科学技术创新2021.10
国产Lift-Off 光刻胶在空间用太阳电池中的应用 杨智敏1,2李晓东1*张霞1,2（1、天津恒电空间电源有限公司，天津3003842、中国电子科技集团公司第十八研究所，
天津300384）空间用太阳电池的上、
数据采集板>青岛电影节下表面都蒸镀有金属电极，其中上表面电极为梳形栅线设计，保证正表面入射的太阳光产生的光生电流能够被有效收集，并使太阳电池保留有足够多的受光面产生光生电流。上表面电极栅线采用Au 、Ag 材料，通过电子束蒸镀方式制 备，保证电极导电性、牢固性符合空间环境电性能要求[1]。Lift-Off 法是一种常见的半导体工艺，其特点是采用光刻胶材料，以光学 加工的形式制备出特定光刻胶图形，
最终制备出符合设计需求的金属图形，是制备空间用太阳电池上电极栅线的主要方式。Lift-Off 光刻技术主要分为两种：一种是采用反转光刻胶的光刻技术[2]；另一种是采用负性光刻胶的光刻技术。反转光刻胶具有精度高、稳
定性好的优势，长期以来在空间用太阳电池的生产工艺中广泛采用。本文采用的负性光刻胶体系具备工艺时间短的优势[3]，只需一次曝光，
但是其工艺稳定性尚未在空间用太阳电池工艺中得到验证。因此，我们采用空间用三结GaAs 太阳电池，遴选了
两种较为典型的国产负性Lift-Off 光刻胶进行实验和论证。
1实验
1.1负性Lift-Off 光刻胶工艺流程在负性光刻胶的Lift-Off 工艺中，首先在太阳电池基片上旋
涂一层光刻胶膜，并将表面膜特定区域去除，
形成与栅线对应的具有上窄下宽的梯形截面膜槽，如图1（a ）、图1（b ），然后蒸镀金属层。由于已有光刻胶的遮挡，
金属层蒸镀后，将形成槽内金属直接蒸镀在太阳电池基片表面、槽外金属蒸镀在光刻胶表面，并
且槽内、槽外金属互不接触的状态，如图1（c ）、图1（d ）。之后将
带有光刻胶的金属层去除，最终得到带有金属栅线的太阳电池
基片，如图1（e ）、图1（f ）。
负性Lift-Off 光刻胶通过涂胶、前烘、
曝光、中烘、显影，最终形成蒸镀槽，工艺步骤见图2。
1.2样品制备
涂胶设备为自动涂胶一体机，涂胶完成后能够自动进行热摘要：选用两种较为典型的国产Lift-Off 光刻胶（A 和B ）进行了实验优化，并进行了电极蒸镀后的牢固度测试、
电致发光测试和电性能测试。在牢固度测试中发现，A 电池样品有掉栅现象，B 电池样品没有出现掉栅现象。
通过EL 测试和电性能测试分析证明，A 电池的电极与太阳电池基体存在局部的接触不良现象。通过实验筛选出了一种应用前景较好的B 型号国产Lift-Off 负性光刻胶，有望经过进一步验证和优化后逐步应用在空间用太阳电池生产中。
关键词：lift-Off ；光刻胶；紫外负性光刻胶；太阳电池Abstract:Two kinds of domestic Lift-Off photoresist (type A and type B)were taken to carry out the experments.Firstly,
process of the two kinds of photoresist was optimized and metal grid line was made.Secondly,the firmness of the gridline was tested by top contact integrity test.The specimen of type B succeed in the firmness test and type A failed.Both EL test and IV test show insufficient contact of the metal grid and solar cell surface.Through our experiment,photoresist of Type B was selected out,which is expected to be applied in the production of space solar cells after further process optimization.
