянным магнитным полем с индукцией 0.22-100 мТл и компрессионным плазменным потоком длительностью 90-110 мкс с плотностью поглощенной энергии 15-35 Дж/см2 иод углом 40-70° к его поверхности, затем обработанный кремний отжигают при температуре 400°С в течение 30 мин.The difference is that silicon is cleaned in an alcohol-containing ultrasonic bath, heated to a temperature of 200-400 ° C, and then simultaneously exposed to silicon directed perpendicular to its surface with a constant electric field of 10-20 kV / m, a constant magnetic field with an induction of 0.22-100 mT and compression plasma flow with a duration of 90-110 μs with an absorbed energy density of 15-35 J / cm 2 iodine angle of 40-70 ° to its surface, then treated silicon is annealed at 400 ° C for 30 minutes.

Дополнительный нагрев кремния и увеличение плотности поглощенной энергии за счет воздействия под уменьшенным углом обеспечивают формирование дислокационной структуры, являющейся наиболее устойчивой к термическим, радиационным и другим внешним воздействиям. Воздействие внешнего электрического поля обеспечивает удаление акцепторной примеси с поверхностного слоя кремния и компенсацию дырок электронами от дислокационных доноров, что приводит к образованию потенциального барьера и получению фотовольтаического эффекта. При этом одновременно обеспечивается формирование структур на поверхности кремния, размерами которых управляют магнитным полем, что, в свою очередь, обеспечивает возможность управления поглощающей способностью кремния. Термический отжиг обеспечивает устранение точечных дефектов, снижающих уровень фото-ЭДС.Additional heating of silicon and an increase in the density of absorbed energy due to exposure at a reduced angle provide the formation of a dislocation structure that is most resistant to thermal, radiation, and other external influences. The impact of an external electric field removes the acceptor impurity from the surface layer of silicon and compensates holes for electrons from dislocation donors, which leads to the formation of a potential barrier and the photovoltaic effect. At the same time, the formation of structures on the surface of silicon is ensured, the dimensions of which control the magnetic field, which, in turn, provides the ability to control the absorptivity of silicon. Thermal annealing ensures the elimination of point defects that reduce the level of photo-emf.

Способ осуществляют следующим образом. Образцы пластин монокристаллического кремния дырочного типа проводимости (КДБ-4.5, 10 и 12) различной кристаллографической ориентации (для примера взяты ориентации (111) и (100)) размером 10x10 мм очищали от загрязнений в ультразвуковой спиртосодержащей ванне. Очищенные образцы поочередно помещали на держатель в вакуумной камере магнитоплазменного компрессора, который устанавливали под углом 40-70° к оси симметрии катода. На каждый образец поочередно воздействовали постоянным магнитным полем с индукцией 0.22-100 мТл. В вакуумную камеру вводили рабочий газ (азот, или водород, или гелий), образец нагревали посредствомThe method is as follows. Samples of plates of single-crystal silicon of hole-type conductivity (KDB-4.5, 10, and 12) of various crystallographic orientations (for example, (111) and (100) orientations were taken) measuring 10x10 mm were cleaned of impurities in an ultrasonic alcohol-containing bath. The cleaned samples were alternately placed on a holder in a vacuum chamber of a magnetoplasma compressor, which was set at an angle of 40-70 ° to the axis of symmetry of the cathode. Each sample was alternately affected by a constant magnetic field with an induction of 0.22-100 mT. The working gas (nitrogen, or hydrogen, or helium) was introduced into the vacuum chamber, the sample was heated by

