一种硅纳米柱的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硅纳米柱的制备方法，包括如下步骤：在氧化硅片的表面铺设具有预设图案的模板，所述预设图案选择成在按照所述预设图案进行刻蚀时允许刻蚀出柱状体；将所述氧化硅片放置于一刻蚀时所用的基片上，并使其与所述基片成预设夹角；利用反应气体沿着一预设方向向所述氧化硅片的内部进行刻蚀，以在所述氧化硅片内形成以预设倾斜角度倾斜的硅纳米柱。本发明专利技术的方法解决了在正上方的入射光照射到硅纳米柱上时，如何减小反射率的技术问题。

Preparation of a Silicon Nanopillar

【技术实现步骤摘要】
一种硅纳米柱的制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种硅纳米柱的制备方法。
技术介绍
在光伏领域，当前商用的太阳能电池绝大多数都是基于单晶或者多晶硅材料。然而，对于平面结构的抛光硅片而言，其在400-1100nm波长范围有着高达30％-40％的反射率，是限制硅对可见光的吸收，进而影响整个器件光转换效率的主要因素。为了减少硅的反射，增强硅对光的捕获能力，一个主要的策略就是将平面的硅进行各种微纳结构化，例如用碱液对平面硅进行制绒以得到金字塔结构的硅，这是当前比较常见的减少硅反射的方法。此外，还有诸如硅纳米线、硅纳米孔和硅纳米柱等结构。对于硅纳米柱而言，因其是比较规整的直上直下垂直的柱状结构，且硅柱的顶面和硅柱的基底也都为平面结构，所以当光从硅柱正上方照射时，其反射率依然会比较高，尤其是当硅柱直径的较小、硅柱的间距较大时尤为明显。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是要解决现有技术中的硅纳米柱反射率依然较高的技术问题。特别地，本专利技术提供了一种硅纳米柱的制备方法，包括如下步骤：在氧化硅片的表面铺设具有预设图案的模板，所述预设图案选择成在按照所述预设图案进行刻蚀时允许刻蚀出柱状体；将所述氧化硅片放置于一刻蚀时所用的基片上，并使其与所述基片成预设夹角；利用反应气体沿着一预设方向向所述氧化硅片的内部进行刻蚀，以在所述氧化硅片内形成以预设倾斜角度倾斜的硅纳米柱。可选地，利用反应气体沿着一预设方向向所述氧化硅片的内部进行刻蚀，包括如下步骤：利用反应气体Ar/CHF3沿着所述预设方向刻蚀氧化硅层，以暴露出所述氧化硅片的硅层；利用反应气体O2/SF6沿着所述预设方向刻蚀所述硅层。可选地，对所述氧化硅层刻蚀时，所述反应气体Ar/CHF3中Ar的气体流速为10-50sccm中的任一流速值，CHF3的气体流速为10-30sccm中的任一流速值。可选地，对所述硅层刻蚀时，所述反应气体O2/SF6中O2和SF6的气体流速均为1-10sccm中的任一流速值，且刻蚀时间均为1-60min中的任一时间。可选地，所述预设倾斜角度为所述硅纳米柱与所述氧化硅片的底面之间的夹角，所述氧化硅片的底面与所述基片接触；所述预设倾斜角度为1-89°中的任一角度。可选地，所述预定夹角为1-89°中的任一角度。可选地，所述模板为单层PS小球薄膜。可选地，在氧化硅片的表面铺设具有预设图案的模板，包括如下步骤：利用界面自组装的方法将PS小球组装成单层PS小球薄膜；将所述单层PS小球薄膜转移至氧化硅片的表面；利用反应离子刻蚀的方法对所述单层PS小球薄膜进行刻蚀，以使所述单层PS小球薄膜中的小球与小球之间具有预设间距，并将刻蚀后的所述单层PS小球薄膜作为所述模板。可选地，利用反应离子刻蚀的方法对所述单层PS小球薄膜进行刻蚀时，利用O2作为刻蚀气体。可选地，所述刻蚀气体O2的流速为10-50sccm中的任一流速值，且刻蚀时间为10s-30min中的任一时间。将刻蚀有硅纳米柱的氧化硅片应用至光转换器件中时，当有垂直于该氧化硅片表面的入射光照射到氧化硅片上时，该入射光与倾斜地形成在氧化硅片内的硅纳米柱之间具有一定的夹角，所以入射光会在相邻两个硅纳米柱之间进行多次反射和吸收，从而减小了反射率，增强了硅对光的吸收。需要强调的是，本申请的技术方案是专利技术人付出创造性脑力劳动，并经过海量实验验证所获得的方案，解决了本领域技术人员一直想解决，但是未能用一个简单的方法解决的技术问题，即在上述入射光照射到硅纳米柱上时，如何减小反射率。此外，本专利技术的方法简单实用，成本较小。更重要的是，利用本专利技术方法可以制备出具有任意倾斜角度的硅纳米柱，可以根据具体使用环境来选择最终制备出的硅纳米柱的倾斜角度，并且这也仅通过改变垫片的高度就可实现。因此，利用本专利技术方法制备出的硅纳米柱的应用范围极广。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是根据本专利技术一个实施例的硅纳米柱的制备方法的示意性流程图；图2是根据本专利技术一个实施例的硅纳米柱的扫描电子显微镜图；图3是利用紫外-可见-红外分光光度计测得的现有技术中的垂直硅纳米柱与本专利技术中的倾斜硅纳米柱的反射率对比图；附图标记：1-硅纳米柱，2-氧化硅片。具体实施方式图1示出了根据本专利技术一个实施例的硅纳米柱的制备方法的示意性流程图。如图1所示，该硅纳米柱的制备方法包括：步骤S100，在氧化硅片的表面铺设具有预设图案的模板，预设图案选择成在按照预设图案进行刻蚀时允许刻蚀出柱状体；步骤S200，将氧化硅片放置于一刻蚀时所用的基片上，并使其与基片成预设夹角；步骤S300，利用反应气体沿着一预设方向向氧化硅片的内部进行刻蚀，以在所述氧化硅片内形成以预设倾斜角度倾斜的硅纳米柱，即以形成硅纳米柱，并使硅纳米柱以预设倾斜角度的倾斜方式形成在氧化硅片内。在步骤S100中，可以将聚苯乙烯(PS)小球薄膜作为模板，但并不限于此。在一个实施例中，PS小球薄膜模板的制备方法包括：步骤S101，利用界面自组装的方法将PS小球组装成单层PS小球薄膜；步骤S102，将单层PS小球薄膜转移至氧化硅片的表面；步骤S103，利用反应离子刻蚀的方法对单层PS小球薄膜进行刻蚀，以使单层PS小球薄膜中的小球与小球之间具有预设间距，并将刻蚀后的单层PS小球薄膜作为模板。在步骤S101中，PS小球的直径选择为0.1μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、15μm或20μm，也可以为0.1-20μm中任一其它数值。在PS小球的直径小于0.1μm时，后续对PS小球的刻蚀难度会增大。在PS小球的直径大于20μm时，最终由该模板获得的硅纳米柱的直径太小，并且相邻两个硅纳米柱的间距过大，最终获得的硅纳米柱的反射率会相对较高。在步骤S102中，将单层PS小球薄膜转移至氧化硅片的表面，可以有多种方式，例如，比较方便的方法是将氧化硅片置入单层PS小球薄膜所在的液体中，并将该氧化硅片从液体内部向液面提拉，类似用氧化硅片将单层PS小球薄膜打捞至其表面。在一个实施例中，在步骤S103中，将铺设有单层PS小球薄膜的氧化硅片置入反应离子刻蚀舱体中，并用O2作为刻蚀气体，以对单层PS小球薄膜进行刻蚀。其中，刻蚀气体O2的流速例如可以为10sccm、20sccm、30sccm、40sccm或50sccm，也可以为10-50sccm中的任一其它流速值。并且，刻蚀时间例如可以为10s、30s、1min、10min、20min或30min，也可以为10s-30min中的任一其它时间。在步骤S200中，将氧化硅片放置在基片上，可以在氧化硅片与基片之间垫上垫片，并使氧化硅片一端与基片相接触，另一端与垫片相接触，从而使得氧化硅片和基片之间成预定夹角。该垫片可以选择硅片，如此可以在刻蚀舱内不引入其它物质，以免影响刻蚀效果。在一个实施例中，在步骤S300中，可以利用入反应离子刻蚀的方法，并利用可是气体Ar/CHF3和O2/SF6对氧化硅片进行刻蚀，包括：步骤S301，利用反应气体Ar/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅纳米柱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在氧化硅片的表面铺设具有预设图案的模板，所述预设图案选择成在按照所述预设图案进行刻蚀时允许刻蚀出柱状体；将所述氧化硅片放置于一刻蚀时所用的基片上，并使其与所述基片成预设夹角；利用反应气体沿着一预设方向向所述氧化硅片的内部进行刻蚀，以在所述氧化硅片内形成以预设倾斜角度倾斜的硅纳米柱。

