專利名稱：制造半導(dǎo)體膜的裝置及方法
制造半導(dǎo)體膜的裝置及方法領(lǐng)域本申請涉及材料學(xué)領(lǐng)域，更具體地涉及制造半導(dǎo)體膜的裝置及方法。背景相比于傳統(tǒng)的晶體硅太陽能電池，薄膜太陽能電池被公認(rèn)具有更低的生成成本。在各種類型的可能商業(yè)化的薄膜太陽能電池中，黃銅礦(Cu(IrvGah)Se2)薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率最高。其中最佳的Cu(IrvGah)Se2薄膜太陽能電池已經(jīng)獲得了 20.3%的能量轉(zhuǎn)換效率。然而，通過傳統(tǒng)地將坩堝加熱使化學(xué)元素沉淀，其產(chǎn)生的原子簇較大，因此化學(xué)活性和使用率均較低。如，常規(guī)的熔爐中產(chǎn)生的硒簇較大(Sen η >5)。較大的簇的化學(xué)活性更低，使所得膜的晶體質(zhì)量更差。也有文獻報道采用等離子法制造薄膜。概述本申請的一方面提供了制造半導(dǎo)體膜的裝置，包括真空室(5)，在所述真空室(5)上設(shè)置有至少一個熱裂解部件(10)，所述熱裂解部件(10)分為相連通的低溫區(qū)(8)和高溫區(qū)(9)，所述高溫區(qū)(9)還與所述真空室(5)內(nèi)部相連通且其中還設(shè)置有碰撞板。本申請的另一方面提供了制造半導(dǎo)體膜的方法，包括:(1)提供基板；(2)使至少一種化學(xué)元素的原子依次進行蒸發(fā)和熱裂解兩個階段從而形成自由基；(3)將所述自由基沉淀到所述基板的表面。


圖1為制備半導(dǎo)體膜的常規(guī)裝置的示意圖，該裝置設(shè)置有蒸發(fā)坩堝。圖2為本申請的某個實施方式中制備半導(dǎo)體膜的裝置的示意圖，該裝置具有雙溫度區(qū)熱裂解部件。圖3為本申請的某個實施方式中雙溫度區(qū)熱裂解部件的示意圖。其中，1-4、蒸發(fā)坩堝；5、真空室；6、排氣管；7、基板；8、低溫區(qū)；9、高溫區(qū)；10、熱裂解部件；11、坩堝；12、第一加熱器；13、第一通道；14、第二加熱器；15、第二通道；16、第一碰撞板；17、第二碰撞板；18、第一空腔；19、第二空腔；20、加熱管；21、孔；22、通路。詳述本申請的一方面提供了制造半導(dǎo)體膜的裝置，包括真空室(5)，在所述真空室(5)上設(shè)置有至少一個熱裂解部件(10)，所述熱裂解部件(10)分為相連通的低溫區(qū)(8)和高溫區(qū)(9)，所述高溫區(qū)(9)還與所述真空室(5)內(nèi)部相連通且其中還設(shè)置有碰撞板。在本申請的某些實施方式中，其中所述低溫區(qū)(8)內(nèi)設(shè)置有坩堝(11)、加熱所述坩堝(11)的第一加熱器(12)和測定所述坩堝(11)溫度的第一電熱偶，所述低溫區(qū)⑶和高溫區(qū)(9)由加熱管(20)相連通，所述坩堝(11)的上端與所述加熱管(20)的下端連接并連通。在本申請的某些實施方式中，所述坩堝(11)與第一加熱器(12)間設(shè)置有防護罩。
在本申請的某些實施方式中，所述高溫區(qū)(9)內(nèi)設(shè)置有通道、碰撞板、加熱所述加熱管(20)的第二加熱器(14)和測定所述加熱管(20)溫度的第二電熱偶，所述通道與加熱管(20)連通，所述碰撞板設(shè)置在所述通道的周圍。在本申請的某些實施方式中，所述加熱管(20)與第二加熱器(14)間設(shè)置有防護罩。在本申請的某些實施方式中，所述通道包括與所述坩堝(11)連通的第一通道
(13)和與所述第一通道(13)連接但不相通的第二通道(15)，所述碰撞板包括設(shè)置在所述第一通道(13)周圍的第一碰撞板(16)和設(shè)置在所述第二通道(15)周圍的第二碰撞板