- 1 029937- 1 029937

электрического подогрева до температуры 200-400°С и создавали посредством подачи потенциала 1.5-3 кВ перпендикулярное его поверхности постоянное электрическое поле напряженностью 10-20 кВ/м. На образец воздействовали компрессионным плазменным потоком с плотностью поглощенной энергии 1535 Дж/см2 и длительностью импульса 90-110 мкс. Затем поочередно обработанные таким образом образцы отжигали в печи при температуре 400°С для удаления точечных дефектов.electric heating to a temperature of 200–400 ° C and a constant electric field with a strength of 10–20 kV / m perpendicular to its surface was created by supplying a potential of 1.5–3 kV. The sample was affected by a compression plasma flow with an absorbed energy density of 1535 J / cm 2 and a pulse duration of 90-110 μs. Then, the samples thus processed alternately were annealed in a furnace at a temperature of 400 ° C to remove point defects.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-5, где на фиг. 1 показана структура поверхности кремния, обработанного под углом 30°; на фиг. 2 - то же при обработке под углом 40°; на фиг. 3 - то же при обработке под углом 60°; на фиг. 4 приведен график зависимости размера периодических структур от индукции магнитного поля (на вставке указаны значения размеров периодических структур в интервале индукции магнитного поля 0-0.3 мТл); на фиг. 5 приведены дифрактограммы исходного и обработанногоThe invention is illustrated FIG. 1-5, where in FIG. 1 shows the structure of the surface of silicon treated at an angle of 30 °; in fig. 2 - the same when processing at an angle of 40 °; in fig. 3 - the same when processing at an angle of 60 °; in fig. 4 shows a plot of the size of the periodic structures on the magnetic field induction (the inset shows the size values of the periodic structures in the magnetic induction interval of 0-0.3 mT); in fig. 5 shows the diffraction patterns of the original and processed

кремния.silicon.

Полученные образцы охлаждали до температуры окружающей среды и испытывали на наличие фотовольтаического эффекта посредством измерения фото-ЭДС по показаниям вольтметра при освещении симулятором солнечного света. Тип проводимости поверхности образцов определяли прибором для измерения термо-ЭДС, один из контактов которого нагревают до температуры 100-200°С. Морфологию поверхности и структуру поперечного сечения исследовали методом растровой электронной микроскопии на микроскопе БЕО1455УР фирмы "Карл Цейсс" (Каг1 Ζοίδδ). Также структуру поперечного сечения исследовали посредством просвечивающего электронного микроскопа. Фазовый состав кремния исследовали на дифрактометре иШша-1У фирмы Кщаки с использованием медного излучения. Образцы испытывали на термическую стойкость посредством их выдержки при температуре 100-900°С в течение 3 ч, охлаждения и последующего измерения фото-ЭДС, а также испытывали на радиационную стойкость путем облучения электронами и ионами. Электронное облучение проводили с энергией 2 МэВ и дозой 10 -10 см . Ионное облучение проводили ионами Хе с энергией 167 МэВ и дозой 10 -10 см . Затем облученные образцы отжигали при температуре 600°С и измеряли фото-ЭДС.The obtained samples were cooled to ambient temperature and tested for the presence of a photovoltaic effect by measuring the photo-emf from a voltmeter reading when illuminated by sunlight simulator. The type of conductivity of the surface of the samples was determined by a device for measuring thermo-EMF, one of the contacts of which is heated to a temperature of 100-200 ° C. The surface morphology and cross-sectional structure was studied by scanning electron microscopy using a BEO1455UR microscope from Carl Zeiss (Kag1 Ζοίδδ). The structure of the cross section was also examined by means of a transmission electron microscope. The phase composition of silicon was studied on a Kshchaki iShsha-1U diffractometer using copper radiation. Samples were tested for thermal stability by holding them at a temperature of 100-900 ° C for 3 hours, cooling and subsequent measurement of photo-emf, and also tested for radiation resistance by irradiation with electrons and ions. Electron irradiation was carried out with an energy of 2 MeV and a dose of 10 -10 cm. Ion irradiation was performed with Xe ions with an energy of 167 MeV and a dose of 10 -10 cm. Then, the irradiated samples were annealed at a temperature of 600 ° C and the photo-emf was measured.