【技术特征摘要】
1.一种硅纳米柱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在氧化硅片的表面铺设具有预设图案的模板，所述预设图案选择成在按照所述预设图案进行刻蚀时允许刻蚀出柱状体；将所述氧化硅片放置于一刻蚀时所用的基片上，并使其与所述基片成预设夹角；利用反应气体沿着一预设方向向所述氧化硅片的内部进行刻蚀，以在所述氧化硅片内形成以预设倾斜角度倾斜的硅纳米柱。2.根据权利要求1所述的硅纳米柱的制备方法，其特征在于，利用反应气体沿着一预设方向向所述氧化硅片的内部进行刻蚀，包括如下步骤：利用反应气体Ar/CHF3沿着所述预设方向刻蚀氧化硅层，以暴露出所述氧化硅片的硅层；利用反应气体O2/SF6沿着所述预设方向刻蚀所述硅层。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，对所述氧化硅层刻蚀时，所述反应气体Ar/CHF3中Ar的气体流速为10-50sccm中的任一流速值，CHF3的气体流速为10-30sccm中的任一流速值。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，对所述硅层刻蚀时，所述反应气体O2/SF6中O2和SF6的气体流速均为1-10sccm中的任一流速值，且刻蚀时间均为1-60min中的任一时间。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓宏，揭建胜，肖鹏，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32