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1、(10)申请公布号 CN 104157730 A (43)申请公布日 2014.11.19 C N 1 0 4 1 5 7 7 3 0 A (21)申请号 201410352977.X (22)申请日 2014.07.23 H01L 31/18(2006.01) C30B 25/02(2006.01) C30B 29/06(2006.01) (71)申请人华北电力大学 地址 102206 北京市昌平区朱辛庄北农路2 号 (72)发明人陈诺夫 牟潇野 杨博 辛雅焜 吴强 弭辙 付蕊 刘虎 仲琳 白一鸣 高征 刘海 (74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理 有限公司 11246 代理人陈波 (。
2、54) 发明名称 一种单晶硅衬底锗外延薄膜的制备方法 (57) 摘要 本发明提供一种单晶硅衬底锗外延薄膜的制 备方法，所述方法包括如下步骤：(1)以单晶硅片 为衬底；(2)在单晶硅片衬底抛光面上利用磁控 溅射方法沉积一层石墨过渡层，石墨过渡层厚度 为20-100nm；(3)在石墨过渡层上利用化学气相 沉积的方法制备锗薄膜，厚度为20-100m。本发 明的方法将石墨作为硅和锗之间的过渡层，不仅 可以消除硅和锗之间的晶格失配，还可以减小由 于热膨胀系数不匹配造成的锗薄膜质量的下降， 降低锗薄膜的缺陷密度。本发明的方法利用磁控 溅射方法、化学气相沉积法制备出锗薄膜，用于后 续多节叠层电池的制作，大幅。
3、度的降低多节太阳 能电池的生产成本，提高太阳能电池的效率。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104157730 A CN 104157730 A 1/1页 2 1.一种单晶硅衬底锗外延薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)以单晶硅片为衬底； (2)在单晶硅片衬底抛光面上沉积一层石墨过渡层； (3)在石墨过渡层上利用化学气相沉积的方法制备锗薄膜。 2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述单晶硅衬底为单面抛光或双面 抛光的开。
4、盒即用型单晶硅片，厚度为160-400m。 3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中采用磁控溅射的方法在单 晶硅衬底上沉积石墨过渡层，沉积温度为300-800。 4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨过渡层厚度为20-100nm。 5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中采用化学气相沉积的方法 制备锗薄膜，沉积温度为1000-1200。 6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，锗薄膜厚度为20-100m。 权 利 要 求 书CN 104157730 A 1/3页 3 一种单晶硅衬底锗外延薄膜的制备方法 技术领域 0001 本发明属于锗外。
5、延薄膜制备技术领域，具体涉及一种利用磁控溅射方法和化学气 相沉积方法在单晶硅衬底上制备锗薄膜的方法。 背景技术 0002 近年来，在高效叠层太阳电池的研制中，由元素周期表中III族元素与V族元素组 成的III-V族太阳能电池得到了极大的青睐。其中，在锗单晶衬底上生长的三结太阳电池 GeGaInAsGaInP具有最高的光电转换效率，在标准太阳光强(AM1.5)下其转换效率已达 到35，在聚光条件下其转换效率已超过42(AM1.5，454倍聚光)。但是由于锗是典型的 烯散金属，全世界可供开采的锗资源比较匮乏，价格昂贵，因此三结太阳电池的应用受到限 制。 0003 硅在地壳中储量丰富，其各项性能研究。
6、与生产技术已非常成熟，广泛应用于太阳 电池领域和微电子领域。因此，为了降低多结高效太阳电池的成本和解决锗材料匮乏的问 题，可以在单晶硅衬底上外延锗薄膜，再制备出SiGeGaInAsGaInP多节太阳能电池，这 样既能减小锗原料的使用量，又能降低太阳电池的成本。然而，由于硅和锗的晶格常数不 同，直接在硅上外延锗会出现较多的晶体缺陷，因此很难生长出锗外延层。 0004 石墨材料具有低成本、热膨胀系数与硅相近、耐高温、同时可用作掺杂元素及电极 材料等优点。因此，将石墨作为硅和锗之间的过渡层，即在单晶硅衬底上先沉积一层石墨薄 膜后再外延锗薄膜，不仅可以消除硅和锗之间的晶格失配，还可以减小由于热膨胀系数。
