[发明专利]IV族纳米粒子及其膜

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以下申请的权益：2006年12月21日提交的序号为 60/876,328的美国临时专利申请；2007年2月16日提交的序号为 60/901,768的美国临时专利申请；和作为部分继续的2007年7月10 日提交的序号为11/775,509的美国专利申请；和作为部分继续的2007 年8月21日提交的序号为11/842,466的美国专利申请，上述申请的 全部公开内容通过引用结合入本文。

公开领域

本公开一般涉及纳米粒子，并特别涉及IV族纳米粒子以及包含 IV族纳米粒子的膜。

背景

半导体构成现代电子学的基础。半导体具有可以在传导和绝缘之 间选择性地被调整和控制的物理性质，在大多数现代电子设备(例如， 计算机、移动电话、光伏电池等)中是必要的。IV族半导体一般指周 期表中第四列的那些元素(例如，碳、硅、锗等)。

一般，固体半导体往往以三种形式存在：结晶的、多晶的、无定 形的。结晶形式时，半导体原子位于没有晶界的单个连续晶格内。多 晶形式时，半导体原子位于许多较小的随机取向的微晶(较小的晶体) 中。微晶通常被称为晶粒。无定形形式时，半导体原子不显示长范围 的位置秩序。

一般，传导一般指带电载体经传递介质的运动，所述带电载体例 如电子或空穴(即，缺乏电子)。金属往往具有大量的可用的带电粒子， 而绝缘体非常少。

在不存在杂质(称为掺杂物)时，半导体往往表现为绝缘体，抑制 电流流动。然而，在添加了相对小量的掺杂物后，半导体的电学性质 可显著变为传导体，增加了带电载体的量。

根据杂质的种类，半导体的掺杂区可以具有更多的电子(n型)或更 多的空穴(p型)。例如，在常见构型中，p型区紧邻n型区以产生与电 场的(p-n)结点(junction)。因此，电场内结点的p型侧电子则可以连接 至n型区并被p型区排斥，而结点n型侧电场内空穴则可以连接至p 型区并被n型区排斥。一般，n型区和/或p型区可以各自分别包含不 同水平的相对掺杂物浓度，常常显示为n-、n+、n++、p-、p+、p++ 等。

另一实例中，可以通过将固有的(未掺杂的)固有半导体层置于n 型区和p型之间产生结点以缓和量子隧道效应，量子隧道效应是其中 电子跃迁通过经典禁止的能量状态的量子力学效应。例如，没有固有 分离层，如果p-n结点足够小，则电子可以逆电场行进并降低p-n结 点的性能。

而在另一实例中，可以通过将n型区和/或p型区邻金属区放置， 产生金属结点，以形成欧姆(低阻抗)接触。

将杂质加入半导体的一种方法包括将掺杂玻璃沉积在半导体基 底(例如硅晶片)上。在暴露于相对高温(例如900-1000℃)时，掺杂剂往 往从高掺杂玻璃扩散入所述基底。

此外，高温还往往使基底退火。退火一般是在高于临界温度或重 结晶温度加热物质以减少物质内部应力和或提高其物理和电学性质 的过程。在半导体基底的情况下，退火使掺杂物原子自身在晶格内正 确定位，以便其他电子或空穴可用于传递电流。这一般称为激活，并 且对于产生有效结点是关键的。

然而，沉积掺杂的玻璃可能有问题。例如，掺杂玻璃常常经丝印 (silk-screen)而被应用。丝印一般是利用刮板将液体(例如高掺杂玻璃糊) 机械地直接推至基底上的印刷技术。因此，该向下的机械力往往使基 底经受额外应力，并因此可能有害地影响基底的电学和物理性质。此 外，不使用多个且昂贵的费时印刷步骤，在基底与掺杂玻璃(例如与后 触点(back contact)太阳能电池)同侧产生交替的n型和p型区是困难 的。

将杂质加入半导体的另一方法包括通过离子注入将掺杂物沉积 入结晶或多晶基底。离子注入一般以高能量促进掺杂物离子进入基 底。与扩散掺杂一样，基底一般也必须以高温退火以修复基底并激活 掺杂物。然而，尽管掺杂物剂量可以高精确地控制，但是离子注入往 往是非常昂贵的，因为它需要使用专门且昂贵的半导体生产设备。