主要薄膜光伏電池技術(shù)及制備工藝介紹(編輯修改稿)
2025-07-25 23:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 與薹極材料的濺射產(chǎn)額、離子流密度和濺射室的真空度等因素有關(guān)。濺射刻蝕時，應(yīng)盡可能從濺射室除去濺出的靶極原子。常用的方法是引入反應(yīng)氣體，使之與濺出的靶極原子反應(yīng)生成揮發(fā)性氣體，通過真空系統(tǒng)從濺射室中排出。淀積薄膜時，濺射源置于靶極，受氬離子輕擊后發(fā)生濺射。如果靶材是單質(zhì)的，則在襯底上生成靶極物質(zhì)的單質(zhì)薄膜，若在濺射室內(nèi)有意識地引入反應(yīng)氣體，使之與濺出的靶材原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而淀積于襯底，便可形成靶極材料的化合物薄膜。通常，制取化合物或合金薄膜是用化合物或合金靶直接進(jìn)行濺射而得。在濺射中，濺出的原子是與具有數(shù)千電子伏的高能離子交換能量飛濺出來的，其能量較高，往往比蒸發(fā)原子高出1－2個數(shù)量級，因而用濺射法形成的薄膜與襯底的粘附性較蒸發(fā)為佳。若在濺射時襯底加適當(dāng)?shù)钠珘?，可以兼顧襯底的清潔處理，這對生成薄膜的臺階覆蓋又有好處。另外，用濺射法可以制備不能用政法工藝制備的高熔點(diǎn)、低蒸氣壓物質(zhì)膜，便于制備化合物或合金的薄膜。建設(shè)主要有離子束濺射和等離子體濺射兩種方法。離子束濺射裝置中，由離子槍提供一定能量的定向離子束轟擊靶極產(chǎn)生濺射（如下圖）。離子槍可以兼作襯底的清潔處理（位置1）和對靶極的濺射（位置2）。為避免在絕緣的固體表面產(chǎn)生電荷堆積，可采用荷能中性束的濺射。中性束是荷能正離子在脫離離子槍之前由電子中和所致。離子束濺射廣泛應(yīng)用于表面分析儀器中，對樣品進(jìn)行清潔處理或剝層處理。由于束斑大小有限，用于大面積襯底的快速薄膜淀積尚有困難。圖：離子束源濺射裝置等離子體濺射也稱輝光放電濺射。產(chǎn)生濺射所需的正離子來源于輝光放電中的等離子區(qū)。靶及表面必須是一個高的負(fù)電位，正離子被此電場加速后獲得動能轟擊靶極產(chǎn)生濺射，同時不可避免地發(fā)生電子對襯底的轟擊。二極濺射是最簡單的等離子濺射裝置。兩個平行板電極間加上一個直流高電壓，陰極為靶極，陽極為襯底。為使這種自持輝光放電保持穩(wěn)定，除兩極板極間須保持一定電壓外，極板間距和氣體壓強(qiáng)的大小也很重要。在兩板間距為數(shù)厘米的正常濺射間距下，放電氣壓一般高達(dá)10帕。在這樣的氣壓下，粒子的平均自由程度很短，對濺射不利。為保持更低氣壓下的濺射，可采用非自持放電，常用的是熱電子激發(fā)法。直流四級濺射就是在原有的二極濺射設(shè)備上附加一對熱燈絲和陽極組成的。從燈絲發(fā)出的強(qiáng)大電子流在流向陽極的途中，使處于低氣壓的氬氣分子大量電離，從而提供足夠的離子。這可使濺射在101102帕的低氣壓下進(jìn)行。外加磁場可使電子電離氣體的效率增加。對于絕緣體靶的濺射，必須采用高頻濺射方法。在靶極上施加高頻電壓，氣體擊穿后等離子體中的電子和離子將在靶極高頻電場的作用下交替地向靶極遷移。電子的遷移率比離子高的多。頻率很高時，離子向靶極的遷移就會跟不上高頻信號的頻率變化。因?yàn)榘惺墙^緣的，靶極回路凈電流必須保持為零。為此必須在靶極表面維持一個負(fù)電勢用以抑制電子向靶極的遷移，同時加速正離子的遷移，使流向靶極的電子數(shù)與離子數(shù)相等。正是這一負(fù)電勢加速氬離子遷移，使絕緣靶的濺射得到維持。為使這一負(fù)電勢保持足夠的數(shù)值，靶上的高頻電壓的頻率必須足夠高。頻率過高，高頻損耗增大且難于匹配。等離子體濺射突出的問題是濺射速率低、襯底溫度升高。從靶極發(fā)出的濺射原子流為E=SJ。式中S為濺射產(chǎn)額，J為轟擊靶極離子密流度。