KR101199221B1 - 실리콘계 나노입자 박막 증착방법, 실리콘계 나노입자 박막 및 이를 위한 실리콘계 나노입자 박막 증착장치 - Google Patents
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Abstract
실리콘계 나노입자 박막 증착방법, 실리콘계 나노입자 박막 및 이를 위한 실리콘계 나노입자 박막 증착장치가 제공된다.
본 발명에 따른 실리콘계 나노입자 박막 증착방법은 실리콘계 나노입자를 합성하는 합성단계; 및 상기 실리콘계 나노입자를 기판에 제 1 증착시키는 증착단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 실리콘계 나노입자 증착 방법 및 장치는, 합성된 실리콘계 나노입자를 또 다른 공정에서 전처리하지 않고, 합성과 동시에 기판에 증착시키므로, 나노입자 오염에 따른 전지효율 저하의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 단일 시스템에서 합성과 증착이 진행되므로 경제성이 우수하며, 더 나아가, 나노입자의 속도 및 기판 높이를 조절함으로써 대면적 기판에서 원하는 형태의 나노입자 박막의 증착이 가능하다.
본 발명에 따른 실리콘계 나노입자 박막 증착방법은 실리콘계 나노입자를 합성하는 합성단계; 및 상기 실리콘계 나노입자를 기판에 제 1 증착시키는 증착단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 실리콘계 나노입자 증착 방법 및 장치는, 합성된 실리콘계 나노입자를 또 다른 공정에서 전처리하지 않고, 합성과 동시에 기판에 증착시키므로, 나노입자 오염에 따른 전지효율 저하의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 단일 시스템에서 합성과 증착이 진행되므로 경제성이 우수하며, 더 나아가, 나노입자의 속도 및 기판 높이를 조절함으로써 대면적 기판에서 원하는 형태의 나노입자 박막의 증착이 가능하다.
Description
본 발명은 실리콘계 나노입자 박막 증착방법, 실리콘계 나노입자 박막 및 이를 위한 실리콘계 나노입자 박막 증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘계 나노입자 박막과 증착이 하나의 시스템 내에서 진행되므로, 공정 안정성과 함께 외부로부터의 나노입자 오염을 방지할 수 있는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법, 실리콘계 나노입자 박막 및 이를 위한 실리콘계 나노입자 박막 증착장치에 관한 것이다.
태양전지 시장의 대부분을 차지하는 벌크형 실리콘 태양전지는 높은 효율에도 불구하고 높은 원가라는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위한 시도로서 박막 태양전지가 활발히 연구되고 있다.
박막 태양전지 형태 중 하나는 저가의 기판, 예를 들면 유리, 금속판 또는 플라스틱 상에 박막 형태로 실리콘, 게르마늄 등의 실리콘계 물질을 증착시킨 형태이며, 벌크형 실리콘 태양전지에 비하여 낮은 원가라는 장점과 함께, 하부 기판 특성에 따라 플렉서블 태양전지 등이 가능하다는 장점이 있다.
더 나아가, 실리콘계 박막 태양전지의 효율을 향상시키고자 미리 합성된 실리콘계 나노입자를 기판에 도입하는 기술이 있다. 상기 도입 기술로서 예를 들면 미리 합성된 나노입자를 함유하는 페이스트 또는 잉크 등을 박막 태양전지 기판에 도포시키는 기술이 있는데, 이 경우 미세한 크기 및 높은 표면적을 갖는 나노입자들이 외부에 노출되게 된다. 즉, 외부 공기나 조건에 나노입자들이 노출됨으로써 오염이 발생할 가능성이 높아지고, 더 나아가, 오염된 나노입자에 의하여 박막 태양전지의 효율이 떨어질 수 있다.
