擴散工藝介紹課件

擴散工藝介紹技術(shù)部2009-7-16擴散工藝介紹技術(shù)部1對磷擴散的認識—半導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個電子第二層8個電子第一層2個電子Si+14P+15B最外層5個電子最外層3個電子siPB對磷擴散的認識—半導體特性硅太陽電池生產(chǎn)中常用的幾種元2對磷擴散的認識—半導體特性硼（B）是三族元素，原子的最外層有三個價電子，硼原子最外層只有三個電子參加共價鍵，在另一個價鍵上因缺少一個電子而形成一個空位，鄰近價鍵上的價電子跑來填補這個空位，就在這個鄰近價鍵上形成了一個新的空位，我們稱這個空位叫“空穴”。這種依靠空穴導電的半導體稱為空穴型半導體，簡稱P型半導體。P型半導體中空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(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:對磷擴散的認識—半導體特性硼（B）是三族元素，原子的最外層有3對磷擴散的認識—半導體特性P型半導體（受主摻雜）--接受自由電子空鍵接受電子空穴對磷擴散的認識—半導體特性P型半導體（受主摻雜）--接受自由4對磷擴散的認識—半導體特性磷（P）是五族元素，原子的最外層有五個價電子，磷原子最外層五個電子中只有四個參加共價鍵，另一個不在價鍵上，成為自由電子，失去電子的磷原子是一個帶正電的正離子，正離子處于晶格位置上，不能自由運動，它不是載流子。因此，摻入磷的半導體起導電作用的，主要是磷所提供的自由電子，這種依靠電子導電的半導體稱為電子型半導體，簡稱N型半導體。N型半導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：對磷擴散的認識—半導體特性磷（P）是五族元素，原子的最外層有5對磷擴散的認識—半導體特性N型半導體（施主摻雜）--提供自由電子多余電子對磷擴散的認識—半導體特性N型半導體（施主摻雜）--提供自由6擴散工藝介紹工藝原理高溫下，單晶固體中會產(chǎn)生空位的點缺陷。當存在主原子或雜質(zhì)原子的濃度梯度時，點缺陷會影響原子的運動。當某一晶格原子偶然地獲得足夠的能量而離開晶格位置，成為一個填隙原子，同時產(chǎn)生一個空位。當鄰近的原子向空位遷移時，這種機理稱為空位擴散。雜質(zhì)原子Si原子晶格空位擴散工藝介紹工藝原理雜質(zhì)原子Si原子晶格空位7擴散工藝目的介紹擴散的目的：形成PN結(jié)擴散工藝目的介紹擴散的目的：形成PN結(jié)8太陽電池磷擴散方法１．三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴散２．噴涂磷酸水溶液后鏈式擴散３．絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈式擴散目前采用的是第一種方法。太陽電池磷擴散方法１．三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴散9擴散裝置示意圖擴散裝置示意圖10開管擴散爐結(jié)構(gòu)示意圖排風氣源柜爐體柜計算機控制柜推舟機構(gòu)排廢口凈化操作臺總電源進線進氣開管擴散爐結(jié)構(gòu)示意圖排風氣源柜爐體柜計算機控制柜推舟排廢11熱擴散化學反應方程式化學反應方程式熱擴散化學反應方程式化學反應方程式12擴散的兩種模型恒定表面濃度擴散

恒定摻雜劑總量擴散

Ns是恒定的表面濃度，D是恒定的擴散系數(shù)，x是位置坐標，t是擴散時間，erfc是余誤差函數(shù)符號。

擴散的兩種模型恒定表面濃度擴散13影響擴散的因素管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源的濃度擴散溫度擴散時間管內(nèi)氣流的分布影響擴散的因素管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源的濃度14擴散層薄層電阻在太陽電池擴散工藝中，擴散層薄層電阻（方塊電阻）是反映擴散層質(zhì)量是否符合設(shè)計要求的重要工藝指標之一。方塊電阻也是標志進入半導體中的雜質(zhì)總量的一個重要參數(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ρ，則該整個薄層的電阻為當l=a（即為一個方塊）時，R=ρ/t?？梢?，（ρ/t）代表一個方塊的電阻，故稱為方塊電阻，特記為R□=ρ/t(Ω/□)擴散層薄層電阻在太陽電池擴散工藝中，擴散層薄層電阻（方塊電阻15擴散層薄層電阻的測試目前生產(chǎn)中，測量擴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，并且要求探針同時與樣品表面接觸良好，外面一對探針用來通電流、當有電流注入時，樣品內(nèi)部各點將產(chǎn)生電位，里面一對探針用來測量2、3點間的電位差。