Key words:Lift-Off ；Photoresist ；UV negative photoresist ;Solar cell 中图分类号:TN305.7,TM914.4文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)10-0042-03作者简介：杨智敏（1975-），女，籍贯：河北廊坊，学历：大专（计算机应用），职称：高级工，
主要研究方向：空间用太阳电池的光刻技术。
通讯作者：李晓东。
图1光刻工艺制备栅线流程
图2光刻工艺步
骤
光刻胶种类 涂胶转速 /涂胶时间 前烘温度 /前烘时间 曝光能量 中烘温度 /中烘时间 显影时间
/显影温度
A 110℃ 90s 110℃ 20min
B 2000rpm 20s 90℃ 90s 100mJ/cm 2 90℃
15min 50s
25℃
备注 - 热板加热 - 烘箱加热 -
表1光刻胶的光刻工艺参数
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2021.10科学技术创新
板前烘；选用了两种国产负性光刻胶，分别命名为A光
刻胶、B光刻胶（主要交联成分均为酚醛树脂），显影液采
用浓度为2.38%的TMAH溶液。光刻胶厚度采用Alpha-
step台阶仪测试，截面观测采用LEICA光学显微镜观
测。光刻胶工艺实验中，首先对太阳电池基片进行预烘
处理，之后进行涂胶、前烘、曝光、中烘、显影，得到具备蒸
镀栅线条件的样品。
A光刻胶、B光刻胶的工艺参数见表1。
之后进行电极蒸镀、光刻胶剥离、电极烧结和划片，
得到电池样品。
2实验结果及分析
2.1光刻胶图形
显影结束后，采用台阶仪测试光刻胶厚度，两种光刻
胶的厚度均为8微米。Lift-Off光刻胶在显影后形成上窄
下宽的截面图形，用显微镜观察光刻胶上表面时，光刻胶
的边缘会形成半透明的长条区域，该长条区域的宽度与
光刻胶截面的倒角角度密切相关。当线条倾斜度较大时，
显微镜下可以观察到较粗的线条边缘，当线条倾斜度较小时，显微镜下线条边缘较窄。采用这种方式可以对光刻胶显影截面进行粗筛。光刻图形正表面观测图形见图3。
优化后的光刻胶截面图形见图4。
图4光刻胶截面图形
从图4可知，A光刻胶的边缘较为锐利，B光刻胶的边缘较钝。通过工艺优化，两种光刻胶均达到可蒸镀电极的标准。光刻工艺结束后，采用相同的蒸镀工艺制备栅线，并划片成单体电池。
2.2电极牢固度
根据空间用太阳电池规范的要求，空间用太阳电池要符合稳态湿热栅线结合力要求。将实验样品放置在相对湿度为90%的环境条件下，恒温60℃保持96小时，采用专用胶带测试栅线附着力，实验如图5。
在电极牢固性实验中，首先将胶带覆盖到电池的两个表面，并摩擦胶带使之没有雾状空白、牢固地粘住电池，随后和电池
表面成45°至90°把胶带从电池栅线末端向主栅
线一端剥离下来，目视检查栅线脱落情况。采用
A光刻胶制备的电池样品（以下简称“A电池”）
在胶带实验中发生了栅线脱落现象，采用B光刻
胶制备的电池样品（以下简称“B电池”）未出现
四川卫生厅
栅线脱落现象。进一步，我们采用EL测试对未进
行胶带实验的两种样品进行了发光实验，实验结
果如图6所示。
通过图6可知,A电池表面出现了较大面
积的黑区域，该区域产生的原因是金属栅线与
电池基体接触不良。B电池表面栅线附着力较好，没有明显的发光不均现象。
2.3电性能
对同批A、B两种电池进行了电性能测试，测试结果见图7。从图7可知，A电池和B电池的开路电压相同，但是A电池的串联电阻更大，这从2.5V定点电压处的定点电流更小可以看出。A电池串联电阻的增加正是由于部分金属栅线与电池基体接触不良造成的。
图7电池样品的电性能IV曲线
表2为两种电池电性能参数列表，从表2可知，A电池的电池转换效率比B电池低0.73%，填充因子低1.31%
。
图3光刻图形正表面观测，A1、A2为A光刻胶显影后上表面图像，
B1、B2为B光刻胶显影后上表面图像
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图5栅线附着力胶带测试示意图
图6电池样片的EL测试，左图：A电池样品；右图：B电池样品
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编号 短路电流(A)
开路电压(V)
效率(%) 填充因子(%)
Ａ 0.272 2.712 28.45 84.39 Ｂ
0.273
2.721
29.18
85.70
表2样品电性能参数
3结论
采用了两种国产光刻胶进行了工艺优化实验，观测分析了两种光刻胶的表面、截面特性，证明两种光刻胶均可以优化到
较好的显影图形。光刻图形进一步制备了金属栅线，
并进行了牢固度实验，发现A 光刻胶制备的电池栅线发生了脱落现象，
而B 光刻胶制备的电池栅线未发生脱落。
证明B 光刻胶的可靠性比A 光刻胶要好。
通过电致发光实验，我们发现A 电池表面存在阴影，而B 电池表面不存在阴影。这说明A 电池发生电极脱落现象的原因是栅线与太阳电池基体未形成良好的接触。进一步的电性能测试发现，A 电池的串联电阻比B 电池更大，验证了我们的分析。
综合分析得知，B 光刻胶工艺优于A 光刻胶工艺，
更适合用于空间用太阳电池的栅线制备。
参考文献
[1]铁剑锐，李晓东，孙希鹏.高效超薄空间用三结砷化镓太阳电池研制[J].电源技术,2018,42(08):86-88.