따라서 본 발명이 해결하려는 과제는 실리콘계 나노입자 합성과 함께, 이를 외부에 노출시키지 않고 기판에 증착시킬 수 있는 실리콘계 나노입자 박막의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 상술한 방법에 의하여 제조되며, 우수한 특성을 갖는 실리콘계 나노입자 박막을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 실리콘계 나노입자 합성과 증착이 하나의 시스템 내에서 진행될 수 있는 실리콘계 나노입자 박박 제조장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실리콘계 나노입자를 합성하는 합성단계; 및 상기 실리콘계 나노입자를 기판에 제 1 증착시키는 증착단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 방법은 상기 합성단계와 이송단계 사이에 상기 합성된 실리콘계 나노입자를 압력에 의하여 이송시키는 이송단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 증착단계는 실리콘계 박막을 증착하기 위한 반응가스가 유입되는 단계; 및 상기 유입된 반응가스가 분해되어 상기 기판에 실리콘계 박막이 제 2 증착되는 단계를 더 포함하며, 상기 제 1 증착과 제 2 증착은 동시에 진행될 수 있다.
이와 달리, 상기 제 1 증착과 제 2 증착은 순차적으로 진행될 수 있으며, 상기 합성단계, 이송단계 및 증착단계는 연속적으로 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 반응가스는 플라즈마 또는 열에 의하여 분해될 수 있다.
또한, 상기 이송단계에서 상기 실리콘계 나노입자는 감소하는 압력 프로파일을 갖는 복수 개의 압력 영역을 연속하여 통과할 수 있으며, 상기 복수 개의 압력 영역을 통과하면서 상기 실리콘계 나노입자는 속도 구배가 발생할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 합성단계에서 실리콘계 나노입자는 또 다른 반응가스를 플라즈마 또는 레이저에 의하여 분해시켜 합성되며, 상기 방법은 이송단계 후 증착단계 전, 상기 실리콘계 나노입자를 분산시키는 분산 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 방법에 의하여 제조된 실리콘계 나노입자 박막 및 이를 포함하는 박막 태양전지를 제공한다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실리콘계 나노입자 박막 증착장치로서, 상기 장치는 제 1 반응가스로부터 실리콘계 나노입자가 합성되는 합성부; 상기 합성부와 연결되어, 합성된 상기 실리콘계 나노입자가 연속적으로 통과할 수 있는 하나 이상의 노즐을 포함하며, 상기 노즐을 통하여 실리콘계 나노입자가 이동되는 이송부; 및 상기 이송부와 연결되어, 상기 이송부를 통하여 이동된 실리콘계 나노입자를 기판에 증착시키는 증착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 이송부는 순차적으로 감소하는 압력 프로파일을 갖는 복수 개의 단위 영역을 포함하며, 상기 노즐은 상기 단위 영역 사이에 구비된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 복수 개의 단위 영역 각각에는 상기 단위 영역 내의 압력을 감소시킬 수 있는 압력 감소수단이 구비되며, 상기 합성부, 이송부 및 증착부에서의 압력은 순차적으로 감소한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 증착 장치는 상기 이송부와 증착부 사이에 구비되어, 이동하는 상기 실리콘계 나노입자를 균일하게 분포시키는 분산수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 증착부는 실리콘계 박막 증착을 위한 제 2 반응가스가 유입되는 반응가스 유입부; 및 상기 유입된 제 2 반응가스를 분해하여, 상기 기판에 실리콘계 박막을 증착시키기 위한 수단을 더 포함하며, 상기 실리콘계 나노입자 증착 및 실리콘계 박막 증착은 동시에 또는 순차적으로 진행될 수 있다.
또한, 상기 수단은 상기 증착부 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부를 포함하며, 상기 증착부는 상기 기판이 적치되는 플레이트; 및 상기 플레이트에 구비되어 상기 기판의 온도를 조절하는 온도 조절 수단을 포함하며, 여기에서 상기 플레이트의 높이는 조절가능하다.
본 발명에 따른 실리콘계 나노입자 증착 방법 및 장치는, 합성된 실리콘계 나노입자를 또 다른 공정에서 전처리하지 않고, 합성과 동시에 기판에 증착시키므로, 나노입자 오염에 따른 전지효율 저하의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 단일 시스템에서 합성과 증착이 진행되므로 경제성이 우수하며, 더 나아가, 나노입자의 속도 및 기판 높이를 조절함으로써 대면적 기판에서 원하는 형태의 나노입자 박막의 증착이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 단일장치 내에서 수행되는 실리콘계 나노입자 박막의 증착방법에 대한 단계도이다.