擴散層薄層電阻的測試目前生產(chǎn)中，測量擴散層薄層電阻廣泛采用四16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▌哟笥?）對策：檢查流量器是否正常，設(shè)定穩(wěn)定是否漂移。

常見問題及對策方阻異常及對策17常見問題及對策其他異常及對策出現(xiàn)“藍片”（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：如及時發(fā)現(xiàn)可以“斷點啟動”。磷源泄露對策：增加排風，所有人撤離現(xiàn)場，等專業(yè)人員解決。突然斷電對策：等待恢復供電后，查看歷史記錄，根據(jù)實際情況進行返工。常見問題及對策其他異常及對策18POCl3簡介POCl3是目前磷擴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2℃，沸點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)。升溫下與水接觸會反應釋放出腐蝕有毒易燃氣體。POCl3液態(tài)源擴散方法具有生產(chǎn)效率較高，得到PN結(jié)均勻、平整和擴散層表面良好等優(yōu)點，這對于制作具有大面積結(jié)的太陽電池是非常重要的。POCl3簡介POCl3是目前磷擴散用得較多的一種雜質(zhì)源19POCl3應急處置皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動清水沖洗至少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：可能接觸其蒸氣時，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，建議佩戴空氣呼吸器。POCl3應急處置皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動20POCl3應急處置泄漏應急處理：應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防酸堿工作服。不要直接接觸泄漏物。盡可能切斷泄漏源。小量泄漏：用砂土、蛭石或其它惰性材料吸收。大量泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容。在專家指導下清除。有害燃燒產(chǎn)物：氯化氫、氧化磷、磷烷。滅火方法：滅火劑：干粉、干燥砂土。禁止用水。POCl3應急處置泄漏應急處理：應急處理人員戴自給正壓式呼吸21擴散工藝介紹技術(shù)部2009-7-16擴散工藝介紹技術(shù)部22對磷擴散的認識—半導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個電子第二層8個電子第一層2個電子Si+14P+15B最外層5個電子最外層3個電子siPB對磷擴散的認識—半導體特性硅太陽電池生產(chǎn)中常用的幾種元23對磷擴散的認識—半導體特性硼（B）是三族元素，原子的最外層有三個價電子，硼原子最外層只有三個電子參加共價鍵，在另一個價鍵上因缺少一個電子而形成一個空位，鄰近價鍵上的價電子跑來填補這個空位，就在這個鄰近價鍵上形成了一個新的空位，我們稱這個空位叫“空穴”。這種依靠空穴導電的半導體稱為空穴型半導體，簡稱P型半導體。P型半導體中空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(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:對磷擴散的認識—半導體特性硼（B）是三族元素，原子的最外層有24對磷擴散的認識—半導體特性P型半導體（受主摻雜）--接受自由電子空鍵接受電子空穴對磷擴散的認識—半導體特性P型半導體（受主摻雜）--接受自由25對磷擴散的認識—半導體特性磷（P）是五族元素，原子的最外層有五個價電子，磷原子最外層五個電子中只有四個參加共價鍵，另一個不在價鍵上，成為自由電子，失去電子的磷原子是一個帶正電的正離子，正離子處于晶格位置上，不能自由運動，它不是載流子。因此，摻入磷的半導體起導電作用的，主要是磷所提供的自由電子，這種依靠電子導電的半導體稱為電子型半導體，簡稱N型半導體。N型半導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：對磷擴散的認識—半導體特性磷（P）是五族元素，原子的最外層有26對磷擴散的認識—半導體特性N型半導體（施主摻雜）--提供自由電子多余電子對磷擴散的認識—半導體特性N型半導體（施主摻雜）--提供自由27擴散工藝介紹工藝原理高溫下，單晶固體中會產(chǎn)生空位的點缺陷。當存在主原子或雜質(zhì)原子的濃度梯度時，點缺陷會影響原子的運動。當某一晶格原子偶然地獲得足夠的能量而離開晶格位置，成為一個填隙原子，同時產(chǎn)生一個空位。當鄰近的原子向空位遷移時，這種機理稱為空位擴散。雜質(zhì)原子Si原子晶格空位擴散工藝介紹工藝原理雜質(zhì)原子Si原子晶格空位28擴散工藝目的介紹擴散的目的：形成PN結(jié)擴散工藝目的介紹擴散的目的：形成PN結(jié)29太陽電池磷擴散方法１．三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴散２．噴涂磷酸水溶液后鏈式擴散３．絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈式擴散目前采用的是第一種方法。太陽電池磷擴散方法１．三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴散30擴散裝置示意圖擴散裝置示意圖31開管擴散爐結(jié)構(gòu)示意圖排風氣源柜爐體柜計算機控制柜推舟機構(gòu)排廢口凈化操作臺總電源進線進氣開管擴散爐結(jié)構(gòu)示意圖排風氣源柜爐體柜計算機控制柜推舟排廢32熱擴散化學反應方程式化學反應方程式熱擴散化學反應方程式化學反應方程式33擴散的兩種模型恒定表面濃度擴散

