擴(kuò)散工藝介紹

1、擴(kuò)散工藝介紹技術(shù)部2009-7-161對磷擴(kuò)散的認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體特性 硅太陽電池生產(chǎn)中常用的幾種元素:硅（Si）、磷（P）、硼（B）元素的原子結(jié)構(gòu)模型如下：第三層4個(gè)電子第二層8個(gè)電子第一層2個(gè)電子Si+14P+15B最外層5個(gè)電子最外層3個(gè)電子siPB2對磷擴(kuò)散的認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體特性硼（B）是三族元素，原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，硼原子最外層只有三個(gè)電子參加共價(jià)鍵，在另一個(gè)價(jià)鍵上因缺少一個(gè)電子而形成一個(gè)空位，鄰近價(jià)鍵上的價(jià)電子跑來填補(bǔ)這個(gè)空位，就在這個(gè)鄰近價(jià)鍵上形成了一個(gè)新的空位，我們稱這個(gè)空位叫“空穴”。這種依靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體，簡稱P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少

2、數(shù)載流子。這種接受自由電子的雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)。如下圖:3對磷擴(kuò)散的認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體特性P型半導(dǎo)體（受主摻雜）-接受自由電子空鍵接受電子空穴4對磷擴(kuò)散的認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體特性磷（P）是五族元素，原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，磷原子最外層五個(gè)電子中只有四個(gè)參加共價(jià)鍵，另一個(gè)不在價(jià)鍵上，成為自由電子，失去電子的磷原子是一個(gè)帶正電的正離子，正離子處于晶格位置上，不能自由運(yùn)動(dòng)，它不是載流子。因此，摻入磷的半導(dǎo)體起導(dǎo)電作用的，主要是磷所提供的自由電子，這種依靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體，簡稱N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體上自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。這種提供自由電子的雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。如下圖：5對磷擴(kuò)散的認(rèn)識(shí)半導(dǎo)

3、體特性N型半導(dǎo)體（施主摻雜）-提供自由電子多余電子6擴(kuò)散工藝介紹工藝原理 高溫下，單晶固體中會(huì)產(chǎn)生空位的點(diǎn)缺陷。當(dāng)存在主原子或雜質(zhì)原子的濃度梯度時(shí)，點(diǎn)缺陷會(huì)影響原子的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)某一晶格原子偶然地獲得足夠的能量而離開晶格位置，成為一個(gè)填隙原子，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空位。當(dāng)鄰近的原子向空位遷移時(shí)，這種機(jī)理稱為空位擴(kuò)散。 雜質(zhì)原子Si原子晶格空位7擴(kuò)散工藝目的介紹擴(kuò)散的目的：形成PN結(jié)8太陽電池磷擴(kuò)散方法三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴(kuò)散噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散目前采用的是第一種方法。9擴(kuò)散裝置示意圖10開管擴(kuò)散爐結(jié)構(gòu)示意圖排 風(fēng)氣源柜爐體柜計(jì)算機(jī)控制柜 推舟機(jī)構(gòu)排廢口凈化操作臺(tái) 總電源

4、進(jìn)線 進(jìn)氣11熱擴(kuò)散化學(xué)反應(yīng)方程式 化學(xué)反應(yīng)方程式 12擴(kuò)散的兩種模型恒定表面濃度擴(kuò)散 恒定摻雜劑總量擴(kuò)散 Ns是恒定的表面濃度，D是恒定的擴(kuò)散系數(shù)，x是位置坐標(biāo)，t是擴(kuò)散時(shí)間，erfc是余誤差函數(shù)符號。 13影響擴(kuò)散的因素管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源的濃度擴(kuò)散溫度擴(kuò)散時(shí)間管內(nèi)氣流的分布14擴(kuò)散層薄層電阻在太陽電池?cái)U(kuò)散工藝中，擴(kuò)散層薄層電阻（方塊電阻）是反映擴(kuò)散層質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求的重要工藝指標(biāo)之一。方塊電阻也是標(biāo)志進(jìn)入半導(dǎo)體中的雜質(zhì)總量的一個(gè)重要參數(shù)。考慮一塊長為l、寬為a、厚為t的薄層如右圖。如果該薄層材料的電阻率為，則該整個(gè)薄層的電阻為當(dāng)l=a（即為一個(gè)方塊）時(shí)，R= /t?？梢?，（/t）代表一個(gè)

5、方塊的電阻，故稱為方塊電阻，特記為R= /t (/)15擴(kuò)散層薄層電阻的測試目前生產(chǎn)中，測量擴(kuò)散層薄層電阻廣泛采用四探針法。測量裝置示意圖如圖所示。圖中直線陳列四根金屬探針（一般用鎢絲腐蝕而成）排列在彼此相距為S一直線上，并且要求探針同時(shí)與樣品表面接觸良好，外面一對探針用來通電流、當(dāng)有電流注入時(shí)，樣品內(nèi)部各點(diǎn)將產(chǎn)生電位，里面一對探針用來測量2、3點(diǎn)間的電位差。 16常見問題及對策方阻異常及對策突然一爐整體方阻偏大（波動(dòng)大于5） 對策：檢查磷源是否充足；檢查管路是否漏氣；檢查流量器是否正常。突然一爐爐口方阻整體偏大 對策：觀察爐口密封是否正常。突然一爐爐口方阻整體偏?。ú▌?dòng)大于5） 對策：檢查流

6、量器是否正常，設(shè)定穩(wěn)定是否漂移。 17常見問題及對策其他異常及對策出現(xiàn)“藍(lán)片”（數(shù)量大于5片）對策：如爐口是否積累偏磷酸較多，可以清洗爐管。程序突然中斷對策：如及時(shí)發(fā)現(xiàn)可以“斷點(diǎn)啟動(dòng)”。磷源泄露對策：增加排風(fēng)，所有人撤離現(xiàn)場，等專業(yè)人員解決。突然斷電對策：等待恢復(fù)供電后，查看歷史記錄，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行返工。18POCl3 簡介POCl3是目前磷擴(kuò)散用得較多的一種雜質(zhì)源無色透明液體，具有刺激性氣味。如果純度不高則呈紅黃色。比重為1.67，熔點(diǎn)2，沸點(diǎn)107，在潮濕空氣中發(fā)煙。POCl3很容易發(fā)生水解，POCl3極易揮發(fā)。升溫下與水接觸會(huì)反應(yīng)釋放出腐蝕有毒易燃?xì)怏w。POCl3液態(tài)源擴(kuò)散方法具有生產(chǎn)

7、效率較高，得到PN結(jié)均勻、平整和擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)，這對于制作具有大面積結(jié)的太陽電池是非常重要的。19POCl3應(yīng)急處置 皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動(dòng)清水沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動(dòng)清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。食入：用水漱口，無腐蝕癥狀者洗胃。忌服油類。就醫(yī)。呼吸系統(tǒng)防護(hù)：可能接觸其蒸氣時(shí)，必須佩戴自吸過濾式防毒面具（全面罩）或隔離式呼吸器。緊急事態(tài)搶救或撤離時(shí)，建議佩戴空氣呼吸器。20POCl3應(yīng)急處置泄漏應(yīng)急處理：應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防酸堿