도 2는 본 발명에 따른 증착 방법을 설명하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계 나노입자 박막 증착 장치의 단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 단위 압력영역 사이에 형성된 노즐의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계 나노입자 분산수단(340)의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 실리콘계 나노입자 박막 증착장치의 모식도이다.
도 7a 및 7b는 도 6에서 도시된 플레이트(660) 높이 조절을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 증착장치의 모식도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 증착장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 증착 방법을 설명하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계 나노입자 박막 증착 장치의 단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 단위 압력영역 사이에 형성된 노즐의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계 나노입자 분산수단(340)의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 실리콘계 나노입자 박막 증착장치의 모식도이다.
도 7a 및 7b는 도 6에서 도시된 플레이트(660) 높이 조절을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 증착장치의 모식도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 증착장치의 모식도이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명은 실리콘계 나노입자(이는 실리콘, 게르마늄 등의 4족 반도체 특성을 갖는 나노입자를 모두 포함하는 용어이며, 실리콘(Si) 자체로 나노입자의 종류가 한정되지 않는다)의 합성과 증착이 별도의 시스템에서 진행되는 종래 기술과 달리, 하나의 시스템 내에서 합성과 증착을 실질적으로 동시에 진행한다. 따라서, 합성된 실리콘계 나노입자가 증착장치 외부로 노출되지 않으므로, 나노입자의 오염 또는 입자 응집(aggregation), 그리고 오염 및 응착을 방지하기 위한 나노입자 표면처리 공정 등이 필요하지 않게 된다. 더 나아가, 본 발명은 실리콘계 나노입자 합성공정의 공정 압력(제 1 압력)과 증착공정의 공정압력(제 2 압력)은 서로 차이가 나며, 특히 제 1 압력이 제 2 압력보다 높다는 점에 주목하여, 합성된 나노입자가 응집되기 전, 합성된 나노입자에 압력차로 소정의 속도 구배를 발생시키고, 다시 이를 기판에 분산, 증착시키는 기술 구성을 제공한다 .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 단일장치 내에서 수행되는 실리콘계 나노입자 박막의 증착방법에 대한 단계도이다.
도 1을 참조하면, 상기 실리콘계 나노입자 박막의 증착방법은 먼저 실리콘계 나노입자를 합성하는 합성단계로 개시된다. 본 발명의 일 실시예에서 실리콘계 나노입자는 상기 합성이 진행되는 합성부로 유입되는 반응가스(제 1 반응가스)를 분해시킴으로써 합성된다. 상기 반응가스는 실리콘계 나노입자의 종류 및 합성방식에 따라 결정된다. 예를 들면, 실리콘 나노입자인 경우는 실란과 수소가스가 제 1 반응가스의 주요 성분으로 사용될 수 있으며, 제 1 반응가스를 분해시키는 방식 또한 플라즈마 또는 열 분해 방식이 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명의 범위는 상기 열거한 예에 의하여 제한되지 않는다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 증착방법은 상기 합성단계와 증착단계 사이에 합성된 상기 실리콘계 나노입자를 이동시키는 단계를 더 포함한다. 본 발명은 특히 실리콘계 나노입자를 충분한 속도로 이동시켜, 증착단계 전 이를 분산시키는 것이 매우 중요하다는 점에 주목하였으며, 이를 위하여 상기 이송단계는 합성 단계부터 증착단계까지 순차적으로 감소하는 압력 프로파일을 갖는 복수 개의 압력 영역으로 합성된 상기 나노입자를 통과시키는 방식이었으나, 본 발명은 별도의 압력 영역 없이도 나노입자 합성 및 증착을 단일 시스템에서 구현가능하다.