恒定摻雜劑總量擴散

Ns是恒定的表面濃度，D是恒定的擴散系數(shù)，x是位置坐標，t是擴散時間，erfc是余誤差函數(shù)符號。

擴散的兩種模型恒定表面濃度擴散34影響擴散的因素管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源的濃度擴散溫度擴散時間管內(nèi)氣流的分布影響擴散的因素管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源的濃度35擴散層薄層電阻在太陽電池擴散工藝中，擴散層薄層電阻（方塊電阻）是反映擴散層質(zhì)量是否符合設(shè)計要求的重要工藝指標之一。方塊電阻也是標志進入半導體中的雜質(zhì)總量的一個重要參數(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ρ，則該整個薄層的電阻為當l=a（即為一個方塊）時，R=ρ/t?？梢姡é?t）代表一個方塊的電阻，故稱為方塊電阻，特記為R□=ρ/t(Ω/□)擴散層薄層電阻在太陽電池擴散工藝中，擴散層薄層電阻（方塊電阻36擴散層薄層電阻的測試目前生產(chǎn)中，測量擴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，并且要求探針同時與樣品表面接觸良好，外面一對探針用來通電流、當有電流注入時，樣品內(nèi)部各點將產(chǎn)生電位，里面一對探針用來測量2、3點間的電位差。

擴散層薄層電阻的測試目前生產(chǎn)中，測量擴散層薄層電阻廣泛采用四37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小（波動大于5）對策：檢查流量器是否正常，設(shè)定穩(wěn)定是否漂移。

常見問題及對策方阻異常及對策38常見問題及對策其他異常及對策出現(xiàn)“藍片”（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：如及時發(fā)現(xiàn)可以“斷點啟動”。磷源泄露對策：增加排風，所有人撤離現(xiàn)場，等專業(yè)人員解決。突然斷電對策：等待恢復供電后，查看歷史記錄，根據(jù)實際情況進行返工。常見問題及對策其他異常及對策39POCl3簡介POCl3是目前磷擴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2℃，沸點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)。升溫下與水接觸會反應釋放出腐蝕有毒易燃氣體。POCl3液態(tài)源擴散方法具有生產(chǎn)效率較高，得到PN結(jié)均勻、平整和擴散層表面良好等優(yōu)點，這對于制作具有大面積結(jié)的太陽電池是非常重要的。POCl3簡介POCl3是目前磷擴散用得較多的一種雜質(zhì)源40POCl3應急處置皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動清水沖洗至少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，立即進行人工呼吸。就醫(yī)。食入：用水漱口，無腐蝕癥狀