(17)，所述第一通道(13)與第一碰撞板(16)形成第一空腔(18),所述第二通道(15)與第二碰撞板(17)形成第二空腔(19)，所述第一通道(13)和第二通道(15)的上端分別設(shè)置有孔(21)。在該實施方式中，將孔設(shè)置在通道的上端能夠使各元素在高溫區(qū)停留更長的時間，有助于裂解。 在本申請的某些實施方式中，所述第一空腔(18)的下端寬度大于上端寬度，所述第二空腔(19)的上端寬度大于下端寬度，所述第二通道(15)的下端寬度大于所述第一空腔(18)的上端寬度，所述第二通道(15)的下端與第一碰撞板(16)的上端形成通路(22)。在本申請的某些實施方式中，將通路(22)設(shè)置得比較窄，這是為了使氣流的速度減慢，從而讓分子在高溫區(qū)域停留的時間較長，有助裂解。在本申請的某些實施方式中，所述熱裂解部件(10)的兩個或更多的高溫區(qū)(9)串
聯(lián)在一起。在本申請的某些實施方式中，所述串聯(lián)的方式為一個高溫區(qū)(9)的第二通道(15)的頂端與另一個高溫區(qū)(9)的加熱管(20)的底端連接并連通。在本申請的某些實施方式中，所述裝置還設(shè)置有至少一個蒸發(fā)坩堝，所述蒸發(fā)坩堝與所述真空室(5)內(nèi)部相連通。本申請的另一方面還提供了制造半導(dǎo)體膜的方法，包括:(I)在真空中提供基板；
(2)使至少一種化學(xué)元素的原子依次進行蒸發(fā)和熱裂解兩個階段從而形成自由基；(3)將所述自由基沉淀到所述基板的表面。在本申請的某些實施方式中，所述化學(xué)元素為硒。在本申請的某些實施方式中，所述半導(dǎo)體膜的其它元素選自IB族、IIIA族或VIA族元素的一種或多種。在本申請的某些實施方式中，所述半導(dǎo)體膜的其它化學(xué)元素選自銅、銦、鎵或硫元素的一種或多種。在本申請的某些實施方式中，所述半導(dǎo)體膜具有黃銅礦結(jié)構(gòu)。在本申請的某些實施方式中，所述黃銅礦結(jié)構(gòu)為Cu(Inx，Ga1JSe2, Cu(In1^xGax)(Se2_ySy)。在本申請的某些實施方式中，硒通過所述熱裂解部件進行蒸發(fā)，銅、銦、鎵或硫通過蒸發(fā)坩堝進行蒸發(fā)。在本申請的某些實施方式中，所述蒸發(fā)階段在200-400°C下進行，在所述蒸發(fā)階段中，使所述元素的原子形成原子簇。
在本申請的某些實施方式中，所述熱裂解階段在比蒸發(fā)階段600-700°C下進行，在所述熱裂解階段，所述原子簇形成自由基。在本申請的某些實施方式中，在所述熱裂解階段中，通過使所述原子簇與碰撞板發(fā)生碰撞以促使其形成自由基。在本申請的某些實施方式中，將所述熱裂解階段進行兩次或多次以增加原子簇行進的路徑。在本申請的某些實施方式中，在所述步驟(3)中，將所述基板加熱。在本申請的某些實施方式中，使用熱裂解的方法。自由基具有更高的化學(xué)活性，因此通過使用熱裂解所產(chǎn)生的自由基能夠改善晶體質(zhì)量。在本申請的某些實施方式中，熱裂解部件所產(chǎn)生的化學(xué)元素的自由基的化學(xué)活性更高，同時化學(xué)元素的用量顯著降低，這對于實際使用時非常經(jīng)濟的。化學(xué)元素自由基更高的化學(xué)活性的另一個優(yōu)勢為降低基板7溫度，同時又不會使Cu (Inx7Ga1J Se2膜質(zhì)量降低太多。由某些實施方式所制造的薄膜表面更光滑、所使用的化學(xué)元素的用量更少、基板的溫度更低。即，與常規(guī)硒蒸發(fā)法相比，本實施方式的晶體質(zhì)量更好，能夠降低基板溫度?；鍦囟认陆狄簿哂兄辽僖环N以下的優(yōu)勢。第一，其降低了制造半導(dǎo)體膜的能量消耗量，這使制造相關(guān)的太陽能電池的成本更低。第二，通常Cu(Inx，Ga1J Se2太陽能電池在具有較高基板溫度(550°C )的玻璃基板上制造。因為柔性基板不適合在高溫下使用或者影響最終太陽能電池性能的雜質(zhì)將會擴散，所以在高溫下不適于在諸如聚酰亞胺和不銹鋼的柔性基板上制造Cu(Inx，Gai_x) Se2太陽能電池。而在更低的基板溫度下，能夠使用用于Cu(Inx, Ga1J Se2太陽能電池的柔性基板。在本申請的某些實施方式中，所制造的半導(dǎo)體膜具有黃銅礦結(jié)構(gòu)(例如Cu(Inx，Ga1JSe2)。這種黃銅礦結(jié)構(gòu)薄膜廣泛地用于制造高效薄膜太陽能電池。在本申請的某些實施方式中，將硒熱裂解來生成硒自由基，硒自由基在半導(dǎo)體膜的形成中表現(xiàn)出較高的化學(xué)活性，因此改善了膜的晶體生長和表面形態(tài)。