도 2는 상기 방법을 설명하는 모식도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 실리콘계 나노입자가 합성부(110)에서 합성되며(S1). 이때의 압력 조건은 P1이다. 이후 합성된 실리콘계 나노입자(NP)는 상기 성부(110)에 연결되며, P1보다 낮은 P2 압력을 갖는 제 1 압력영역(120)으로 유입된다(S2). 본 명세서에서 압력영역이란, 소정의 원하는 압력을 유지할 수 있는 임의의 공간 영역을 모두 통칭하는 것으로, 챔버 형태, 구간 형태 모두 가능하다. P1과 P2 사이의 압력차에 따라 제 1 압력영역으로 유입된 실리콘계 나노입자는 소정의 속도를 갖게 된다. 제 1 압력영역(120)으로 유입된 실리콘계 나노입자(NP)는 상기 제 1 압력영역(120)의 타측과 연결되며, 상기 제 1 압력영역보다 낮은 압력(P3)을 갖는 제 2 압력영역(130)으로 유입될 수 있다(S3). 이때 두 압력영역 사이에서 나노입자 유입속도를 발생시키는 힘은 두 영역 사이의 압력차이다. 하지만, 상기 제 2 압력영역 없이도 실리콘계 나노입자는 하기 설명되는 증착부로 유입되어 내부에 적치된 기판 상에 증착될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다. 다만, 본 발명의 상기 실시예에서는 다단의 압력차이를 통하여 증착단계로 유입되는 나노입자의 속도를 적절히 조절, 제어하는 방식이다.
도 2를 다시 참조하면, 상기 제 2 압력영역으로 유입된 실리콘계 나노입자는 다시 증착되어야 하는 기판(S)이 적치된 증착부(140)로 유입되어 기판(S) 상에 적층된다(S4). 이때 본 발명은 증착부로 나노입자가 유입되어 증착되기 전, 증착부로 유입되는 실리콘계 나노입자를 소정 영역 범위로 분산시킬 수 있다. 특히 본 발명의 일 실시예에서 유입되는 나노입자의 속도를 이용할 수 나노입자를 분산시킬 수 있는데, 이는 아래에서 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 증착 단계에서 실리콘계 나노입자의 증착(제 1 증착)과 실리콘계 박막 증착(제 2 증착)이 동시에 또는 순차적으로 진행될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 상기 증착 단계는, 실리콘계 박막을 증착하기 위한 또 다른 반응가스(제 2 반응)를 분해시켜, 동일 기판상에 실리콘계 나노입자와 실리콘계 박막을 증착한다. 제 2 반응가스는 박막의 종류에 따라 결정되는데, 예를 들면 실리콘 박막이 증착되는 경우, 상기 제 2 증착을 위한 제 2 반응가스는 실란과 수소를 포함할 수 있다.
또한, 증착부에서 진행되는 상기 제 2 증착공정은 플라즈마 공정일 수 있으며, 이를 위하여 아르곤과 같은 비활성가스가 플라즈마 발생을 위하여 상기 증착단계에서 사용될 수 있다. 하지만, 플라즈마 공정 이외에 열 분해 공정, 레이저 공정 등과 같이 반응가스를 분해시킬 수 있는 임의의 모든 공정이 제 2 증착공정으로 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 합성-이송-증착공정은 하나의 단일 시스템 내에서 연속적으로 수행될 수 있다. 즉, 합성 후 나노입자를 외부 시스템으로 유입시켜 처리하고, 다시 이를 기판에 증착시키는 종래 기술과 달리, 본 발명은 단일 시스템 내에서 합성-증착이 연속적으로 진행되게 하며, 그 결과 합성된 나노입자의 외부노출과 그로부터 발생하는 오염의 문제를 효과적으로 방지한다.
이하 도면을 이용하여 본 발명에 따른 실리콘계 나노입자 박막 증착 장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계 나노입자 박막 증착 장치의 단면 모식도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 증착 장치는 유입되는 반응가스(제 1 반응가스)로부터 실리콘계 나노입자가 합성되는 합성부(310)를 구비한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 합성부(310)는 플라즈마 방식에 의하여 유입되는 반응가스를 분해, 나노입자를 합성하였으나, 실란 등과 같은 반응가스를 분해할 수 있는 임의의 모든 수단, 예를 들면 열선, 레이저 등이 상기 합성부(310)에 사용될 수 있다.
