【正文】 擴(kuò)散工藝 工藝技術(shù)部 高勇 Summary ?電池工作原理 ?擴(kuò)散原理 ?Tempress擴(kuò)散爐 ?異常情況 2022/2/14 2 SRPV Summary 2022/2/14 3 SRPV 電池工作原理 晶體硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工序 制絨 擴(kuò)散 刻蝕 去PSG PECVD 印刷 燒結(jié) 分檢入庫(kù) 發(fā)電原理示意圖 ?當(dāng)用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射非均勻半導(dǎo)體 (pn結(jié)等 )時(shí)，由于內(nèi)建電場(chǎng)的作用，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（光生電壓）；如將 pn結(jié)短路，則會(huì)出現(xiàn)電流（光生電流）。這種由內(nèi)建電場(chǎng)引起的光電效應(yīng)，稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)。 2022/2/14 4 SRPV ?太陽(yáng)能發(fā)電利用了光射入半導(dǎo)體時(shí)引起的光生伏特效應(yīng)。當(dāng)太陽(yáng)光照射到電池片正表面時(shí)，光子會(huì)透過(guò)減反射膜，照射到硅表面，導(dǎo)帶電子吸收了光子能量后被激發(fā)，躍遷成為自由電子，留下一個(gè)帶正電的空位形成空穴。電子和空穴在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下分別向 PN結(jié)的兩端運(yùn)動(dòng)，形成光電流，兩種電荷聚集在 PN結(jié)兩端形成了電位差。此時(shí)在 PN結(jié)兩端加上負(fù)載，便會(huì)形成回路，有電流通過(guò)負(fù)載。 擴(kuò)散原理 PN結(jié)的作用 這就是太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理， PN結(jié)起電源的作用。 2022/2/14 SRPV 5 擴(kuò)散原理 ?在一塊本征半導(dǎo)體的兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì) ,分別形成 N型半導(dǎo)體和 P型半導(dǎo)體。在 P型半導(dǎo)體中有許多帶正電荷的空穴和帶負(fù)電荷的電離雜質(zhì)。在電場(chǎng)的作用下，空穴是可以移動(dòng)的，而電離雜質(zhì)（離子）是固定不動(dòng)的。 N型半導(dǎo)體中有許多可動(dòng)的負(fù) PN結(jié)的形成 電子和固定的正離子。 ?當(dāng) P型和 N型半導(dǎo)體接觸時(shí)，在界面附近空穴從 P型半 導(dǎo)體向 N型半導(dǎo)體擴(kuò)散，電子從 N型半導(dǎo)體向 P型半導(dǎo)體擴(kuò)散?？昭ê碗娮酉嘤龆鴱?fù)合，載流子消失。因此在界面附近的結(jié)區(qū)中有一段距離缺少載流子，卻有分布在空間的帶電的固定離子，稱(chēng)為空間電荷區(qū)。 2022/2/14 SRPV 6 擴(kuò)散原理 ?在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱(chēng)耗盡層。 ?因濃度差，多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散，最后多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在 P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體的結(jié)合面兩側(cè)，留下離子薄層，這個(gè)離子薄層形成的空間電 荷區(qū)稱(chēng)為 PN結(jié)。 PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)方向由 N 區(qū)指向 P區(qū)。 PN結(jié)的形成 2022/2/14 SRPV 7 擴(kuò)散原理 ?PN結(jié)的正向?qū)ㄐ? 當(dāng) PN結(jié)正向連接時(shí)， PN結(jié)正向電阻很小，通過(guò) PN結(jié)的正向電流很大，這是由于外加電 場(chǎng)在 PN 結(jié)中所產(chǎn)生的電場(chǎng)方向相反， 空間電荷區(qū)變窄 。 P區(qū)的空穴和 N區(qū)的電子再這個(gè)外加的電場(chǎng)的 作用 下不斷地流過(guò) PN結(jié) ，使它的電阻大大降低 ,電流 很容易通過(guò)。