在S確定以后，提高濺射速率必須增加離子密流度。另外，降低襯底溫升，必須防止高能二次電子對襯底的轟擊。磁控濺射能解決這兩個問題。磁控濺射利用高頻磁控的原理，在濺射室中引入一個與電場方向正交的磁場。在此磁場的控制下，電子局限于靶極附近并沿螺旋軌道運(yùn)動，大大提高電子對氬原子的電離效率，增加轟擊靶極的離子流密度J，實(shí)現(xiàn)快速的大電流濺射。同時，又能避免電子直接向襯底加速，降低襯底的溫升。磁控濺射有直流和高頻兩類。按結(jié)構(gòu)又有同軸型、平面型和S槍等多種類型。圖為一平面型磁控濺射裝置，圖中虛線表示磁場方向。靶極上出現(xiàn)不均勻侵蝕，會使磁控濺射靶材利用率降低。圖：平面型磁控濺射裝置離子鍍膜法將真空蒸發(fā)和濺射工藝相結(jié)合，利用濺射對襯底作清潔處理，用蒸發(fā)的方法鍍膜，襯底置于陰極，它與蒸發(fā)源之間加數(shù)百伏以至數(shù)千伏的高壓電，放電氣壓為10102帕。蒸發(fā)源通過熱絲加熱進(jìn)行蒸發(fā)，部分蒸發(fā)分子與放電氣體分子成一定比例，在強(qiáng)電場作用下激發(fā)電離并加速向襯底轟擊，而大部分中性蒸發(fā)分子不經(jīng)加速而到達(dá)襯底。用此法制造薄膜，淀積速率比濺射法為高，與襯底的粘附力又比蒸發(fā)法為強(qiáng)。6. 芯片制絨——酸腐蝕法制備絨面的基本原理目前廣泛使用的酸腐蝕溶液是以HFHN03為基礎(chǔ)的水溶液體系，為了控制化學(xué)反應(yīng)的劇烈程度，有時還加入一些其它的化學(xué)品。但是，基本的化學(xué)反應(yīng)是不變的，大致的蝕刻機(jī)是采用HNO3（一種氧化劑）腐蝕，在硅片表面形成了一層SIO2在HF酸的作用下去除。酸對硅的腐蝕速度與晶粒取向無關(guān)，因此酸腐蝕又稱為各向同性腐蝕。酸與硅的反應(yīng)可以看作局部電化學(xué)過程，在反應(yīng)發(fā)生的地方形成了陽極和陰極，反應(yīng)的過程中有電流在它們之間流過。陽極是硅的溶解反應(yīng)，陰極是消耗反應(yīng)，陽極、陰極及總的反應(yīng)可由下式表示：陽極：Si + 2H2O + nh→ SiO2 + 4H + (4n)eSiO2 + 6HF→ H2SiF6 + 2H2O陰極：HNO3 + 3H→NO + 2H2O + 3h總體的反應(yīng)式：3Si + 4HNO3 + 18HF→3H2SiF6 + 4NO + 8H2O + 3(4n)h + 3(4n)en表示分離一個Si原子平均需要的電荷數(shù)量，h表示正電荷或者空穴，e表示電子。7. 一些改進(jìn)的酸腐蝕絨面技術(shù)最簡單的酸腐蝕溶液是僅僅包含HFHNO3的混合溶液，但是，這樣的溶液發(fā)生的反應(yīng)式劇烈的放熱反應(yīng)，必須控制它的反應(yīng)溫度。所以，經(jīng)常要附加一些化學(xué)品。比如醋酸（CH3COOH），它并不參加反應(yīng)，而是通過減小反應(yīng)劑的濃度起到在晶體管芯片的制造過程中，由于原材料本身工藝操作等方面的影響，硅片表面往往存在的少量堿金屬離子（Na+、K+）將危害器件的性能。提高器件的穩(wěn)定性和可靠性，常使用磷吸雜工藝將表面生長有二氧化硅薄膜的硅片，并用帶三氯氧磷和含少量氧的氮?dú)鈱ζ浔砻孢M(jìn)行適當(dāng)處理，以形成一磷硅玻璃層，從而利用磷硅玻璃的吸附和固定納、鉀離子的作用把這些有害離子去掉。通?？稍谝欢囟葪l件下，讓硅片置于磷氣氛中一段時間來達(dá)到上述目的。但在實(shí)際中，由于使用溫度高，監(jiān)測設(shè)備誤差以及氣流大小等諸多因素的影響，合適的工藝條件難以一步到位，須進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)、分析和調(diào)整才能達(dá)到要求。1）引線：在太陽能電池的正面柵線上
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