同時，熱裂解的硒源的粘附系數(shù)提高，這顯著降低了硒的使用量，與工業(yè)上的常規(guī)硒蒸發(fā)方法相比表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。在本申請的某些實施方式中，提供用于制備半導(dǎo)體膜的裝置，使用該裝置來制造用于太陽能電池的黃銅礦半導(dǎo)體膜。圖1表示常規(guī)使用的典型裝置，其具有常規(guī)的蒸發(fā)坩堝1-4，其設(shè)置于真空室5上，將蒸發(fā)坩堝中的化學(xué)元素蒸發(fā)，進入真空室5，沉淀至基板7上。將基板7加熱至550°C以提高薄膜的質(zhì)量。排氣管6連接真空泵，用于將真空室5抽真空。圖2表示本申請的某些實施方式中的裝置采用熱裂解部件10來替代常規(guī)的蒸發(fā)坩堝，該熱裂解部件10分為互相連通的兩部分，低溫區(qū)8和高溫區(qū)9，分別形成兩個溫度區(qū)以產(chǎn)生硒自由基。圖3表示本申請的某些實施方式中的熱裂解部件10由相互連通的低溫區(qū)8和高溫區(qū)9組成，這兩個區(qū)各自設(shè)置有獨立的加熱器和電熱偶來分別進行溫度控制。在低溫區(qū)8，坩堝11被加熱至200-400°C以將化學(xué)元素材料蒸發(fā)，然后化學(xué)元素材料通過加熱管20進入高溫區(qū)9。密封的防護罩將蒸發(fā)的化學(xué)元素材料與第一加熱器12、第二加熱器14分離以避免化學(xué)元素材料造成的腐蝕。高溫區(qū)9使用兩個碰撞板來促使其熱裂解。熱裂解部件10的核心部分為用于使化學(xué)元素的原子簇互相碰撞的碰撞板以及用于使化學(xué)元素的原子簇通過的通道。在本申請的某些實施方式中，將硒從坩堝11蒸發(fā)，硒通過加熱管20，同時加熱管20被加熱至600-700°C以避免硒凝結(jié)。硒行進至加熱管20的頂部，并從第一通道13的孔21脫離進入第一空腔18,在第一空腔18中，硒與第一碰撞板16碰撞并且硒簇彼此間發(fā)生相互碰撞。由于第一空腔18的壓力更大，硒經(jīng)由通路(22)行進至第二空腔19，與第二碰撞板17碰撞，然后進入第二通道15的孔21。隨后形成的硒自由基進入真空室5中，并在基板7上沉淀。因為硒在600-700°C這樣的高溫下保持氣態(tài)，因此硒不會凝結(jié)。因為硒原子簇經(jīng)歷多次碰撞以及很長的一段行進路徑，因此硒將破裂為硒自由基，其中大多數(shù)為硒的二聚體，甚至單個硒原子。在本申請的某些實施方式中，沒有采用等離子生成法，即未安裝等離子發(fā)生器，而是使用更高的溫度600-700°C來使硒熱裂解，這有利于將該裝置整合進入整個制造系統(tǒng)且成本更低。通過以上描述，由于雙溫度區(qū)硒熱裂解部件10的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，化學(xué)元素材料在該裝置中行進路徑很長從而碰撞的幾率很大，從而促使能夠產(chǎn)生自由基。

在薄膜制造中使用熱裂解部件10，將具有至少一種如下有益的技術(shù)優(yōu)勢。第一，本申請產(chǎn)生的薄膜質(zhì)量更好，這改善了薄膜質(zhì)量，促進了太陽能電池的性能。第二，由于大幅度地減少了硒的用量，因此產(chǎn)量成本也降低了。該裝置易于操作，能夠廣泛使用，容易整合進入生產(chǎn)線。在本申請的某些實施方式中，本裝置能夠應(yīng)用于共蒸鍍生產(chǎn)系統(tǒng)來制造Cu(Inx，Ga1J Se2太陽能電池。在采用共蒸鍍的制造中，也同時使用了常規(guī)的蒸發(fā)坩堝，用于比較研究硒熱裂解坩堝的效果。在本申請的另某些實施方式中，比較了使用本申請的裝置和傳統(tǒng)方法的裝置制造的半導(dǎo)體(諸如Cu(Ir^Gah)Se2)薄膜和最終的太陽能電池，結(jié)果表明，本申請的硒用量更少且晶體質(zhì)量更好、薄膜表面更光滑，太陽能電池質(zhì)量更高。本申請中的半導(dǎo)體膜的應(yīng)用包括但不限于太陽能電池，該半導(dǎo)體膜還能夠應(yīng)用于其他光電轉(zhuǎn)換裝置，例如感光器和光電二極管。