晶体硅太阳电池扩散工艺

中山大学暑期进修小组,晶体硅太阳电池扩散工艺,掺磷,掺硼,本征半导体导电性能较差，为了满足应用需求，一般进行p型或n型掺杂,p-n结，浓度梯度分布,POCl3扩散,1.物质扩散原理,高浓度区域,低浓度区域,Fick的扩散第一定律,浓度梯度,Fick的扩散第二定律,2.POCl3扩散原理,三氯氧磷是无色透明的液体，具有强烈的刺激性气味，有毒，密度为167，熔点2，沸点105.3，在潮湿空气中发烟，易水解。因此，使用三氯氧磷源时，须注意盛源瓶的密封。三氯氧磷极易挥发，蒸气压高。三氯氧磷是有窒息性气味的毒性液体，所以，要求扩散系统必须有很好的密封性。特别是盛源瓶的进出口两端要用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道来连接。接口处用封口胶封闭。系统应保持清洁和干燥。当三氯氧磷呈现淡黄色时，就不能使用。,跟水发生反应POCl3+3H2O=H3PO4+3HCl,加源，清洗源瓶应杜绝沾上水。,POCl3在高温下（T600）可以分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应的方程式如下：5POCl3=3PCl5+P2O5生成的P2O5在扩散温度下与硅（Si）发生反应，生成二氧化硅和磷原子，其反应式如下：2P2O5+5Si=5SiO2+4P,在没有氧的参与下的时候，POCl3的分解是不够充分的，生成的PCl5是不易分解的，而且它还会对硅片有腐蚀的作用，破坏硅片表面的状态。,当氧气的量是充足的时候，第一步生产的PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气。4PCl5+5O2=2P2O5+10Cl2生成的P2O5又会进一步与硅发生作用，生成SiO2和磷原子。P2O5+Si=4P+5SiO2由此可见，通入一定流量的氧气可以使PCl5充分分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用。,一般的情况下，当氧气的量是比较充足的时候，POCl3会发生热分解：4POCl3+3O2（过量）2P2O5+6Cl2（气体）,POCl3分解产生的P2O5与硅发生反应生存SiO2和磷原子，所以扩散的过程中，硅片的表面上会形成一层由P2O5和SiO2组成的磷硅玻璃（PSG），这层磷硅玻璃会限制外面的扩散源向硅的内部扩散，但是硅表面上形成的磷却是可以向硅片内部扩散的,PSG的厚度,3.扩散的步骤,进舟稳定温度通氧降低表面死层低温沉积提高掺杂均匀性高温沉积推结降温退舟,典型扩散工艺,温区补偿,4.扩散方块电阻,在太阳电池扩散工艺中，扩散层薄层电阻,即方块电阻是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要指标。,16,方块电阻的定义,考虑一块长为l、宽为a、厚为t的薄层如右图。如果该薄层材料的电阻率为，则该整个薄层的电阻为,当l=a（即为一个方块）时，R=/t。可见，（/t）代表一个方块的电阻，故称为方块电阻，特记为R=/t(/),17,扩散层薄层电阻的测试,目前生产中，测量扩散层薄层电阻广泛采用四探针法。测量装置示意图如图所示。图中直线陈列四根金属探针（一般用钨丝腐蚀而成）排列在彼此相距为S一直线上，并且要求探针同时与样品表面接触良好，外面一对探针用来通电流、当有电流注入时，样品内部各点将产生电位，里面一对探针用来测量2、3点间的电位差。,4.扩散方块电阻,四探针测试片内不均匀度5%，片间不均匀度1x1020/cm3,99.8%