若外加電壓繼續(xù)上升，則自建電場(chǎng)被減弱和抵消，所以正向電流隨著外加正向電壓的增加而逐漸上升。 PN結(jié)的特性 2022/2/14 SRPV 8 擴(kuò)散原理 ?PN結(jié)的反向截止性 當(dāng) PN結(jié)反向連接時(shí)， PN結(jié)呈現(xiàn)很大的電阻 ， 通過(guò) PN結(jié)中的電流很小。這是由于外加電池 在 PN結(jié)中所產(chǎn)生的電場(chǎng)方向用 PN結(jié)自建電 場(chǎng)方向相同。電場(chǎng) 變強(qiáng)，空間電荷區(qū) 變厚， 阻止電子和空穴流通， 從而 電流很難流過(guò)。 這就是反方向連接的電流很小的原因。 PN結(jié)的特性 2022/2/14 SRPV 9 擴(kuò)散原理 擴(kuò)散 關(guān)于擴(kuò)散車(chē)間潔凈度： ?硅片的擴(kuò)散是一種半導(dǎo)體摻雜過(guò)程，各種形式的污染都將嚴(yán)重影響成品率和可靠性。 ?生產(chǎn)中的污染，除了由于化學(xué)藥劑不純、氣體純化不良、去離子質(zhì)量不佳引入之外，環(huán)境中的塵埃、雜質(zhì)及有害氣體、工作人員、設(shè)備、工具、日用雜品等引入的塵埃、毛發(fā)、皮屑、油脂、手汗、煙霧等都是重要污染來(lái)源。所以潔凈技術(shù)是半導(dǎo)體芯片制造過(guò)程中的一項(xiàng)重要技術(shù)。 ?SRPV的擴(kuò)散間凈化等級(jí)為 10000級(jí)（即每立方米 35w個(gè) )，與外通道及其他車(chē)間保持 3pa正壓。 2022/2/14 SRPV 10 ?擴(kuò)散 是一種高溫制程 ， 是常規(guī)硅太陽(yáng)電池工藝中 ， 形成 PN結(jié)的主要方法 。 ?擴(kuò)散是一種由熱運(yùn)動(dòng)所引起的雜質(zhì)原子和基體原子的輸運(yùn)過(guò)程 ， 將摻雜雜質(zhì)沉積到硅片表面 ， 由于熱運(yùn)動(dòng) ， 原子從一個(gè)位置 運(yùn)動(dòng) 到另一個(gè)位置 ， 基體原子與雜質(zhì)原子不斷地相互混合 ， 從而改變基片表面層 雜質(zhì)摻雜 。 ?在 以硅為底材的半導(dǎo)體制程中 ,主要有兩種不 同形態(tài)的 Dopant： Ptype,Ntype。 ?擴(kuò)散的目的在于控制 PN結(jié)的性能 ， 半導(dǎo)體中特定區(qū)域內(nèi)雜質(zhì)的類(lèi)型 、 濃度 、深度 。 擴(kuò)散原理 擴(kuò)散 2022/2/14 SRPV 11 擴(kuò)散機(jī)制 擴(kuò)散原理 a. 空位擴(kuò)散 b. 填隙擴(kuò)散 c. 替位填隙擴(kuò)散 d. 直接交換 e. 環(huán)形交換 a c d e b ?磷在硅中的擴(kuò)散機(jī)制分為空位式擴(kuò)散和替位填隙式擴(kuò)散。 ?在高溫情況下，硅原子在其平衡位置附近振動(dòng)。當(dāng)某一原子偶然地獲得足夠的能量而離開(kāi)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(chēng)為空位擴(kuò)散。 ?假如填隙原子從一處移向另一處而并不占據(jù)晶格位置，則稱(chēng)為填隙擴(kuò)散。一個(gè)比主原子小的 原子通常做填隙式運(yùn)動(dòng)。 2022/2/14 SRPV 12 擴(kuò)散原理 多晶擴(kuò)散的一般步驟分為： 升溫 氧化 預(yù)沉積 再分布 氧化 吸雜 （黑字步驟不可缺少） ?升溫：將爐管內(nèi)溫度升到工藝需要的溫度； ?氧化：減少死層影響，提高表面鈍化； ?預(yù)沉積：在硅片表面進(jìn)行雜質(zhì)的沉積； ?再分布：表面沉積的雜質(zhì)向硅片內(nèi)部擴(kuò)散； ?吸雜：將多晶硅片內(nèi)部的金屬雜質(zhì)分凝并吸除，減少少子復(fù)合。 POCL3擴(kuò)散步驟 2022/2/14 SRPV 13 擴(kuò)散原理 氧化的作用 ?透過(guò)氧化層進(jìn)行擴(kuò)散，可以減少高濃度淺結(jié)擴(kuò)散中造成的晶格損傷（晶格缺陷和失配），從而減少‘死層’的影響，使電池的短波響應(yīng)提高，使得 Voc和 Isc提高，故而提高效率。 ?二氧化硅膜對(duì)雜質(zhì)的掩蔽 作 用 ： 由于硼、磷、砷、銻等雜質(zhì)，在二氧化硅中的擴(kuò)散速度比在硅中慢得多，所以這些雜質(zhì)可以利用一定厚度的二氧化硅膜作為擴(kuò)散時(shí)的掩蔽膜。 此原理可以用來(lái)設(shè)計(jì) SE電池。 2022/2/14 SRPV 14 擴(kuò)散原理 影