以下結(jié)合附圖2和3對具體的實施例進行描述。實施例1制造半導(dǎo)體膜的裝置包括真空室5，該真空室5設(shè)置有連接真空泵的排氣管6。在真空室5的下端設(shè)置有I個熱裂解部件10。該熱裂解部件10分為低溫區(qū)8和高溫區(qū)9，低溫區(qū)8和高溫區(qū)9相連通，高溫區(qū)9與真空室5內(nèi)部相連通。低溫區(qū)8包括坩堝11、第一加熱器12和第一電熱偶，第一加熱器12設(shè)置在坩堝11的周圍并對坩堝11進行加熱，第一加熱偶用于測定坩堝11的溫度。坩堝11的上端設(shè)置有出口。在坩堝11與第一加熱器12間設(shè)置有密封的防護罩。高溫區(qū)9包括加熱管20、第二加熱器14、第二電熱偶、通道和碰撞板。第二加熱器14設(shè)置在加熱管20的周圍并對加熱管20進行加熱，第二電熱偶用于測定加熱管20的溫度。加熱管20的下端與坩堝11的出口連通。加熱管20與第二加熱器14間設(shè)置有密封的防護罩。高溫區(qū)9的通道包括第一通道13和第二通道15，第一通道13的下端與加熱管20的上端連通，第二通道15的下端與第一通道13的上端連接但不相通。碰撞板分為第一碰撞板16和第二碰撞板17,第一碰撞板16設(shè)置在第一通道13的周圍,第二碰撞板17設(shè)置在第二通道15的周圍。第一通道13與第一碰撞板16形成了第一空腔18,第二通道15與第二碰撞板17形成第二空腔19。第一通道13和第二通道15的上端分別設(shè)置有孔21。所述第一空腔18的下端寬度大于上端寬度，即第一空腔18的橫截面為梯形。第一通道13上、下端的寬度相同，即第一通道13的橫截面為矩形。第二通道15的下端寬度大于上端寬度，即第二通道15的橫截面為梯形。第二空腔19上、下端的寬度相同，即第二空腔19的橫截面為矩形。同時，所述第二通道15的下端寬度大于所述第一空腔18的上端寬度，即第二通道15的下端將第一空腔18的上端完全覆蓋住。第二通道15的下端未與第一碰撞板16的上端連接，即第二通道15與第一碰撞板16間形成狹窄的通路22。實施例2采用本申請實施例1中所描述的裝置來制造太陽能電池的薄膜。將基板7固定在真空室5的上端，將硒放置在熱裂解部件10的坩堝11中，開啟真空泵，使其真空度達到ICT7Torr 以上。開啟第一加熱器12和第一電熱偶，將坩堝11加熱到200°C，硒被蒸發(fā)為硒原子簇，硒原子簇進入加熱管20。開啟第二加熱器14和電熱偶，將加熱管20加熱至650°C，此時一部分硒原子簇形成硒自由基。硒原子簇和自由基進入第一通道13，然后沿第一通道13的孔21進入第一空腔18。在第一空腔18內(nèi)與第一碰撞板16發(fā)生碰撞，同時硒原子簇互相間也發(fā)生碰撞，此時，更多的硒原子簇形成硒自由基。隨后硒原子簇和硒自由基沿通路22進入第二空腔19,在第二空腔19內(nèi)與第二碰撞板17碰撞，同時互相間也發(fā)生碰撞,此時,絕大部分硒原子簇形成硒自由基。硒自由基通過第二通道15的孔21進入真空室5，并在已經(jīng)加熱的基板7上沉積形成薄膜。實施例3制造半導(dǎo)體膜的裝置包括真空室5，該真空室5設(shè)置有連接真空泵的排氣管6。在真空室5的下端設(shè)置有I個熱裂解部件10以及3個蒸發(fā)坩堝。該熱裂解部件10分為低溫區(qū)8和高溫區(qū)9，低溫區(qū)8和高溫區(qū)9相連通，高溫區(qū)9與真空室5內(nèi)部相連通。低溫區(qū)8包括坩堝11、第一加熱器12和第一電熱偶，第一加熱器12設(shè)置在坩堝11的周圍并對坩堝11進行加熱，第一加熱偶用于測定坩堝11的溫度。坩堝11的上端設(shè)置有出口。在坩堝11與第一加熱器12間設(shè)置有密封的防護罩。高溫區(qū)9包括加熱管20、第二加熱器14、第二電熱偶、通道和碰撞板。第二加熱器14設(shè)置在加熱管20的周圍并對加熱管20進行加熱，第二電熱偶用于測定加熱管20的溫度。加熱管20的下端與坩堝11的出口連通。加熱管20與第二加熱器14間設(shè)置有密封的防護罩。高溫區(qū)9的通道包括第一通道13和第二通道15，第一通道13的下端與加熱管20的上端連通，第二通道15的下端與第一通道13的上端連接但不相通。