DE10101375A1

DE10101375A1 - Punktkontakte für Halbleiter und deren Herstellung

Info

Publication number: DE10101375A1
Application number: DE10101375A
Authority: DE
Inventors: Dieter Meissner
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2001-01-13
Filing date: 2001-01-13
Publication date: 2002-07-18
Also published as: DE10290106D2; WO2002056346A3; WO2002056339A2; AU3315302A; WO2002056346A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Punktkontakten zwischen einem Halbleiter und einem Elektronenleiter. Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich eine vorherige Reduzierung einer Metallteilchen umfassenden Lösung zunutze, die beim Eintauchen eines Halbleiters in diese reduzierte Lösung ein Entstehen von Oberflächenzuständen regelmäßig verhindert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Punktkontakte für Halb leiter und deren Herstellungsverfahren.

Anstelle von großflächigen Kontaktierungen eines Halb leiters werden häufig metallische Punktkontakte einge setzt, da sie die Stromverluste durch Rekombination der gebildeten Ladungsträger an der Oberfläche des Halblei ters vermeiden sollen.

Diese Technik wird unter anderem in hocheffizienten Solarzellen angewendet, bei denen ein Halbleiter über metallische Punktkontakte mit einem Elektrolyten ver bunden ist, wie aus "J. Knobloch, W. Wetting, Hocheffi ziente Solarzellen, in Solarzellen, Hrsg. D. Meissner, Vieweg, Braunschweig 1993" hervorgeht. Dabei wird der nicht mit Punktkontakten belegte Teil der Oberfläche beispielsweise chemisch passiviert werden, insbesondere durch eine isolierende Oxidschicht. Weiterhin kann die ser Teil der Oberfläche auch mit sogenannten "back sur face fields" ausgestattet werden. Die beschriebenen Punktkontakte werden in aufwendigen und teuren Prozes sen lithographisch hergestellt.

Aus "A. Maier, I. Uhlendorf, D. Meissner, Electrochimi ca Acta, 40 (1995) 1523-1535" ist bekannt, Punktkontak te an einer Halbleiter/Elektrolyt Grenzfläche durch einfaches Eintauchen eines Halbleiters in eine Suspen sion oder eine kolloidale Lösung von Metallteilchen herzustellen, so daß sich Metall auf der Oberfläche ab scheidet. Bei dieser Technik stören jedoch die freien Metallionen in der Lösung, die im Gleichgewicht mit den kolloidalen Metallteilchen (Metallcluster) vorliegen. Metallionen auf der Oberfläche führen regelmäßig zu Stromverlusten durch Rekombination der gebildeten La dungsträger an der Oberfläche des Halbleiters. Zur Ver meidung dieses Problems wird daher die kolloidale Lö sung kurz vor Eintauchen des Halbleiters chemisch redu ziert. Nach der Abscheidung der Metallcluster auf der Oberfläche des Halbleiters, die dann die Punktkontakte bilden, kann der so modifizierte Halbleiter beispiels weise in eine elektrochemische Zelle eingebaut werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und zuver lässiges Verfahren zur Herstellung von metallischen Punktkontakten zwischen einem Halbleiter und einem Elektronenleiter zu schaffen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die metallischen Punktkontakte zwischen einem Halbleiter und einem Elektronenleiter nicht die oben genannten Nachteile aufweisen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach An spruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Nebenanspruch. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den rückbe zogenen Ansprüchen.

Das Verfahren zur Herstellung von Punktkontakten zwi schen einem Halbleiter und einem Elektronenleiter nach Anspruch 1 umfaßt folgende Schritte

- eine Flüssigkeit, in der sich Metallteilchen befin den, wird chemisch reduziert,
- ein Halbleiter wird zum Aufwachsen der metallischen Punktkontakte in diese Flüssigkeit eingetaucht,
- die nicht mit metallischen Punktkontakten belegte Oberfläche des Halbleiters wird passiviert,
- die aus Punktkontakten und passivierter Schicht be stehende Oberfläche wird mit einem Elektronenleiter belegt.

Geeignete Flüssigkeiten sind beispielsweise wäßrige Lösungen oder organische Lösungsmittel, wie z. B. Ace tonitril, in denen sich Metallteilchen lösen oder sus pendieren lassen. Unter Metallteilchen versteht man Metallionen, Komplexe mit Metallionen oder auch größere (bis zu 10^-8 mol/l, insbesondere 10^-10 mol/l) ungeladene metallische Partikel (Metallcluster). Geeignete Metalle sind z. B. Pt, Ag oder Cu sowie Legierungen mit diesen Metallen. Vorteilhaft für das Verfahren ist der Einsatz einer Suspension oder einer kolloidalen Lösung mit Me tallteilchen. Die Größe und die Konzentration der Me tallcluster beeinflussen unter anderem die Größe und die Anzahl der nach dem geltenden Verfahren auf der Halbleiteroberfläche gebildeten metallischen Punktkon takte.