Результаты испытаний и исследований приведены в таблицах, где в табл. 1 приведены изменения типа проводимости поверхности кремния марки КДБ-4.5 и значения фото-ЭДС в зависимости от температуры предварительного нагрева, угла воздействия компрессионного плазменного потока, напряженности электрического поля и плотности поглощенной энергии; в табл. 2 - значения фото-ЭДС в зависимости от температуры отжига точечных дефектов; в табл. 3 - режимы достижения максимального значения фого-ЭДС для кремния с различной концентрацией бора; в табл. 4 - значения фото-ЭДС при различном термическом воздействии; в табл. 5 - значения фото-ЭДС в зависимости от дозы ионного облучения; в табл. 6 - значения фото-ЭДС в зависимости от дозы электронного облучения; в табл. 7 - значения фотоЭДС в зависимости от времени воздействия плазменным потоком.The results of tests and studies are presented in the tables, where in the table. 1 shows the changes in the conductivity type of the KDB-4.5 brand silicon surface and the photo-emf value depending on the preheating temperature, the impact angle of the compression plasma flow, the electric field strength and the density of the absorbed energy; in tab. 2 — photo-emf values depending on the annealing temperature of point defects; in tab. 3 - modes of achieving the maximum value of phog-emf for silicon with different concentrations of boron; in tab. 4 - photo-emf values at different thermal effects; in tab. 5 - photo-emf values depending on the dose of ion irradiation; in tab. 6 - photo-emf values depending on the electron dose; in tab. 7 - photovoltage values depending on the time of exposure to the plasma flow.

Таблица 1Table 1

Электрическое поле, кВ/м Electric field, kW / m Температура пнагрева, °С Temperature of plunger, ° С Плотность поглощённой энергии, Дж/см2 The density of the absorbed energy, j / cm 2 Угол воздействия, град. Angle of impact, hail. 40 40 50 50 60 60 70 70 80 80 Фото-ЭДС, мВ Photo-EMF, mV Тип проводимости I Conductivity Type I Фото-ЭДС, мВ Photo-EMF, mV Тип проводимости 1 Conductivity Type 1 Фото-ЭДС, мВ Photo-EMF, mV | Тип проводимости 1 | Conductivity Type 1 Фото-ЭДС, мВ Photo-EMF, mV Тип проводимости Conductivity type 1 Фото-ЭДС, мВ 1 1 Photo-EMF, mV 1 Тип проводимости Conductivity type 100 100 10 ten 0 0 Р R 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 0 0 Ρ Ρ 15 15 103 103 η η 203 203 η η 246 246 η η 0 0 0 0 Ρ Ρ 20 20 - - - - 221 221 η η 268 268 η η 174 174 η η 0 0 Ρ Ρ 25 25 30 thirty 35 35 40 40 200 200 10 ten 0 0 Р R 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 15 15 107 107 η η 274 274 η η 299 299 η η 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 20 20 117 117 η η 311 311 η η 347 347 η η 193 193 η η 0 0 Ρ Ρ 25 25 - - - - 250 250 η η 286 286 η η 211 211 η η 60 60 η η 30 thirty - - - - 201 201 η η 233 233 η η 185 185 η η 47 47 η η 35 35 40 40 300 300 10 ten 0 0 Р R 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 15 15 95 95 η η 289 289 η η 310 310 η η 260 260 η η 0 0 Ρ Ρ 20 20 98 98 η η 306 306 η η 343 343 η η 271 271 η η 0 0 Ρ Ρ 25 25 103 103 η η 313 313 η η 351 351 η η 280 280 η η 0 0 Ρ Ρ 30 thirty 154 154 η η 304 304 η η 340 340 η η 283 283 η η 0 0 Ρ Ρ 35 35 40 40 400 400 10 ten 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 15 15 71 71 η η 287 287 η η 320 320 η η 254 254 η η 0 0 Ρ Ρ 20 20 76 76 η η 308 308 η η 333 333 η η 282 282 η η 0 0 ρ ρ 25 25 100 100 η η 310 310 η η 353 353 η η 283 283 η η 0 0 Ρ Ρ 30 thirty 147 147 η η 317 317 η η 349 349 η η 285 285 η η 0 0 Ρ Ρ 35 35 179 179 η η 271 271 η η 300 300 η η 244 244 η η 0 0 Ρ Ρ 40 40 500 500 10 ten 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 15 15 43 43 η η 263 263 η η 298 298 η η 227 227 η η 0 0 Ρ Ρ 20 20 60 60 η η 284 284 π π 320 320 η η 259 259 η η 0 0 ρ ρ 25 25 96 96 η η 286 286 η η 323 323 η η 260 260 η η 0 0 ρ ρ 30 thirty 123 123 η η 275 275 η η 308 308 η η 251 251 η η 0 0 Ρ Ρ 35 35 154 154 η η 277 277 η η 314 314 η η 249 249 η η 0 0 Ρ Ρ 40 40