碰撞板分為第一碰撞板16和第二碰撞板17,第一碰撞板16設(shè)置在第一通道13的周圍,第二碰撞板17設(shè)置在第二通道15的周圍。第一通道13與第一碰撞板16形成了第一空腔18,第二通道15與第二碰撞板17形成第二空腔19。第一通道13和第二通道15的上端分別設(shè)置有孔21。所述第一空腔18的下端寬度大于上端寬度，即第一空腔18的橫截面為梯形。第一通道13上、下端的寬度相同，即第一通道13的橫截面為矩形。第二通道15的下端寬度大于上端寬度，即第二通道15的橫截面為梯形。第二空腔19的上、下端的寬度相同，即第二空腔19的橫截面為矩形。同時，所述第二通道15的下端寬度大于所述第一空腔18的上端寬度，即第二通道15的下端將第一空腔18的上端完全覆蓋住。第二通道15的下端未與第一碰撞板16的上端連接，即第二通道15與第一碰撞板16間形成狹窄的通路22。實施例4采用本申請實施例1中所描述的裝置來制造太陽能電池的薄膜。將基板7固定在真空室5的上端，將硒放置在熱裂解部件10的坩堝11中，將銅、銦和鎵分別放置在3個蒸發(fā)坩堝中。開啟真空泵，使其真空度達到KT7Torr以上。開啟第一加熱器12和第一電熱偶，將坩堝11加熱到400°C，硒被蒸發(fā)為硒原子簇，硒原子簇隨后進入加熱管20。開啟第二加熱器14和電熱偶，將加熱管20加熱至620 V，此時一部分這些化學(xué)元素的原子簇形成自由基?；瘜W(xué)元素的原子簇和自由基進入第一通道
13,然后沿第一通道13的孔21進入第一空腔18。在第一空腔18內(nèi)與第一碰撞板16發(fā)生碰撞，同時化學(xué)元素的原子簇互相間也發(fā)生碰撞，此時，更多的化學(xué)元素的原子簇形成自由基。隨后化學(xué)元素的原子簇和自由基沿通路22進入第二空腔19，在第二空腔19內(nèi)與第二碰撞板17碰撞，同時互相間也發(fā)生碰撞，此時，絕大部分化學(xué)兀素的原子簇形成化學(xué)兀素自由基?；瘜W(xué)元素自由基通過第二通道15的孔21進入真空室5。同時，將3個蒸發(fā)坩堝加熱，其中的銅、銦和鎵蒸發(fā)后進入真空室5。硒自由基、銦、鎵和銅同時在已經(jīng)加熱的基板7上沉積形成Cu (Inx, Ga1J Se2薄膜。實施例5制造半導(dǎo)體膜的裝置包括真空室5，該真空室5設(shè)置有連接真空泵的排氣管6。在真空室5的下端設(shè)置有I個熱裂解部件10以及4個蒸發(fā)坩堝。該熱裂解部件10分為低溫區(qū)8和高溫區(qū)9，低溫區(qū)8和高溫區(qū)9相連通，高溫區(qū)9與真空室5內(nèi)部相連通。低溫區(qū)8包括坩堝11、第一加熱器12和第一電熱偶，第一加熱器12設(shè)置在坩堝11的周圍并對坩堝11進行加熱，第一加熱偶用于測定坩堝11的溫度。坩堝11的上端設(shè)置有出口。在坩堝11與第一加熱器12間設(shè)置有密封的防護罩。高溫區(qū)9包括加熱管20、第二加熱器14、第二電熱偶、通道和碰撞板。第二加熱器14設(shè)置在加熱管20的周圍并對加熱管20進行加熱，第二電熱偶用于測定加熱管20的溫度。加熱管20的下端與坩堝11的出口連通。加熱管20與第二加熱器14間設(shè)置有密封的防護罩。高溫區(qū)9的通道包括第一通道13和第二通道15，第一通道13的下端與加熱管20的上端連通，第二通道15的下端與第一通道13的上端連接但不相通。碰撞板分為第一碰撞板16和第二碰撞板17,第一碰撞板16設(shè)置在第一通道13的周圍,第二碰撞板17設(shè)置在第二通道15的周圍。第一通道13與第一碰撞板16形成了第一空腔18,第二通道15與第二碰撞板17形成第二空腔19。第一通道13和第二通道15的上端分別設(shè)置有孔21。所述第一空腔18的下端寬度大于上端寬度，即第一空腔18的橫截面為梯形。第一通道13上、下端的寬度相同，即第一通道13的橫截面為矩形。第二通道15的下端寬度大于上端寬度，即第二通道15的橫截面為梯形。第二空腔19的上、下端的寬度相同，即第二空腔19的橫截面為矩形。同時，所述第二通道15的下端寬度大于所述第一空腔18的上端寬度，即第二通道15的下端將第一空腔18的上端完全覆蓋住。第二通道15的下端未與第一碰撞板16的上端連接，即第二通道15與第一碰撞板16間形成狹窄的通路22。