JP5489922B2 - 改良型太陽光発電回路 - Google Patents
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Description
太陽光発電回路の代表的な製造プロセスには、多数のマスキングおよびエッチング工程が含まれており、これにより、半導体の動作に必要な、全く異なったp形(+)およびn形(−)領域を、シリコン基板の範囲内に画定する。例えば、n形またはp形の単結晶シリコン・ウェハに対し、まず初めに酸化が施され、次に、多結晶質シリコン層が重ね合わされる。さらに、多結晶質シリコン層が、相補形のドーパントでドーピングされる。ドーピングされた多結晶シリコン層には、選択的なマスキングとエッチングが施され、露出部分全体に絶縁性二酸化シリコン層が形成される。第2のマスキング工程では、基板の領域を選択的にマスキングして、酸化皮膜を選択的に除去する。次に、p形またはn形ドーパントが露出層に拡散され、電界効果トランジスタ(FET)などのスイッチング・デバイスの一部を形成する。ドーピング工程より先に行われる別のマスキングおよびエッチング工程において、スイッチング・デバイスの製造が完成する。さらに、マスキングおよびエッチング工程が、回路部品の電気的接続を画定するとともに、回路をパッシベート(不動態化)するために必要とされる。
太陽光発電回路内でのポリシリコン抵抗素子の使用には問題があり、特に、多結晶シリコンから成る抵抗器は、シリコンの導電率形とは逆の導電率形のドーパントで軽くドーピングしなければならない。充分な高さのインピーダンスを提供するのに必要な低ドーパント・レベルでは、多結晶シリコンの結晶格子が不安定であることから、装置の予想使用温度範囲における性能も不安定になる。さらに、上記に概ね述べたように、軽くドーピングされた高インピーダンスの多結晶シリコン抵抗器を用いた集積回路の製造は、比較的複雑であることから、比較的大きい労力を要するとともに、コストが高くつく。
したがって、従来技術よりも少ない処理工程で製造できるとともに、従来技術の太陽光発電回路の不利益を克服する太陽光発電回路を提供することが望ましい。
a. 活性化放射線源と、
b. 前記放射線源から受光した活性化放射線に反応して電気信号を生成するために活性化放射線源と光学的に接続されている1アレイの太陽光フォトダイオードと、
c. フォトダイオード・アレイに電気的に接続されるとともに、前記電気信号に反応して動作することが可能なスイッチング・デバイスと、
d. 前記スイッチング・デバイスに電気的に接続された高インピーダンス抵抗器と、
から成る太陽光発電回路が提供されている。
好適な実施例において、スイッチング・デバイスは、例えば、通常オン状態であることを特徴とするFETなどのトランジスタであってもよい。このFETは、ソース端子、ドレイン端子、およびゲート端子と、ソース端子とドレイン端子を電気的につなぐチャネルを有している。好適な実施例では、チャネルが形成されるのと同じ処理工程により、抵抗器が形成される。FETは、例えば、金属‐酸化膜‐半導体の電界効果トランジスタ(MOSFET)であってもよい。
回路は、一般的な化学式のSixNxを有する窒化シリコンなどのパッシベーション材料でパッシベートされていることが好ましい。
本発明の別の態様によれば。集積太陽光発電回路を作製する方法を提供している。この回路は、活性化放射線源と、別のフォトダイオード・アレイと電気的に接続されるとともに、活性化放射線源と光学的に結合されることにより、放射線源から受けた活性化放射線に反応して電気信号を発生する1アレイの太陽光フォトダイオードと、フォトダイオード・アレイと電気的に接続されるとともに電気信号に反応して動作することが可能なスイッチング・デバイスと、スイッチング・デバイスと電気的に接続された高インピーダンス抵抗器とを具備している。本発明による方法は、実質的に単結晶シリコンから、少なくとも高インピーダンス抵抗器を製造する段階から成る。
a. 既定の導電率形の実質的に単結晶のシリコン基板を提供する段階と、
b. 基板に複数の誘電体分離が施された個々のタブを形成する段階と、
c. シリコン基板の導電率形と逆の導電率形の第1のドーパントによりタブをドーピングすることにより、
i. 活性化放射線に反応する複数の太陽光フォトダイオードと、
ii. 通常オン状態であることを特徴とする電界効果トランジスタ(FET)のソース端子とドレイン端子とを画定する段階と、
d. 少なくとも一つのタブのドーピングが施された材料の一部を選択的に取り除き、
i. 実質的に単結晶のシリコン抵抗器と、
ii. FETのソース端子とドレイン端子を電気的に接続するチャネルとを画定する段階と、
e. 第1のドーパントと同じ導電率形の第2のドーパントによりチャネルと抵抗器をドーピングすることにより、所望のFETのしきい値電圧と所望の抵抗器インピーダンスを確立する段階と、
f. FETのゲート端子を画定する段階において、そのゲート端子が、ソース端子とドレイン端子からの誘電体分離が施される段階と、