상기 합성된 실리콘계 나노입자는 수 내지 수백 나노미터의 크기를 가지며, 특히 실리콘 나노입자 박막의 입자요소로 태양전지 등에 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 장치 및 방법에 의하여 기판에 증착된 실리콘계 나노입자 박막은 그 적용범위가 다양할 수 있으며, 상술한 방법에 의하여 나노입자 박막이 기판에 증착되는 한, 이는 모두 본 발명의 범위에 속한다.
상기 합성부(310)의 일 측은 이송부(320)이 연결되며, 상기 이송부(320)는 연속하는 2 개의 단위 압력영역(챔버)으로 이루어진다. 상기 단위 압력영역은 서로 상이한 압력 프로파일을 갖도록 격벽(L)으로 분리되나, 상기 격벽에는 적어도 하나 이상의 노즐(N)이 구비된다. 즉, 감소하는 압력구배를 갖는 단위 압력영역에서, 높은 압력에 있는 나노입자는 낮은 압력영역으로 이동하는데, 이때 압력차에 따라 이동하는 상기 나노입자에는 소정의 속도 구배가 발생한다. 따라서, 소정의 속도 구배가 형성된 나노입자는 격벽(L)에 형성된 상기 노즐(N)을 통하여 이동한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 단위 압력영역 사이에 형성된 노즐의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 단위 압력영역 사이의 상기 노즐은 두 영역 사이에 서로 다른 압력 조건을 유지하면서도, 나노입자가 이동할 수 있는 통로를 제공하는 형태인 것을 알 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 상기 이송부(320)를 통하여 이동된 실리콘계 나노입자가 유입되어, 기판(S)에 증착되는 증착부(330)는 다시 상기 이동부(320)의 타측에 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증착부(330)에서 또 다른 실리콘계 박막이 플라즈마 공정 등에 의하여 기판 상에 증착되므로, 상기 증착부(330)는 저압이 유지될 수 있는 챔버 형태이나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 따라서, 상기 증착부(330)에는 실리콘계 나노입자 박막 증착과 함께 실리콘계 박막을 증착하기 위한 반응가스(제 2 반응가스)가 유입되며, 상기 유입된 반응가스는 플라즈마 또는 열분해 반응에 의하여 분해된다. 따라서, 상기 증착부(330)는 유입되는 제 2 반응가스를 분해하기 위한 분해 수단을 더 구비하며, 본 발명의 일 실시예에서 상기 분해수단은 플라즈마이나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착장치는 더 나아가 증착부 내에 적치된 기판(S)상에 나노입자 박막의 균일한 증착을 위하여, 상기 이송부(320)와 증착부(330) 사이에 소정 속도로 유입되는 나노입자를 넓은 범위로 분산시키기 위한 분산 수단(340)이 더 구비될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계 나노입자 분산수단(340)의 정면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 분산 수단(340)은 나노입자가 통과할 수 있는 경로인 노즐이 복수 개 구비된 플레이트 또는 스크린 형태이다. 즉, 소정 속도로 유입되는 나노입자는 소정 간격으로 이격된 복수 개의 노즐을 통해서만 증착부(330)에 유입되게 함으로써, 균일한 나노입자 증착을 가능하게 한다.더 나아가, 상기 분산 수단(340)의 크기에 따라 대면적 기판의 박막 증착이 가능하며, 압력차에 따라 발생한 속도구배에 의하여 나노입자는 상기 노즐(들)을 통과하여 분산되므로, 분산을 위한 별도의 에너지원이 필요하지 않게 된다.