實施例6采用本申請實施例5中所描述的裝置來制造太陽能電池的薄膜。將基板7固定在真空室5的上端，將硒放置在熱裂解部件10的坩堝11中，將銅、銦、鎵和硫分別放置在4個蒸發(fā)坩堝中。開啟真空泵，使其真空度達到KT7Torr以上。開啟第一加熱器12和第一電熱偶，將坩堝11加熱到400°C，硒被蒸發(fā)為硒原子簇，隨后進入加熱管20。開啟第二加熱器14和電熱偶，將加熱管20加熱至620 V，此時一部分這些化學(xué)元素的原子簇形成自由基。化學(xué)元素的原子簇和自由基進入第一通道13，然后沿第一通道13的孔21進入第一空腔18。在第一空腔18內(nèi)與第一碰撞板16發(fā)生碰撞，同時化學(xué)元素的原子簇互相間也發(fā)生碰撞，此時，更多的化學(xué)元素的原子簇形成自由基。隨后化學(xué)元素的原子簇和自由基沿通路22進入第二空腔19，在第二空腔19內(nèi)與第二碰撞板17碰撞，同時互相間也發(fā)生碰撞，此時，絕大部分化學(xué)元素的原子簇形成化學(xué)元素自由基?；瘜W(xué)元素自由基通過第二通道15的孔21進入真空室5。同時，將4個蒸發(fā)坩堝加熱，其中的銅、銦、鎵和硫蒸發(fā)后進入真空室5。硒自由基、銅、銦、鎵和硫同時在已經(jīng)加熱的基板7上沉積形成Cu(IrvxGax) (Se2_ySy)薄膜。實施例7制造半導(dǎo)體膜的裝置包括真空室5，該真空室5設(shè)置有連接真空泵的排氣管6。在真空室5的下端設(shè)置有3個熱裂解部件10以及3個蒸發(fā)坩堝。該熱裂解部件10分為低溫區(qū)8和高溫區(qū)9，低溫區(qū)8和高溫區(qū)9相連通，高溫區(qū)9與真空室5內(nèi)部相連通。低溫區(qū)8包括坩堝11、第一加熱器12和第一電熱偶，第一加熱器12設(shè)置在坩堝11的周圍并對坩堝11進行加熱，第一加熱偶用于測定坩堝11的溫度。坩堝11的上端設(shè)置有出口。在坩堝11與第一加熱器12間設(shè)置有密封的防護罩。高溫區(qū)9包括加熱管20、第二加熱器14、第二電熱偶、通道和碰撞板。第二加熱器14設(shè)置在加熱管20的周圍并對加熱管20進行加熱，第二電熱偶用于測定加熱管20的溫度。加熱管20的下端與坩堝11的出口連通。加熱管20與第二加熱器14間設(shè)置有密封的防護罩。高溫區(qū)9的通道包括第一通道13和第二通道15，第一通道13的下端與加熱管20的上端連通，第二通道15的下端與第一通道13的上端連接但不相通。碰撞板分為第一碰撞板16和第二碰撞板17,第一碰撞板16設(shè)置在第一通道13的周圍,第二碰撞板17設(shè)置在第二通道15的周圍。第一通道13與第一碰撞板16形成了第一空腔18,第二通道15與第二碰撞板17形成第二空腔19。第一通道13和第二通道15的上端分別設(shè)置有孔21。
所述第一空腔(18)的下端寬度大于上端寬度，即第一空腔18的橫截面為梯形。第一通道13上、下端的寬度相同，即第一通道13的橫截面為矩形。第二通道15的下端寬度大于上端寬度，即第二通道15的橫截面為梯形。第二空腔19的上、下端的寬度相同，即第二空腔19的橫截面為矩形。同時，所述第二通道15的下端寬度大于所述第一空腔18的上端寬度，即第二通道15的下端將第一空腔18的上端完全覆蓋住。第二通道15的下端未與第一碰撞板16的上端連接，即第二通道15與第一碰撞板16間形成狹窄的通路22。在熱裂解部件10的上方串聯(lián)第二個高溫區(qū)，即所串聯(lián)的第二個高溫區(qū)的加熱管的底端開口與第一個高溫區(qū)的第二通道15頂端開口相連通。在該實施例中，各個熱裂解部件具有一個低溫區(qū)和兩個高溫區(qū)。實施例8采用本申請實施例7中所描述的裝置來制造太陽能電池的薄膜。將基板7固定在真空室5的上端，將硒放置在其中一個熱裂解部件10的坩堝11中，開啟真空泵，使其真空度達到KT7Torr以上。開啟第一加熱器12和第一電熱偶，將坩堝11加熱至350°C，硒被蒸發(fā)為硒原子簇，硒原子簇進入加熱管20。開啟第二加熱器14和電熱偶，將加熱管20加熱至690 V，此時一部分硒原子簇形成硒自由基。