專利名稱：類金剛石薄膜作光學增透膜的新應用的制作方法
技術領域：
本發明是類金剛石膜涂覆于紅外探測器及硅太陽能電池作光學增透膜，其屬薄膜材料在光電器件中的應用。
早在七十年代，有人已用PVD及CVD法較為成功地在不同襯底材料上淀積出了金剛石薄膜或類金剛石膜。此類膜具有絕緣性好，化學性能穩定，硬度高，耐腐蝕及光學透明性(從紫外端225nm直至紅外全光學波段)甚佳等特點，已涂覆在刀刃具上提高了它的耐磨性及硬度等，特別是利用其光透性，已在鍺材料的光電器件上作光學增透膜，并獲得了成功。
目前，已有SO，TOx等作硅太陽能電池的光學增透膜，有一定的增透效率與光電轉換效率，但要大幅度提高光電轉換率還存在一定問題，故選擇優良增透膜是至關重要的。另外，對于紅外探測器，如以碲鎘汞材料制成的光電探測器，為提高其增透效率需選擇在不同波長區有增透效應的薄膜材料，但這類材料也顯得光電轉換率低，透過率不高，且在8-14μm波段處的增透膜至今仍未很好解決。
本發明的目的是以類金剛石薄膜作光電器件增透膜，特別是涂覆在硅太陽能電池，以提高其光譜響應與光電轉換率，取代SO與TOx等。涂于Ⅲ-Ⅴ，Ⅳ-Ⅵ及Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體，特別是在典型的碲鎘汞為紅外探測器上，以解決8-14μm波段的優良增透膜問題。
按照本發明，類金剛石膜制備可采用各種化學氣相淀積法或等離子體氣相淀積。根據試驗，尤以高頻(取13.56MHz)等離子體的化學氣相淀積易于實現。它主要是由甲烷(或氫氣攜帶有機溶劑乙醇等)氫及氬氣為原料，以一定比例混合后，經控制閥與管道進入反應室。室內有兩電極及不銹鋼罩構成。以硅太陽能電池及紅外探測器等光電器件材料為襯底，置于下電極，為防止此類器件材料的熱分解，尤如Ⅲ-Ⅴ，Ⅳ-Ⅵ與Ⅱ-Ⅵ族化合物中P.As，S.Se，Te及Hg等易揮發成分的分解，需以冷卻水冷卻襯底下電極為宜。反應室不斷抽真空，維持壓強在10-2-10-3mmHg之間，并在兩電極間加一定直流偏置電壓-100～-400V，待輝光放電后，使甲烷中的碳激活成離子態，調節直流反偏壓，使等離子體激活的碳離子淀積在硅太陽能電池或紅外探測器等光電器件上成類金剛石膜。其中工藝涉及的高頻功率，襯底溫度，反偏電壓，混合氣體中各組份比例的調節等項參數是制成此類薄膜關鍵。
為了便于了解本發明，實例結合附圖闡述制備類金剛石膜過程，以及將該膜應用于硅太陽能電池及碲鎘汞紅外探測器等的實施結果。
實例類金剛石膜制備在改裝的國產IQ-PF3B高頻濺射儀進行，其頻率為13.56MHz。其中有三個管道作入口(詳見下述附圖)分別是1為氬氣，2為甲烷(或氫氣攜帶有機溶劑如乙醇等)，3為氫氣。三種氣體分別由氣體調節閥5，各經流量計4，而后以一定比例混合，再經總調節閥6控制，流量為2-20ml/分進入反應室7，在反應室系統下方接真空機組8，不斷抽真空，控制壓力在10-1-2Pa，并于13.56MHz高頻下氣體輝放電，產生等離子體，激活甲烷中的碳使之電離，經電離后的碳與氫等作用，使類金剛石膜淀積在下電極10之襯底9的表面。襯底可以是硅太陽能電池，Ⅲ-Ⅴ，Ⅳ-Ⅵ及Ⅱ-Ⅵ族化合物及光電器件，碲鎘汞紅外探測器等，這些襯底需經拋光，清洗等予處理，以保證其與膜的結合力。要制得質佳的膜，上電極11與下電極10間距離一般取2-4cm，調節偏置電壓12，于-100V～-400V，襯底溫度為45℃～70℃間淀積。特別對有易揮發組份襯底材料、器件等更需注意溫度控制。
硅太陽能電池上制成的類金剛石膜，經測試得知，該膜使電池的短路電源增透率為37.9%，且響應值在較寬的光譜范圍內增大，而在550nm～750nm波長內有最大的增透效應，特別在600nm～700nm波長內量子效率接近1。實測所得的37.9%的增透率已與單膜的理論值40%相近。本發明應用于紅外探測器材料HgCdTe上作增透膜，就波長4～14μm的范圍透射率平均提高16%，特別在8μm處透射率可提高22%。由于8～14μm波段HgCdTe紅外材料的增透膜迄今仍未很好解決，故類金剛石膜作增透膜是使紅外探測器靈敏度提高的一種最合宜的材料之一。而該膜對MIS結構的HgCdTe紅外探測器的制備也具有良好應用前景。
類金剛石薄膜作光電器件增透膜應用的工藝流程示意圖。

圖1中，1、氬氣2、甲烷3、氫氣4、流量計5、氣體調節閥6、總氣體調節閥7、反應式8、真空機組抽真空9、襯底10、下電極11、上電極12、偏置電壓
權利要求
1.一種以高頻等離子體氣相淀積方法，淀積類金剛石薄膜于鍺材料制的器件表面，具有增透膜的用途，本發明特征是在硅太陽能電池與紅外探測器上作光學增透膜使用。
2.根據權利要求1的類金剛石薄膜用途，其特征是在Ⅱ-Ⅵ族，Ⅳ-Ⅵ族，Ⅲ-Ⅴ族代合物材料構成的紅外探測器上作光學增透膜使用。
3.根據權利要求1、2的類金剛石薄膜的用途，其特征是在以HgCdTe材料所構成的紅外探測器上作光學增透膜使用。
全文摘要
類金剛石薄膜以高頻等離子體氣相淀積法，涂覆于硅太陽能與紅外探測器上，具有增透膜的用途。本發明解決了該類光電器件原有增透膜的光電轉換率及光透性差問題，特別是應用于硅太陽能電池上，已使其光譜響應明顯提高；短路電流增加率達37.9％，也已接近40％理論值；于600～700nm波長內量子效率近于1。用于紅外探測器特別是碲鎘汞材料所制器件，既解決了8～14μm光增透材料，而且使透射率平均提高16％。
文檔編號H01L31/18GK1076552SQ9210835
公開日1993年9月22日 申請日期1992年3月17日 優先權日1992年3月17日
發明者夏義本, 安其霖, 居建華, 史偉民, 王鴻 申請人:上海科學技術大學