- 2 029937- 2 029937

10 ten 100 100 10 ten 0 0 р R 0 0 ρ ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 15 15 106 106 η η 208 208 η η 260 260 η η 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 20 20 - - - - 234 234 η η 283 283 η η 184 184 η η 0 0 ρ ρ 25 25 30 thirty 35 35 40 40 200 200 10 ten 0 0 Р R 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 15 15 по by η η 289 289 η η 316 316 η η 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 20 20 114 114 η η 330 330 η η 372 372 η η 205 205 η η 0 0 ρ ρ 25 25 - - - - 273 273 η η 303 303 η η 223 223 η η 73 73 η η 30 thirty - - - - 211 211 η η 257 257 η η 192 192 η η 71 71 η η 35 35 40 40 300 300 10 ten 0 0 Р R 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 15 15 101 101 η η 297 297 η η 329 329 η η 269 269 η η 0 0 Ρ Ρ 20 20 104 104 η η 314 314 η η 368 368 η η 283 283 η η 0 0 Ρ Ρ 25 25 111 111 η η 325 325 η η 377 377 η η 290 290 η η 0 0 ρ ρ 30 thirty 163 163 η η 310 310 η η 361 361 η η 287 287 η η 0 0 ρ ρ 35 35 40 40 400 400 10 ten 0 0 ρ ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 15 15 80 80 η η 294 294 η η 340 340 η η 267 267 η η 0 0 ρ ρ 20 20 83 83 η η 314 314 η η 366 366 η η 285 285 η η 0 0 ρ ρ 25 25 109 109 η η 326 326 η η 377 377 η η 289 289 η η 0 0 Ρ Ρ 30 thirty 158 158 η η 322 322 η η 367 367 η η 293 293 η η 0 0 ρ ρ 35 35 184 184 η η 279 279 η η 319 319 η η 256 256 η η 0 0 ρ ρ 40 40 500 500 10 ten 0 0 0 0 Ρ Ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 Ρ Ρ 15 15 45 45 η η 271 271 η η 314 314 η η 240 240 η η 0 0 ρ ρ 20 20 59 59 η η 287 287 η η 344 344 η η 267 267 η η 0 0 ρ ρ 25 25 98 98 η η 294 294 η η 350 350 η η 270 270 η η 0 0 ρ ρ 30 thirty 127 127 η η 286 286 η η 330 330 η η 264 264 η η 0 0 Ρ Ρ 35 35 164 164 η η 284 284 η η 329 329 η η 255 255 η η 0 0 ρ ρ 40 40 - - - - - - - - - - - - 20 20 100 100 10 ten 0 0 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 ρ ρ 0 0 Ρ Ρ 15 15 113 113 η η 233 233 η η 287 287 η η 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 20 20 - - - - 265 265 η η 311 311 η η 207 207 η η 52 52 η η 25 25 30 thirty 35 35 40 40 200 200 10 ten 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 15 15 124 124 η η 307 307 η η 350 350 η η 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 20 20 133 133 η η 353 353 η η 406 406 η η 223 223 η η 74 74 η η 20 20 200 200 25 25 - - - - 290 290 η η 328 328 η η 241 241 η η 87 87 η η 30 thirty - - - - 238 238 η η 290 290 η η 219 219 η η 73 73 η η 35 35 40 40 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 300 300 10 ten 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 15 15 121 121 η η 321 321 η η 359 359 η η 283 283 η η 0 0 Ρ Ρ 20 20 128 128 η η 343 343 η η 399 399 η η 295 295 η η 0 0 Ρ Ρ 25 25 141 141 η η 359 359 η η 405 405 η η 304 304 η η 0 0 Ρ Ρ 30 thirty 187 187 η η 327 327 η η 392 392 η η 301 301 η η 0 0 Ρ Ρ 35 35 40 40 400 400 10 ten 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 15 15 106 106 η η 317 317 η η 365 365 η η 280 280 η η 0 0 ρ ρ 20 20 105 105 η η 331 331 η η 391 391 η η 310 310 η η 0 0 ρ ρ 25 25 127 127 η η 343 343 η η 408 408 η η 314 314 η η 0 0 ρ ρ 30 thirty 174 174 η η 346 346 η η 399 399 η η 319 319 η η 0 0 ρ ρ 35 35 203 203 η η 298 298 η η 352 352 η η 281 281 η η 0 0 ρ ρ 40 40 500 500 10 ten 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 ρ ρ 15 15 53 53 η η 300 300 η η 340 340 η η 253 253 η η 0 0 ρ ρ 20 20 67 67 η η 313 313 η η 378 378 η η 280 280 η η 0 0 Ρ Ρ 25 25 105 105 η η 318 318 η η 386 386 η η 282 282 η η 0 0 ρ ρ 30 thirty 149 149 η η 303 303 η η 357 357 η η 279 279 η η 0 0 Ρ Ρ 35 35 181 181 11 eleven 305 305 η η 355 355 η η 269 269 η η 0 0 Ρ Ρ 40 40 30 thirty 100 100 10 ten 0 0 ρ ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 Ρ Ρ 15 15 112 112 η η 221 221 η η 283 283 η η 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 20 20 - - - - 252 252 η η 318 318 η η 215 215 η η 57 57 η η 25 25 30 thirty 35 35 40 40 200 200 10 ten 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 15 15 120 120 η η 300 300 η η 341 341 η η 0 0 Ρ Ρ 0 0 ρ ρ 20 20 131 131 η η 348 348 η η 403 403 η η 220 220 η η 75 75 η η 25 25 - - 281 281 η η 334 334 η η 233 233 η η 91 91 η η 30 thirty - - - - 235 235 η η 297 297 η η 226 226 η η 77 77 η η 35 35 40 40 300 300 10 ten 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 15 15 124 124 η η 320 320 η η 362 362 η η 274 274 η η 0 0 ρ ρ 20 20 125 125 η η 339 339 η η 397 397 η η 287 287 η η 0 0 ρ ρ 25 25 143 143 η η 346 346 η η 405 405 η η 309 309 η η 0 0 ρ ρ 30 thirty 178 178 η η 319 319 η η 392 392 η η 311 311 η η 0 0 ρ ρ 35 35 40 40