硒原子簇和自由基進入第一通道13，然后沿第一通道13的孔21進入第一空腔18。在第一空腔18內(nèi)與第一碰撞板16發(fā)生碰撞，同時硒原子簇互相間也發(fā)生碰撞，此時，更多的硒原子簇形成硒自由基。隨后硒原子簇和硒自由基沿通路22進入第二空，19,在第二空腔19內(nèi)與第二碰撞板17碰撞，同時互相間也發(fā)生碰撞,此時,絕大部分硒原子簇形成硒自由基。硒自由基通過第二通道15的孔21進入第二個高溫區(qū)的加熱管。此時，硒自由基中還混有極少量的硒原子簇,這些硒原子簇連同硒自由基在第二個高溫區(qū)中行進的路徑與在第一個高溫區(qū)9中的相同，但是其發(fā)生了更多的碰撞，以使極少量的硒原子簇全部形成硒自由基。然后這些硒自由基進入真空室5，并在已經(jīng)加熱的基板7上沉積形成質(zhì)量更好的薄膜。實施例9在實施例7的裝置中，在第二個高溫區(qū)的上方再串聯(lián)第三個高溫區(qū)，即所串聯(lián)的第三個高溫區(qū)的加熱管的底端開口與第二個高溫區(qū)的第二通道頂端開口相連通。在該實施例中，各個熱裂解部件具有一個低溫區(qū)和三個高溫區(qū)。以上的實施方式或?qū)嵤├⒎菍Ρ景l(fā)明進行限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在本發(fā)明的主旨下在本發(fā)明的范圍內(nèi)對上述實施方式或?qū)嵤├鞒鋈魏胃淖兒妥冃?，這些改變和變型在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)⑸鲜?b>具體實施方式
或?qū)嵤├械募夹g(shù)特征應(yīng)用到其它一個或多個實施方式或?qū)嵤├幸孕纬筛倪M的技術(shù)方案，或者將上述的多個實施方式或?qū)嵤├M行重新組合以形成改進的技術(shù)方案，這些改進的技術(shù)方案也在本發(fā)明保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.造半導(dǎo)體膜的裝置，包括真空室(5)，在所述真空室(5)上設(shè)置有至少一個熱裂解部件(10)，所述熱裂解部件(10)分為相連通的低溫區(qū)(8)和高溫區(qū)(9)，所述高溫區(qū)(9)還與所述真空室(5)內(nèi)部相連通且其中還設(shè)置有碰撞板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述低溫區(qū)(8)內(nèi)設(shè)置有坩堝(11)、加熱所述坩堝(11)的第一加熱器(12)和測定所述坩堝(11)溫度的第一電熱偶，所述低溫區(qū)⑶和高溫區(qū)(9)由加熱管(20)相連通，所述坩堝(11)的上端與所述加熱管(20)的下端連接并連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述坩堝(11)與第一加熱器(12)間設(shè)置有防護罩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述高溫區(qū)(9)內(nèi)設(shè)置有通道、碰撞板、加熱所述加熱管(20)的第二加熱器(14)和測定所述加熱管(20)溫度的第二電熱偶，所述通道與加熱管(20)連通，所述碰撞板設(shè)置在所述通道的周圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述加熱管(20)與第二加熱器(14)間設(shè)置有防護罩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述通道包括與所述坩堝(11)連通的第一通道(13)和與所述第一通道(13)連接但不相通的第二通道(15)，所述碰撞板包括設(shè)置在所述第一通道(13)周圍的第一碰撞板(16)和設(shè)置在所述第二通道(15)周圍的第二碰撞板(17),所述第一通道(13)與第一碰撞板(16)形成第一空腔(18),所述第二通道(15)與第二碰撞板(17)形成第二空腔(19)，所述第一通道(13)和第二通道(15)的上端分別設(shè)置有孔(21)