이하 도면을 이용하여 본 발명에 따른 증착장치를 보다 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 실리콘계 나노입자 박막 증착장치의 모식도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 증착장치는 제 1 반응가스가 유입되는 합성부(610)를 포함하며, 상기 합성부에 형성된 플라즈마(Induced coupled plasma, ICP)에 의하여 유입된 제 1 반응가스가 분해되어 실리콘계 나노입자(NP)가 합성된다. 합성된 상기 실리콘계 나노입자(NP)는 다시 제 1 압력영역(620)으로 이동하며, 상기 이동은 합성부(610)와 제 1 압력영역(620) 사이의 압력차에 의하여 수행되는 것임은 상술한 바와 같다. 따라서, 상기 압력영역에는 영역 내의 압력을 일정하게 유지하기 위한 압력 유지 수단이 각각 구비된다. 예를 들면, 진공 펌프와 압력 센서(미도시) 그리고, 센싱된 압력에 따라 펌프의 동작을 제어하는 제어장치(미도시) 등이 상기 압력 유지 수단에 포함될 수 있다.
상기 제 1 압력영역(620)은 다시 제 2 압력 영역(630)과 연결되며, 제 2 압력 영역(630)은 제 1 압력 영역(620) 보다는 낮은 압력을 유지한다.
제 2 압력 영역(630)의 타 측에는 상기 유입된 나노입자를 분산시키기 위한 분산수단(640)이 구비되며, 상기 분산 수단(640)을 통과한 나노입자는 증착부(650) 내에서 플레이트(660) 상에 적치된 기판(S)로 흐르게 된다.
상기 증착부(650) 내에는 나노입자 박막 증착과 함께 실리콘계 박막 증착을 형성하기 위하여 내부로 유입되는 제 2 반응가스를 분해하기 위한 분해수단이 더 구비되는데, 예를 들면, RF 또는 마이크로웨이브 플라즈마 또는 열선 등이 사용될 수 있다. 도 6은 RF 플라즈마 또는 열선을 통하여 제 2 반응가스를 분해하는 예를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플레이트(660)에는 상부에 적치되는 기판의 온도를 조절, 제어하기 위한 온도조절수단(미도시, 예를 들면 열선 등)이 더 구비될 수 있으며, 상기 플레이트(660)의 높이는 조절가능하다.
도 7a 및 7b는 도 6에서 도시된 플레이트(660) 높이 조절을 설명하는 도면으로, 본 발명은 증착부(650) 내의 플레이트(660) 높이조절을 통하여 실리콘계 박막 증착(제 2 증착)과 실리콘계 나노입자 박막 증착(제 1 증착)을 동시에 또는 순차적으로 진행할 수 있게 한다.
도 7a를 참조하면, 증착부(650) 내의 플라즈마 형성영역(P) 아래에 플레이트(660)를 두는 경우, 유입된 실리콘계 나노입자는 먼저 플라즈마 형성 영역에서 분해된 제 2 반응가스와 접촉하게 되며, 그 결과 상부에는 실리콘계 박막이 증착된 코어-쉘 구조의 나노입자가 형성되어, 다시 아래의 기판(S)에 증착될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 플레이트(660)가 상기 플라즈마 형성영역(P) 상부에 있는 경우, 먼저 실리콘계 나노입자(NP)가 먼저 기판(S) 상에 증착된다. 이후, 상기 플레이트(660)를 아래로 이동시켜, 상기 기판이 플라즈마 형성 영역(P) 내에 위치하도록 한다. 이로써, 먼저 기판 상에 증착된 실리콘계 나노입자(NP) 위에 제 2 반응가스에 의한 또 다른 실리콘계 박막 증착이 진행될 수 있으며, 그 결과 레이어-바이-레이어 형태의 다층 이종 박막이 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 증착장치의 모식도이다.
