[发明专利]脉冲沉积与再结晶以及利用结晶化/非晶物质的堆叠式太阳能电池设计

说明书

背景技术

诸如平板显示器(flat panel display，FPD)以及太阳能电池的新兴技术的广泛采用取决于在低成本基板上制造电装置(electrical device)的能力。在FPD的制造中，典型的低成本平板显示器(FPD)的像素是由薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)切换，所述薄膜晶体管通常可制造于沉积于惰性玻璃基板上的非晶硅薄膜(约50奈米厚)上。然而，改良的FPD需要像素效能更佳的TFT，且宜在面板上直接制造高效能电子控制器。其一个优点可为减少所需成本以及在面板与外部控制电路之间的不可靠的连接。

目前FPD含有经由低温沉积法沉积于显示器玻璃面板上的硅层，所述沉积法诸如溅镀法(sputtering)、蒸镀法(evaporation)、电浆增强化学气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)或低压化学气相沉积法(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)。所述低温法合乎需求，因为用于制造FPD的面板倾向于为非晶的且所具有的玻璃转变温度约为600℃。若在600℃以上制造，则面板可能具有不均匀或不平坦的结构或表面。而在耐受温度较高的玻璃面板，诸如石英或蓝宝石面板；然而，所述玻璃的高成本阻碍其使用。若价格较便宜，则有可能进一步降低成本，可使用耐受温度较低的玻璃或塑胶面板。

然而，低温沉积法不会产生最佳硅膜。如此项技术中所知，固体硅具有三种常见相：非晶相、多晶相以及单晶相。若硅在低温下沉积，则沉积的硅膜倾向于呈非晶相。与基于多晶或单晶硅膜的薄膜晶体管的通道相比，基于非晶硅膜的薄膜晶体管的通道可具有较低迁移率。

为获得多晶或单晶硅层，面板可经历其他制程以使非晶硅膜转化成多晶或单晶膜。为获得含有多晶硅膜的面板，面板可经历准分子激光器退火(ELA)制程。ELA制程的实例的更多详情可见美国专利第5,766,989号。为获得含有较大晶体的面板，面板可经历称为依序性横向固化(Sequential Lateral Solidification，SLS)制程的制程。SLS制程的实例可见美国专利第6,322,625号。虽然ELA与SLS制程可产生含单晶或多晶硅薄膜的面板，但各制程均不是没有缺点。举例而言，所述两种制程中所使用的准分子激光器可能操作费用昂贵，从而产生昂贵的TFT。另外，负载循环(duty cycle)对将非晶硅最佳地转化为结晶硅而言可能不是最佳的。另外，准分子激光器的输出功率可具有脉冲-脉冲变化及空间不均匀性，此可能影响所述制程的均匀性。亦可存在可能由例如光束自干扰所引起的脉冲内不均匀性。所述脉冲间与脉冲内不均匀性会导致含有不均匀晶体的硅膜。

所述问题亦存在于太阳能电池制造中。能够产生低成本非晶硅或结晶硅可降低所述面板的成本，从而增加其作为替代能源的吸引力。因而，需要成本高效且生产价值高地在低成本基板上制造高品质结晶材料的新颖粒子处理方法以及设备。另外，能够选择性地产生非晶或结晶硅层可有助于制造太阳能电池。

发明内容

本发明揭示一种使材料在基板上沉积且结晶的方法。在一特定实施例中，所述方法可包含产生含有与沉积相关的物质以及携带能量的物质的电浆。在第一时间段期间，无偏压电压施加于基板，且物质经由电浆沉积而沉积于基板上。在第二时间段期间，电压施加于基板，所述电压吸引离子且吸引至沉积物质中，从而引起沉积层结晶。可重复所述制程直至获得足够厚度。在另一实施例中，可改变偏压电压或偏压脉冲的持续时间以改变所发生的结晶化程度。在另一实施例中，可使用掺杂剂掺杂沉积层。

附图说明

为有助于全面理解本发明，现参考附图，在附图中，相同特征用相同标号表示。所述图不应理解为限制本发明，而仅为例示性的说明。

图1是可使非晶材料转变成结晶材料的各种机制的方框图。

图2显示一个实施例所使用的电浆辅助掺杂系统(PLAD)。

图3是显示偏压电压的脉冲图形的时序图。

图4是显示偏压电压的脉冲图形与所提供的材料的状态的时序图。

图5是显示结晶化的热依赖性的曲线图。

图6是显示偏压电压的脉冲图形与RF源功率的电压波形的时序图。

图7显示一般串联电池的示意图。

图8是显示非晶与结晶硅层的示意图。

图9是显示沉积硅的结晶化梯度的示意图。

具体实施方式