Vor dem Eintauchen des Halbleiters in die Flüssigkeit werden die geladenen Metallteilchen (z. B. Metallionen) in der Flüssigkeit chemisch reduziert, so daß nur noch wenig freie geladene Metallteilchen in der Flüssigkeit vorhanden sind. Vorteilhaft wird die Konzentration an freien geladenen Metallteilchen auf unter 10^-8 mol/l, insbesondere auf unter 10^-10 mol/l gesenkt. Dadurch wird verhindert, daß sich neben den erwünschten Metallclu stern, die nach der Abscheidung auf der Oberfläche des Halbleiters die Punktkontakte bilden, einzelne kleinere Metallteilchen auf der Oberfläche abscheiden, die nach teilig regelmäßig zu Rekombinationen der Ladungsträger an der Oberfläche des Halbleiters führen. Die chemische Reduktion der geladenen Metallteilchen wird beispiels weise durch Zugabe eines starken Reduktionsmittels her beigeführt. Ein geeignetes Reduktionsmittel ist z. B. NaBH₄ oder Natrium. Die Flüssigkeit, in der die Metall teilchen suspendiert oder gelöst sind, und das Redukti onsmittel sind aufeinander abgestimmt, so daß bei der Zugabe des Reduktionsmittels keine unerwünschte Neben reaktion auftritt. Beispielsweise wird bei dem Einsatz von Natrium als Reduktionsmittel vorteilhaft keine wäß rige Lösung mit Metallteilchen verwendet, sondern z. B. Acetonitril, da es sonst zu einer unerwünschten Neben reaktion des Wassers mit dem Natrium kommt. Ein Fach mann auf dem Gebiet der Chemie ist in der Lage, die Flüssigkeit und das Reduktionsmittel vorteilhaft so auszuwählen, daß unerwünschten Nebenreaktionen verhin dert werden.

Im Anschluß an die chemische Reduktion der geladenen Metallteilchen wird der Halbleiter in diese Flüssigkeit eingetaucht. Ein geeigneter Halbleiter ist beispiels weise Silizium, Indiumphosphit oder Galliumarsenit. Die zu größeren Clustern aggregierten Metallteilchen (Me tallcluster) scheiden sich als Punktkontakte auf dem eingetauchten Halbleiter ab, bzw. wachsen auf der Ober fläche auf.

Die restliche, nicht durch Punktkontakte belegte, Ober fläche des Halbleiter wird anschließend chemisch passi viert. Dies wird beispielsweise durch die Oxidation des Halbleiters mit Sauerstoff oder Luft erzielt. Dabei entsteht dann eine passivierte Schicht aus z. B. Sili ziumdioxid, Siliziumcarbid oder auch Siliziumnitrid.

Auf die derart behandelte Oberfläche des Halbleiters (Punktkontakte und passivierte Schicht) wird anschlie ßend ein Elektronenleiter aufgebracht. Dieser Elektro nenleiter besteht vorteilhaft aus einem Metall. Es kann beispielsweise ein dünner Aluminiumfilm aufgedampft werden. Weitere geeignete Metalle sind insbesondere Au oder Ag. Der aufgebrachte Elektronenleiter hat Kontakt zu den Punktleitern, so daß ein Stromfluß vom Halblei ter über die metallischen Punktkontakte zum Elektronen leiter möglich ist.

Das anspruchsgemäße Bauelement nach Anspruch 2 weist einen Halbleiter, einen Elektronenleiter, eine zwischen Halbleiter und Elektronenleiter befindliche passivierte Schicht sowie metallische Punktkontakte auf, die einen elektronischen Kontakt zwischen dem Halbleiter und dem Elektronenleiter bilden. Der anspruchsgemäße metalli sche Punktkontakt zwischen dem Halbleiter und dem Elek tronenleiter wird vorteilhaft nach einem Verfahren ge mäß Anspruch 1 hergestellt. Die passivierte Schicht ist für eine Elektronenleitung ungeeignet, wie beispiels weise Siliziumdioxid, Siliziumcarbid oder auch Silizi umnitrid. Die Elektronenleitung zwischen dem Halbleiter und dem Elektronenleiter findet insbesondere nur über die Punktkontakte statt. Die anspruchsgemäßen Punktkon takte sind kleiner als 500 nm, insbesondere kleiner als 100 nm.

Vorteilhaft können solche Bauelemente als Rückkontakte für Solarzellen oder in elektronischen Schaltungen ein gesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von metallischen Festkör per-Punktkontakten zwischen einem Halbleiter und einem Elektronenleiter mit den Schritten

- eine Flüssigkeit, in der sich Metallteilchen be finden, wird chemisch reduziert,
- ein Halbleiter wird zum Aufwachsen der metalli schen Punktkontakte in diese Flüssigkeit einge taucht,
- die nicht mit metallischen Punktkontakten beleg te Oberfläche des Halbleiters wird passiviert,
- die aus Punktkontakten und passivierter Schicht bestehende Oberfläche wird mit einem Elektronen leiter belegt.

2. Bauelement mit einem Halbleiter und einem Elektro nenleiter, mit einer zwischen Halbleiter und Elek tronenleiter befindlichen passivierten Schicht so wie metallischen Punktkontakten, wobei die Punkt kontakte kleiner als 500 nm, insbesondere kleiner als 100 nm sind.