- 3 029937- 3 029937

30 thirty 400 400 10 ten 0 0 р R 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 0 0 Ρ Ρ 15 15 101 101 η η 306 306 η η 365 365 η η 282 282 η η 0 0 Ρ Ρ 20 20 103 103 η η 326 326 η η 383 383 η η 302 302 η η 0 0 Ρ Ρ 25 25 129 129 η η 338 338 η η 401 401 η η 315 315 η η 0 0 Ρ Ρ 30 thirty 177 177 η η 335 335 η η 397 397 η η 322 322 η η 0 0 Ρ Ρ 35 35 198 198 η η 288 288 η η 356 356 η η 276 276 η η 0 0 Ρ Ρ 40 40 - - 500 500 10 ten 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 ρ ρ 0 0 Ρ Ρ 15 15 53 53 η η 292 292 η η 344 344 η η 247 247 η η 0 0 Ρ Ρ 20 20 66 66 η η 306 306 η η 386 386 η η 285 285 η η 0 0 Ρ Ρ 25 25 108 108 η η 305 305 η η 382 382 η η 291 291 η η 0 0 Ρ Ρ 30 thirty 153 153 η η 291 291 η η 355 355 η η 274 274 η η 0 0 Ρ Ρ 35 35 182 182 η η 295 295 η η 352 352 η η 262 262 η η 0 0 ρ ρ 40 40

"-" - образец разрушился после воздействия плазменного потока."-" - the sample was destroyed after exposure to plasma flow.

Таблица 2table 2

Таблица 3Table 3

Марка кремния Silicon brand Максимальное фото-ЭДС, мВ * Maximum photo emf, mV * Плотность поглощённой энергии, Дж/см2 The density of the absorbed energy, j / cm 2 Напряженность п ттгчгтпътирргпгп поля, кВ./м Tension ptgchgtpattirrgpgp fields, kW / m Температура нагрева, °С Temperature heating, ° C Угол воздействия, град. Angle impact, hail. Температура отжига, °С Temperature annealing, ° C КДБ-4.5 KDB-4.5 460 460 25 25 20 20 400 400 60 60 400 400 КДБ-10 KDB-10 453 453 20 20 10 ten 300 300 70 70 400 400 КДБ-12 KDB-12 450 450 20 20 10 ten 300 300 70 70 400 400

* - максимальное значение для данной марки кремния.* - the maximum value for this grade of silicon.