网络学习系统[2]陈光红，于映，罗仲梓等.AZ5214E 反转光刻胶的性能研究及其
在剥离工艺中的应用[J].功能材料,2005(03):113-115+122.
[3]李雯，谭智敏，薛昕，等.紫外线厚胶光刻技术研究及应用[J].微纳电子技术,2003(08):151-153.
IGZO 薄膜晶体管的制备及其光电特性的研究
刘璐
高晓红孟冰付钰孙玉轩王森刘羽飞胡顶旺(吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林长春130000)
众所周知，薄膜晶体管（TFT ）在平板显示（FPDs ）领域充当着重要的角，尤其是有源矩阵液晶显示器件（AMLCD ）和有源矩阵有机发光二极管显示器件（AMOLED ）中[1]。TFT 作为一种重要的开关器件，其性能的高低在很大程度上受到其半导体沟道层的影响。与其它沟道层材料相比，氧化物沟道层可以在较低的工艺温度实现更均匀更平整的薄膜、更高的迁移率和更低的开启电压。在氧化物半导体材料中，以氧化锌（ZnO ）为代表的宽禁带半导体材料更是因其优异的光电特性、低生长温度和高耐辐射性能等优点成为TFT 技术关注的热点，并在透明显示技术、传感器技术等诸多领域均有广泛应用。此外，它们的宽带隙也为其能够应用于光电探测领域提供了理论基础。在这项工作中，详细描述了器件的制作工艺，并对所制备的TFT 的电学和光电特性进行了分析和讨论。1实验方法
本研究在具有100nm 热氧化硅的p 型Si 片上制备共栅共
绝缘层的底栅顶接触TFT 器件，图1展示了以IGZO 为有源层
的TFT 的结构示意图。器件沟道长为10nm ，宽为300nm 。制备工
艺为：在具有100nm 热氧化硅的p 型Si 片上用磁控溅射的方法
沉积了50nm 厚的IGZO 有源层，再对样品进行图案化，再通过
电子束蒸发（E-Beam ）蒸镀了50nm 金属Al 源漏电极。使用
KeysightB1500A 半导体参数测试仪测试TFT 器件的电学性能和
在254nm 、365nm 的光照下的光电响应特性。
2结果与讨论
图2中（a ）展示IGZO TFT 在黑暗条件下的转移特性曲线，
（b ）展示了IGZOTFT 在黑暗条件下的输出特性曲线和（c ）展示
了在V DS 为15V 时，IGZO 在黑暗条件下的滞回特性曲线。阈值
电压（V TH ）和饱和迁移率（滋sat ）是在I DS 1/2和VGS 线性外推中提取
摘要：以InGaZnO （IGZO ）为有源层的薄膜晶体管（TFT ）可以应用于光电探测领域。在实验中，
研究了该器件的电学特性和在不同光照条件下的光电响应。IGZOTFT 具有与传统金属氧化物TFT 相当的电学性能，
在VDS 为15V 时性能最好，得到的饱和迁移率为1.65cm 2/Vs ，电流开关比达到108
，阈值电压为29V ，亚阈值摆幅大约为2V/decade 的开关器件。并对254nm 和365nm 的光均发生了响应，得到了稳定、连续的动态响应曲线。因此，这种TFT 可以应用于光电探测领域。
关于进一步促进中小企业发展的若干意见关键词：IGZO ；薄膜晶体管；光电探测；
迁移率中图分类号:TN312+.5,TN305文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)10-0044-03（转下页）
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