도 8을 참조하면, 상기 증착장치의 증착부(650) 상단에는 RF 플라즈마 형성을 위한 원형 전극이 구비되며, 상기 원형 전극의 중심부에는 나노입자가 통과할 수 있는 복수 개의 노즐이 구비된 분산수단(640)이 더 구비될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 증착장치의 모식도이고, 상기 증착장치에는 제 2 반응가스가 유입된 상기 나노입자(NP)와 먼저 혼합된 후, 동일 분산스크린(640)을 통과하여 증착부(650)로 유입되는 형태이다. 상기 유입된 제 2 반응가스는 이후 플라즈마에 의하여 분해되어, 기판상에 실리콘계 박막이 증착되며, 이는 상술한 바와 같다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들을 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
Claims (22)
- 실리콘계 나노입자 박막 증착방법으로, 상기 방법은
실리콘계 나노입자를 합성하는 합성단계; 및
상기 합성된 실리콘계 나노입자를 상기 합성단계와 하기 증착단계에서의 공정 압력차를 이용하여 이송시키는 이송 단계;
상기 이송된 실리콘계 나노입자를 기판에 제 1 증착시키는 증착단계를 포함하며, 상기 합성 단계, 이송 단계 및 증착단계는 동일 장치 내에서 진행되는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법. - 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 증착단계는
실리콘계 박막을 증착하기 위한 반응가스가 유입되는 단계; 및
상기 유입된 반응가스가 분해되어 상기 기판에 실리콘계 박막이 제 2 증착되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법. - 제 3항에 있어서,
상기 제 1 증착과 제 2 증착은 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법. - 제 3항에 있어서,
상기 제 1 증착과 제 2 증착은 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법. - 제 1항에 있어서,
상기 합성단계, 이송단계 및 증착단계는 연속적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법. - 제 3항에 있어서,
상기 반응가스는 플라즈마 또는 열에 의하여 분해되는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법. - 제 1항에 있어서,
상기 이송단계에서 상기 실리콘계 나노입자는 감소하는 압력 프로파일을 갖는 복수 개의 압력 영역을 연속하여 통과하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법. - 제 8항에 있어서,
상기 복수 개의 압력 영역을 통과하면서 상기 실리콘계 나노입자는 속도 구배가 발생하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법. - 제 1항에 있어서,
상기 합성단계에서 실리콘계 나노입자는 또 다른 반응가스를 플라즈마 또는 레이저에 의하여 분해시켜 합성되는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법. - 제 1항에 있어서, 상기 방법은
이송단계 후 증착단계 전, 상기 실리콘계 나노입자를 분산시키는 분산 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착방법. - 제 1항 또는 제 3 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 실리콘계 나노입자 박막.
- 삭제
- 실리콘계 나노입자 박막 증착장치로서, 상기 장치는
제 1 반응가스로부터 실리콘계 나노입자가 합성되는 합성부;
상기 합성부와 연결되어, 합성된 상기 실리콘계 나노입자가 연속적으로 통과할 수 있는 하나 이상의 노즐을 포함하며, 상기 노즐을 통하여 실리콘계 나노입자가 이동되는 이송부; 및
상기 이송부와 연결되어, 상기 이송부를 통하여 이동된 실리콘계 나노입자를 기판에 증착시키는 증착부를 포함하며, 상기 합성부, 이송부 및 증착부에서의 압력은 순차적으로 감소하며, 상기 이송부는 순차적으로 감소하는 압력 프로파일을 갖도록 하는 압력 감소수단이 각각 구비된 복수 개의 단위 영역을 포함하고, 상기 노즐은 상기 단위 영역 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 14항에 있어서,
상기 이송부와 증착부 사이에는 이동하는 상기 실리콘계 나노입자를 균일하게 분포시키는 분산수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착장치. - 제 14항에 있어서,
상기 증착부는 실리콘계 박막 증착을 위한 제 2 반응가스가 유입되는 반응가스 유입부; 및
상기 유입된 제 2 반응가스를 분해하여, 상기 기판에 실리콘계 박막을 증착시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착장치. - 제 19항에 있어서,
상기 실리콘계 나노입자 증착 및 실리콘계 박막 증착은 동시에 또는 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착장치. - 제 19항에 있어서,
상기 수단은 상기 증착부 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착장치. - 제 14항에 있어서, 상기 증착부는
상기 기판이 적치되는 플레이트; 및
상기 플레이트에 구비되어 상기 기판의 온도를 조절하는 온도 조절 수단을 포함하며, 여기에서 상기 플레이트의 높이는 조절가능한 것을 특징으로 하는 실리콘계 나노입자 박막 증착장치.
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