Таблица 4Table 4

Температура отжига, °С Annealing temperature, ° С Фото-ЭДС, мВ Photo-EMF, mV До отжига Before annealing 420 420 100 100 420 420 200 200 420 420 300 300 420 420 400 400 420 420 500 500 420 420 600 600 420 420 700 700 420 420 800 800 363 363 900 900 330 330

Таблица 5Table 5

Доза ионного облучения, см"2 Ion dose, cm " 2 Фото-ЭДС, мВ Photo-EMF, mV До облучения Before exposure 420 420 1-1012 1-10 12 234 234 5-1013 5-10 13 137 137

Таблица 6Table 6

Доза электронного облучения, см"2 Electronic dose, cm " 2 Фото-ЭДС, мВ Photo-EMF, mV До облучения Before exposure 415 415 2.5-1016 2.5-10 16 415 415 2.5-1017 2.5-10 17 276 276

Таблица 7Table 7

Время воздействия компрессионным плазменным потоком, мкс The time of exposure to compression plasma flow, μs Фото-ЭДС, мВ Photo-EMF, mV 50 50 0 0 90 90 406 406 по by 411 411 200 200 - -

"-" - образец разрушился после воздействия плазменным потоком."-" - the sample collapsed after exposure to plasma flow.

Данные, приведенные в табл. 1, свидетельствуют о том, что при углах воздействия плазменным потоком 40-70° тип проводимости поверхностного слоя кремния изменяется с дырочного на электронный, что обеспечивает образование барьерной структуры и формирование фото-ЭДС. При значениях напряженности электрического поля 10-20 кВ/м и температуре предварительного нагрева 200-400°С достигается максимальное значение фото-ЭДС. При угле воздействия 80° фото-ЭДС незначительно или не проявляется (<100 мВ). При плотности поглощенной энергии 10 Дж/см2 фотовольтаический эффект отсутствует, а при 40 Дж/см2 образец разрушается.The data given in table. 1 indicate that at angles of exposure to a plasma flow of 40-70 °, the type of conductivity of the surface layer of silicon changes from hole to electronic, which ensures the formation of a barrier structure and the formation of photo-emf. With the values of the electric field strength of 10-20 kV / m and the preheating temperature of 200-400 ° C, the maximum value of the photo-emf is reached. At an impact angle of 80 °, photo-emf is insignificant or does not manifest itself (<100 mV). At an absorbed energy density of 10 J / cm 2, the photovoltaic effect is absent, and at 40 J / cm 2 the sample is destroyed.

Как следует из приведенных в табл. 2 данных, при температуре 400°С обеспечивается отжиг точеч- 4 029937As follows from the table. 2 data, at a temperature of 400 ° С annealing of dots is provided- 4 029937

ных дефектов.defects.

Из данных в табл. 3 следует, что максимальные значения фото-ЭДС для приведенных марок кремния достигаются прл указанных режимах воздействия.From the data in the table. 3 it follows that the maximum values of photo-emf for the given grades of silicon are achieved using the specified exposure modes.

Данные, приведенные в табл. 4, показывают, что в интервале температур 100-700°С обеспечивается термическая стойкость фотовольтаических структур, а при 800-900°С фото-ЭДС уменьшается на 30%.The data given in table. 4 show that in the temperature range of 100–700 ° C, thermal stability of photovoltaic structures is ensured, and at 800–900 ° C, photo-EMF decreases by 30%.

Приведенные в табл. 5 данные показывают, что при облучении высокоэнергетическими ионами с дозой 1 · 1012 см-2 значение фото-ЭДС составляет 56 % от исходного. А из приведенных в табл. 6 данных следует, что фотовольтаическая структура устойчива при дозе электронного облучения 2.5· 1016 см-2, а при дозе облучения 2.5· 1017 см-2 значения фото-ЭДС составляют 67% от исходных.Given in Table. 5 data show that when irradiated with high-energy ions with a dose of 1 · 10 12 cm -2, the value of photo-emf is 56% of the original. And from the table. 6 data shows that the photovoltaic structure is stable at an electron dose of 2.5 · 10 16 cm -2 , and at a dose of 2.5 · 10 17 cm -2, the values of photo-emf are 67% of the original.