7、不 匹配造成的锗薄膜质量的下降，降低锗薄膜的缺陷密度。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种在单晶硅衬底上沉积制备锗薄膜的方法。 0006 为实现本发明的目的，技术方案如下： 0007 一种单晶硅衬底锗外延薄膜的制备方法，包括如下步骤： 0008 (1)以单晶硅片为衬底； 0009 (2)在单晶硅片衬底抛光面上沉积一层石墨过渡层； 0010 (3)在石墨过渡层上利用化学气相沉积的方法制备锗薄膜。 0011 所述单晶硅衬底为单面抛光或双面抛光的开盒即用型单晶硅片，厚度为 160-400m。 0012 步骤(2)中采用磁控溅射的方法在单晶硅衬底上沉积石墨过渡层，沉积温度为 300-800。。
8、 0013 所述石墨过渡层厚度为20-100nm。 0014 步骤(3)中采用化学气相沉积的方法制备锗薄膜，沉积温度为1000-1200。 0015 锗薄膜厚度为20-100m。 0016 本发明的方法将石墨作为硅和锗之间的过渡层，由于石墨是单分子层结构，在 说 明 书CN 104157730 A 2/3页 4 单晶硅衬底上生长一层石墨过渡层对锗薄膜的生长有一定的外延诱导作用，因此生长出 的锗薄膜表面更加平整，表面粗糙度大大降低。过渡层的存在有效的遏制了单晶硅衬底 和锗薄膜之间的晶格失配，位错密度大大降低，而且由于石墨过渡层极薄，锗薄膜也只有 20-100m，有利于与其他光电器件集成。整个制备。
9、过程工艺简单，可以减少太阳电池制备 的时间，节约能耗，降低成本，提高太阳电池的整体效率。 附图说明 0017 图1为在单晶硅片衬底上制备锗薄膜的过程示意图。 0018 图2为锗薄膜AFM扫描图。 0019 图3为锗薄膜AFM三维显示图。 具体实施方式 0020 为了进一步说明本发明的技术方案，以下结合附图和具体实例对本发明作进一步 的说明。 0021 本发明一种以单晶硅为衬底沉积制备锗外延薄膜的方法和技术。本发明利用磁控 溅射方法在单晶硅衬底上，沉积石墨过渡层，再利用化学气相沉积方法在石墨过渡层上沉 积一定厚度的锗薄膜，制备出以石墨为过渡层的单晶硅衬底锗薄膜。 0022 如图1所示，一种单晶硅。
10、衬底锗外延薄膜的制备方法，包括如下步骤： 0023 步骤1：以单晶硅片为衬底，硅片单面抛光或双面抛光； 0024 步骤2：在单晶硅片衬底抛光面上利用磁控溅射方法沉积一层石墨过渡层，石墨 过渡层厚度为20-100nm； 0025 步骤3：在石墨过渡层上利用化学气相沉积的方法制备锗薄膜，厚度为 20-100m。 0026 实现发明的最好方式 0027 1、实现发明的主要设备：磁控溅射设备和化学气相沉积设备。 0028 2、根据制备工艺，并根据生长设备的个体情况进行适当调整，如单晶硅片的选择， 源的纯度，沉积薄膜的温度、时间、功率、气体流量等。工艺参数、薄膜厚度等。 0029 实施例1 0030 步。
11、骤1：以单晶硅片为衬底，硅片单面抛光或双面抛光； 0031 步骤2：在单晶硅片衬底抛光面上利用磁控溅射方法沉积一层石墨过渡层，石墨 过渡层厚度为50nm； 0032 步骤3：在石墨过渡层上利用化学气相沉积的方法制备锗薄膜，厚度为80m。 0033 原子力显微镜分析(如图2-3所示)表明，在高温条件下，在石墨过渡层上生长锗 薄膜时，成膜粒子在石墨表面迁移率较大，易于形成表面光滑平整的锗薄膜，表面粗糙度仅 为0.638nm。Sq(Root Mean Square)为表面形貌相对于基准面的均方根粗糙度。 0034 X射线衍射数据分析表明，薄膜样品展现了非常明显的锗薄膜衍射峰，且其半高宽 非常小，呈现高度的择优取向。说明锗薄膜已经晶华，大大有利于后续多节电池在其上的合 成。 0035 实施例2 说 明 书CN 104157730 A 3/3页 5 0036 步骤1：以单晶硅片为衬底，硅片单面抛光或双面抛光； 0037 步骤2：在单晶硅片衬底抛光面上利用磁控溅射方法沉积一层石墨过渡层，石墨 过渡层厚度为70nm； 0038 步骤3：在石墨过渡层上利用化学气相沉积的方法制备锗薄膜，厚度为100m。 说 明 书CN 104157730 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104157730 A 2/2页 7 图3 说 明 书 附 图CN 104157730 A 。