g. フォトダイオード、FETの端子、および抵抗器の電気的接触領域を画定し、その電気的接続を行う段階と、
h. 電気的導電性材料を電気的接触領域に蒸着する段階と、
i. 太陽光発電回路に熱処理を施して、電気的導電性材料と下層シリコンとの接着を促進する段階と、
j. 回路の封入およびパッシベーションを施す段階とから成る固体太陽光発電回路を作製する方法を提供する。
この方法は、抵抗器にコーティングを蒸着し、活性化放射線が抵抗器に入射するのを防止する段階をさらに有していてもよい。コーティングは、放射線源からの活性化放射線に対して実質的に不透明であるとともに、活性化放射線がコーティングから反射して、コーティングに吸収されないように放射線反射性であることが好ましい。好適な実施例では、コーティングは、電気的に導電性であり、電気的接触領域に蒸着された電気的導電性材料と同じ材料である。この材料は、間に電気的絶縁を施すうえで充分な広さの空隙によって分離された2つまたはそれ以上の部分において抵抗器上に蒸着される。好適な電気的導電性コーティング材は、例えば、アルミニウム合金であってもよい。
個々のタブは、基板の交差溝から成る網状構造を設けることにより、シリコン基板に形成される。
本発明の特徴と目的をさらによく理解するためには、添付図面に関連する以下の詳細な説明を参照することが必要である。
Claims (15)
- a.単結晶のシリコン基板と、
b.活性化放射線源と、
c.前記放射線源から受光した活性化放射線に反応して電気信号を発生するために前記活性化放射線源と光学的に接続されている1アレイの太陽光フォトダイオードと、
d.前記アレイに電気的に接続されるとともに、前記電気信号に反応して動作することが可能なスイッチング・デバイスと、
e.前記スイッチング・デバイスに電気的に接続された高インピーダンス抵抗器とを含み、
前記太陽光フォトダイオード、前記スイッチング・デバイス、および前記抵抗器は、単一の固体集積回路を構成するとともに、少なくとも前記高インピーダンス抵抗器は、単結晶のシリコン基板内に配置され、少なくとも1メガオームのインピーダンスを確定することを特徴とする太陽光発電回路。 - 前記スイッチング・デバイスは、トランジスタから成ることを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電回路。
- 前記トランジスタは、通常オン状態であることを特徴とする電界効果トランジスタ(FET)から成ることを特徴とする請求項2に記載の太陽光発電回路。
- 前記FETは、ゲート端子、ドレイン端子、ならびにソース端子と、前記ソース端子とドレイン端子をつなぐチャネルを具備し、前記抵抗器は、該チャネルが形成されるのと同じ処理工程で形成されることを特徴とする請求項3に記載の太陽光発電回路。
- 前記電界効果トランジスタは、金属−酸化膜−半導体の電界効果トランジスタ(MOSFET)であることを特徴とする請求項4に記載の太陽光発電回路。
- 前記高インピーダンス抵抗器は、予め選択された導電率形の単結晶のシリコンによって形成されるとともに、逆の導電率形を有する充分な量のドーパントで軽くドーピングされることにより、前記抵抗器に少なくとも1メガオームのインピーダンスを与えることを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電回路。
- 前記高インピーダンス抵抗器は、1〜20メガオームの範囲内にあるインピーダンスを有することを特徴とし、前記回路は、20℃〜130℃の使用温度範囲内で温度が安定していることを特徴とする請求項6に記載の太陽光発電回路。
- 前記活性化放射線の前記抵抗器への入射を回避する手段をさらに具備することを特徴とする請求項6に記載の太陽光発電回路。
- 前記活性化放射線の前記抵抗器への入射を回避する前記手段が、前記抵抗器の少なくとも重要な一部分上に蒸着された前記活性化放射線に対して不透明なコーティング材から成ることを特徴とする請求項8に記載の太陽光発電回路。
- 前記コーティング材が、前記活性化放射線を反射する材料により形成されていることを特徴とする請求項9に記載の太陽光発電回路。
- 前記コーティング材が、電気的に導電性であることを特徴とする請求項9に記載の太陽光発電回路。
- 前記コーティング材が、アルミニウム合金製であることを特徴とする請求項11に記載の太陽光発電回路。
- 該回路の全体に蒸着されたパッシベーション材をさらに具備することを特徴とする請求項8に記載の太陽光発電回路。
- 前記パッシベーション材が、一般的な化学式SixNxを持つ窒化シリコンから成ることを特徴とする請求項13に記載の太陽光発電回路。
- 前記活性化放射線源が、一つまたはそれ以上の発光ダイオード(LED)から成ることを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電回路。
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