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述第一空腔(18)的下端寬度大于上端寬度，所述第二空腔(19)的上端寬度大于下端寬度，所述第二通道(15)的下端寬度大于所述第一空腔(18)的上端寬度，所述第二通道(15)的下端與第一碰撞板(16)的上端形成通路(22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述熱裂解部件(10)的兩個或更多的高溫區(qū)(9)串聯(lián)在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述串聯(lián)的方式為一個高溫區(qū)(9)的第二通道(15)的頂端與另一個高溫區(qū)(9)的加熱管(20)的底端連接并連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述裝置還設(shè)置有至少一個蒸發(fā)坩堝，所述蒸發(fā)坩堝與所述真空室(5)內(nèi)部相連通。
11.造半導(dǎo)體膜的方法，包括: (1)在真空中提供基板； (2)使至少一種化學(xué)元素的原子依次進行蒸發(fā)和熱裂解兩個階段從而形成自由基； (3)將所述自由基沉淀到所述基板的表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述化學(xué)元素為硒；所述半導(dǎo)體膜的其它元素選自IB族、IIIA族或VIA族元素的一種或多種；更優(yōu)選地所述半導(dǎo)體膜的其它化學(xué)元素選自銅、銦、鎵或硫元素的一種或多種；更優(yōu)選地所述半導(dǎo)體膜具有黃銅礦結(jié)構(gòu)；更優(yōu)選地所述黃銅礦結(jié)構(gòu)為 Cu (Inx, Ga1JSe2^ Cu (In1^xGax) (Se2_ySy)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，所述硒元素通過所述熱裂解部件進行蒸發(fā)，所述銅元素、銦元素、鎵元素或硫元素通過所述蒸發(fā)坩堝進行蒸發(fā)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述蒸發(fā)階段在200-400°C下進行，在所述蒸發(fā)階段中，使所述元素的原子形成原子簇。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14中任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述熱裂解階段在600-700 0C的溫度下進行，在所述熱裂解階段，所述原子簇形成自由基。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15中任一項權(quán)利要求所述的方法，其中在所述熱裂解階段中，通過使所述原子簇與碰撞板發(fā)生碰撞以促使其形成自由基。
17.根據(jù)權(quán)利要求11-16中任一項權(quán)利要求所述的方法，其中將所述熱裂解階段進行兩次或多次以增加原 子簇行進的路徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求11-17中任一項權(quán)利要求所述的方法，其中在所述步驟(3)中，將所述基板加熱。
全文摘要
公開了制造半導(dǎo)體膜的方法，包括如下步驟提供基板、使至少一種化學(xué)元素的原子依次進行熱蒸發(fā)和熱裂解兩個階段從而形成自由基以及將所述自由基沉淀到所述基板的表面；還公開了制造半導(dǎo)體膜的裝置，包括真空室，在所述真空室上設(shè)置有至少一個熱裂解部件，所述熱裂解部件分為均與真空室內(nèi)部相連通的低溫區(qū)和高溫區(qū)，所述高溫區(qū)中還設(shè)置有碰撞板。
文檔編號H01L31/18GK103094407SQ201110350459
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者蕭旭東, 張擷秋, 楊世航, 朱家寬, 鄒承德, 葉荏碩 申請人:香港中文大學(xué)