Исходя из данных, приведенных в табл. 7, видно, что максимальное значение фото-ЭДС обеспечивается при времени воздействия 90-110 мкс.Based on the data given in table. 7, it can be seen that the maximum value of photo-emf is provided with an exposure time of 90-110 μs.

Как следует из фиг. 1-3, угол воздействия плазменным потоком 30° не обеспечивает формирование на поверхности кремния периодических структур; угол воздействия 40° обеспечивает формирование периодических структур, покрытых порами; угол воздействия 60° обеспечивает формирование периодических структур.As follows from FIG. 1-3, the angle of impact by the plasma flow of 30 ° does not ensure the formation of periodic structures on the silicon surface; angle of 40 ° ensures the formation of periodic structures coated with pores; Angle of impact of 60 ° ensures the formation of periodic structures.

Из графика на фиг. 4 видно, что необходимые размеры периодических структур 0.3-2.0 мкм обеспечиваются при значениях индукции магнитного поля 0.22-100 мТл.From the graph in FIG. 4, it can be seen that the required sizes of periodic structures of 0.3–2.0 μm are provided with magnetic induction values of 0.22–100 mT.

Как видно из рентгенограмм на фиг. 5, кремний ориентации (111) после обработки плазменным потоком остается монокристаллическим.As can be seen from the radiographs in FIG. 5, the orientation of silicon (111) after treatment with a plasma stream remains single-crystal.

Таким образом, заявляемый способ позволяет создать радиационно и термически стойкие фотовольтаические структуры с развитой поверхностью.Thus, the inventive method allows you to create radiation and thermally resistant photovoltaic structures with a developed surface.

Источники информации.Information sources.

1. Патент РФ № 2405228; МПК Н01Ь21/24, бюл. № 33, 27.11.2010.1. RF patent № 2405228; IPC H0121 / 24, bull. No. 33, 11/27/2010.

2. Патент РФ № 2501057; МПК Н01Ь31/18, 21/268, Θ03Ρ7/075, бюл. № 34, 10.12.2013.2. RF patent № 2501057; IPC Hb31 / 18, 21/268, Θ03Ρ7 / 075, bull. No. 34, December 10, 2013

3. В.В. Углов, В.М. Анищик, В.В Асташинский и др. "Структурная модификация поверхности кремния в результате воздействия компрессионным плазменным потоком". Труды XII международного совещания "Радиационная физика твердого тела". Москва, 2002, прототип, с. 16-22.3. V.V. Angles, V.M. Anishchik, V.V. Astashinsky and others. "Structural modification of the silicon surface as a result of exposure to a compression plasma flow." Proceedings of the XII International Conference "Radiation Physics of a Solid Body". Moscow, 2002, prototype, p. 16-22.

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Способ обработки поверхности монокристаллического кремния, включающий обработку компрессионным плазменным потоком в среде рабочего газа в постоянном магнитном поле, отличающийся тем, что кремний предварительно очищают в спиртосодержащей ультразвуковой ванне, нагревают до температуры 200-400°С, после чего одновременно воздействуют на кремний направленным перпендикулярно его поверхности постоянным электрическим полем напряженностью 10-20 кВ/м, постоянным магнитным полем с индукцией 0.22-100 мТл и компрессионным плазменным потоком длительностью 90-110 мкс с плотностью поглощенной энергии 15-35 Дж/см2 под углом 40-70° к его поверхности, затем обработанный кремний отжигают при температуре 400°С в течение 30 мин.The method of surface treatment of monocrystalline silicon, which includes processing a compression plasma flow in a working gas in a constant magnetic field, characterized in that silicon is pre-cleaned in an alcohol-containing ultrasonic bath, heated to a temperature of 200-400 ° C, and then simultaneously exposed to silicon directed perpendicular to it surfaces with a constant electric field of 10-20 kV / m, a constant magnetic field with an induction of 0.22-100 mT and a compression plasma flow for a long time 90–110 μs with an absorbed energy density of 15–35 J / cm 2 at an angle of 40–70 ° to its surface, then treated silicon is annealed at 400 ° C for 30 min.
EA201600106A 2015-12-30 2015-12-30 Single-crystal silicon surface processing method EA029937B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201600106A EA029937B1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Single-crystal silicon surface processing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201600106A EA029937B1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Single-crystal silicon surface processing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201600106A1 EA201600106A1 (en) 2017-07-31
EA029937B1 true EA029937B1 (en) 2018-05-31

Family

ID=59383868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201600106A EA029937B1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Single-crystal silicon surface processing method

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA029937B1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5164324A (en) * 1990-03-29 1992-11-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Laser texturing
RU2323503C2 (en) * 2006-06-05 2008-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Кристалл" (ООО "Кристалл") Method for treatment of single-crystalline silicon wafer surface
CN101661972A (en) * 2009-09-28 2010-03-03 浙江大学 Process for manufacturing monocrystalline silicon solar cell texture with low surface reflectivity
RU2405228C2 (en) * 2008-12-15 2010-11-27 Белорусский государственный университет Method of producing metal silicides
CN101908576A (en) * 2009-06-04 2010-12-08 胡本和 Method for manufacturing textured surface of monocrystalline silicon solar cell
RU2501057C1 (en) * 2012-06-09 2013-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" Method of treating surface of (111) oriented monocrystalline silicon

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5164324A (en) * 1990-03-29 1992-11-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Laser texturing
RU2323503C2 (en) * 2006-06-05 2008-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Кристалл" (ООО "Кристалл") Method for treatment of single-crystalline silicon wafer surface
RU2405228C2 (en) * 2008-12-15 2010-11-27 Белорусский государственный университет Method of producing metal silicides
CN101908576A (en) * 2009-06-04 2010-12-08 胡本和 Method for manufacturing textured surface of monocrystalline silicon solar cell
CN101661972A (en) * 2009-09-28 2010-03-03 浙江大学 Process for manufacturing monocrystalline silicon solar cell texture with low surface reflectivity
RU2501057C1 (en) * 2012-06-09 2013-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" Method of treating surface of (111) oriented monocrystalline silicon

Also Published As

Publication number Publication date
EA201600106A1 (en) 2017-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
GB1599668A (en) Semiconductors
EA029937B1 (en) Single-crystal silicon surface processing method
Wołowski et al. Application of pulsed laser deposition and laser-induced ion implantation for formation of semiconductor nano-crystallites
Chantre et al. Vacancy-diffusion model for quenched-in E-centers in CW laser annealed virgin silicon
KR100841083B1 (en) A surface treatment method for reactor structure materials
Picciotto et al. Fabrication of advanced targets for laser driven nuclear fusion reactions through standard microelectronics technology approaches
Zhong et al. Microstructure characterization and optical properties of sapphire after helium ion implantation
Pensl et al. Electronic defects in silicon after transient isothermal annealing
RU2756777C1 (en) Method for obtaining microstructures on the surface of a semiconductor
Eryu et al. Formation of an ohmic electrode in SiC using a pulsed laser irradiation method
Piekoszewski et al. A new approach to photovoltaic junction formation by using pulse implantation doping technique
Abed et al. Study the effect of CO2 laser annealing on silicon nanostructures
Panahibakhsh et al. Nanostructure formation on the surface of YAG: Nd crystal by ARF laser irradiation
RU2331136C9 (en) METHOD FOR р-n JUNCTIONS FORMING IN SILICON
Amutha et al. Investigations on nano-and pico-second laser based annealing combined texturing of amorphous silicon thin films for photovoltaic applications
Razak et al. Nd: YAG laser texturization on silicon surface
Pagava et al. Hall-effect study of disordered regions in proton-irradiated n-Si crystals
SU1102416A1 (en) Method of producing planar semiconductor devices and integrated circuits
Ivanov et al. Structure Changes in Metals During Their Laser Treating
Wang et al. Effect of Annealing Temperature on the Growth of Helium Bubbles in Silicon
Armstrong et al. The formation of a ring of blisters in copper irradiated at 120 K: A stress-related phenomenon?
McCallum Formation of Ti: sapphire via high-temperature processing of Ti-implanted sapphire crystals
Barbier et al. Pulsed Electron Beam Annealing Induced Deep Level Defects in Virgin Silicon
Zhang et al. Structural and optical properties of 6H-SiC helium and oxygen implanted at 700 K
Campisano et al. Impurity redistribution in Bi‐implanted Si after nanosecond and picosecond Nd laser pulse irradiation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU