太陽(yáng)能電池片擴(kuò)散工藝

1、 擴(kuò)散（diffusion）：物質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向低濃度 區(qū)域轉(zhuǎn)移，直到均勻分布的現(xiàn)象。 擴(kuò)散的用途：金屬表面處理，半導(dǎo)體器件生產(chǎn)等。 1.1 擴(kuò)散的概念擴(kuò)散的概念 在在p p（n n）型襯底上擴(kuò)散型襯底上擴(kuò)散n n（p p）型雜質(zhì)形成型雜質(zhì)形成pnpn結(jié)。達(dá)結(jié)。達(dá) 到合適的摻雜濃度到合適的摻雜濃度。 2.2 擴(kuò)散工藝的目的擴(kuò)散工藝的目的 制造pn結(jié)原理：實(shí)質(zhì)上就是想辦法使受主雜質(zhì)(p型)， 在半導(dǎo)體晶體內(nèi)的一個(gè)區(qū)域中占優(yōu)勢(shì)，而使施主雜 質(zhì)(n型)在半導(dǎo)體內(nèi)的另外一個(gè)區(qū)域中占優(yōu)勢(shì)，這樣 就在一塊完整的半導(dǎo)體晶體中實(shí)現(xiàn)了p型和n型半導(dǎo) 體的接觸，而此時(shí)半導(dǎo)體晶體內(nèi)部就形成pn結(jié)。 利用磷原子(

2、n型) 向晶硅片(p型)內(nèi)部擴(kuò)散的方法， 改變晶硅片表面層的導(dǎo)電類(lèi)型，從而形成pn結(jié)。這 就是用pocl3液態(tài)源擴(kuò)散法制造p-n結(jié)的基本原理。 擴(kuò)散的工藝原理 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 優(yōu)點(diǎn)： pocl3液態(tài)源擴(kuò)散方法具有生產(chǎn)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(duì) 于制作具有大面積結(jié)的太陽(yáng)電池是非常重要的。 太陽(yáng)電池磷擴(kuò)散方法 pocl3是目前磷擴(kuò)散用得較多的一種雜質(zhì)源 無(wú)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，p

3、ocl3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 簡(jiǎn)介 pclo3極易水解，在潮濕的空氣中，因水解產(chǎn)生酸霧， 水解生的hcl 溶于源中會(huì)使源變成淡黃色，此時(shí)須換 源。 工藝生成物hpo3是一種白色粘滯性液體，對(duì)硅片有 腐蝕作用，并會(huì)使石英舟粘在管道上不易拉出。 pocl3 簡(jiǎn)介 磷擴(kuò)散工藝過(guò)程 7 清洗 飽和 裝片 送片 回溫 擴(kuò)散 關(guān)源，退舟 方塊電阻測(cè)量 卸片 清洗 清洗開(kāi)始時(shí)，先開(kāi)o2，再開(kāi)tca；清洗結(jié)束 后，先關(guān)tca，再關(guān)o2。 三氯乙烷（c2h3cl3）高溫氧化分解，產(chǎn)生 的氯分子與重金屬原子化合后被氣體帶走， 達(dá)到清洗石英管道的目的。其反應(yīng)式為： c

4、2h3cl3 + o2 = cl2 + h2o + co2 + 當(dāng)爐溫升至預(yù)定溫度（1050）后直接運(yùn)行 tca工藝，直至tca+飽和工藝結(jié)束。 8 清洗 化學(xué)品：c2h3cl3(三氯乙烷) 特性： 無(wú)色液體，不溶于水 危害性：遇明火、高熱能燃燒，并產(chǎn)生劇毒的氯 化氫煙霧 。急性中毒主要損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)。對(duì) 皮膚有輕度脫脂和刺激作 用。 9 飽和 每班生產(chǎn)前，需對(duì)石英管進(jìn)行飽和。 爐溫升至設(shè)定溫度時(shí)，以設(shè)定流量通小n2（攜 源）和o2，使石英管飽和，20分鐘后，關(guān)閉小 n2和o2。 初次擴(kuò)散前或停產(chǎn)一段時(shí)間以后恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)， 需使石英管在950通源飽和1小時(shí)以上。 10 裝片 戴好防護(hù)口罩和干凈

5、的塑料手套，將清洗甩干 的硅片從傳遞窗口取出，放在潔凈臺(tái)上。 用吸筆依次將硅片從硅片盒中取出，插入石英 舟。 11 送片 用舟叉將裝滿(mǎn)硅片的石英舟放在碳化硅臂漿上， 保證平穩(wěn)，緩緩?fù)迫霐U(kuò)散爐。 12 回溫 打開(kāi)o2，等待石英管升溫至設(shè)定溫度。 13 擴(kuò)散 打開(kāi)小n2，以設(shè)定流量通小n2（攜源）進(jìn)行擴(kuò)散 14 關(guān)源，退舟 擴(kuò)散結(jié)束后，關(guān)閉小n2和o2，將石英舟緩緩 退至爐口，降溫以后，用舟叉從臂槳上取下 石英舟。并立即放上新的石英舟，進(jìn)行下輪 擴(kuò)散。 如沒(méi)有待擴(kuò)散的硅片，將臂漿推入擴(kuò)散爐， 盡量縮短臂槳暴露在空氣中的時(shí)間。 15 卸片 等待硅片冷卻后，將硅片從石英舟上卸下并 放置在硅片盒中，放入

6、傳遞窗。 16 檢驗(yàn)原理檢驗(yàn)原理 v r=fv/i 四探針可以排成不同的幾何形狀，最常見(jiàn)的是排成一條直線(xiàn)。四探針可以排成不同的幾何形狀，最常見(jiàn)的是排成一條直線(xiàn)。 探針間距遠(yuǎn)大于結(jié)深時(shí)，幾何修正因子為探針間距遠(yuǎn)大于結(jié)深時(shí)，幾何修正因子為4.5325。 i 四探針?lè)ㄔ硭奶结樂(lè)ㄔ?關(guān)于四探針 用途：測(cè)量半導(dǎo)體材料的電阻率。 原理：使用四根處于同一水平面上的探針壓 在所測(cè)材料上，1,4探針通電流。2,3探針間 產(chǎn)生一定的電壓。 擴(kuò)散方塊電阻控制在47-52/之間。同一爐擴(kuò)散方塊 電阻不均勻度20%，同一硅片擴(kuò)散方塊電阻不均勻度 10%。 表面無(wú)明顯因偏磷酸滴落或其他原因引起的污染。 工藝參數(shù)工藝參

7、數(shù) tca清洗清洗 預(yù)飽和預(yù)飽和 溫度（）時(shí)間 （min） 小 n2(l/min) o2(l/min) 參數(shù)設(shè)置1050240-4800.510-25 溫度（溫度（）時(shí)間時(shí)間 （min） 小 n2(l/min) 大 n2(l/min) o2(l/m in) 參數(shù)設(shè) 置 900- 950 601-218-251-2.5 工藝參數(shù)工藝參數(shù) 擴(kuò)散參數(shù)擴(kuò)散參數(shù) 時(shí)間（時(shí)間（min）溫度（溫度（） 大大n2（l/min）小小n2（l/min）o2（l/min）源溫（源溫（） 進(jìn)爐進(jìn)爐684090025300020 穩(wěn)定穩(wěn)定984090025300020 通源通源203084090025301.62.01

8、.82.220 吹氮吹氮1084090025300020 出爐出爐1084090025300020 擴(kuò)散裝置示意圖 pocl3磷擴(kuò)散原理 pocl3在高溫下（600）分解生成五氯化磷（pcl5）和五氧化二磷（p2o5）， 其反應(yīng)式如下： 生成的p2o5在擴(kuò)散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅（sio2）和磷原子，其反應(yīng) 式如下： 由上面反應(yīng)式可以看出，pocl3熱分解時(shí)，如果沒(méi)有外來(lái)的氧（o2）參與其分 解是不充分的，生成的pcl5是不易分解的，并且對(duì)硅有腐蝕作用，破壞硅片的 表面狀態(tài)。但在有外來(lái)o2存在的情況下，pcl5會(huì)進(jìn)一步分解成p2o5并放出氯氣 （cl2）其反應(yīng)式如下： 生成的p2o5又進(jìn)

9、一步與硅作用，生成sio2和磷原子，并在硅片表面形成一層磷- 硅玻璃，然后磷原子再向硅中進(jìn)行擴(kuò)散 。由此可見(jiàn)，在磷擴(kuò)散時(shí)，為了促使 pocl3充分的分解和避免pcl5對(duì)硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮?dú)獾耐瑫r(shí)通入 一定流量的氧氣 。 五氧化(二)磷 1.物質(zhì)的理化常數(shù): 國(guó)標(biāo)編號(hào)81063 cas號(hào)1314-56-3 中文名稱(chēng)五氧化(二)磷 英文名稱(chēng)phosphorus pentoxide；phosphoric anhydride 別 名 磷酸酐 分子式 p2o5 外觀(guān)與性狀 白色粉末，不純品為黃色粉末， 易吸潮 分子量 141.94 蒸汽壓 0.13kpa(384) 熔 點(diǎn) 563 溶解性 不

10、溶于丙酮、氨水，溶于硫酸 密 度 相對(duì)密度(水=1)2.39；相對(duì)密度(空氣=1)4.9穩(wěn)定性 穩(wěn)定 危險(xiǎn)特性：接觸有機(jī)物有引起燃燒危險(xiǎn)。受熱或遇水分解放熱， 放出有毒的腐蝕性煙氣。具有強(qiáng)腐蝕性。 燃燒(分解)產(chǎn)物：氧化磷。 cl2 顏色氣味狀態(tài)：通常情況下為有刺激性氣味 黃綠色的氣體。 密度：比空氣密度大，標(biāo)況時(shí) 是=m/v(m)=(71g/mol)/(22.4l/mol)=3.17g/l 。 易 液化。熔沸點(diǎn)較低，在101kpa下，熔點(diǎn)-107.1c， 沸點(diǎn)-34.6c，降溫加壓可將氯氣液化為液氯，液 氯即cl2，其與氯氣物理性質(zhì)不同，但化學(xué)性質(zhì)基 本相同。 溶解性：可溶于水，且易溶于有機(jī)

11、溶 劑，難溶于飽和食鹽水。1體積水在常溫下可溶解2 體積氯氣，形成氯水，密度為3.170g/l。 影響擴(kuò)散的因素 濃度差別的存在是產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的必要條件，環(huán)境溫 度的高低則是決定擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)快慢的重要因素，而擴(kuò)散 時(shí)間則是決定擴(kuò)散的濃度和深度的因素。 27chint solar confidential 高溫氧化高溫氧化/擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介 高溫氧化高溫氧化/擴(kuò)散系統(tǒng)設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)擴(kuò)散系統(tǒng)設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)分為四大部分：控制部分、推舟凈化部 分、電阻加熱爐體部分、氣源部分。 28chint solar confidential 高溫氧化高溫氧化/擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介

12、閉管的爐體尾部氣路閉管的爐體尾部氣路 尾氣液收集瓶 氣源進(jìn)氣口 爐體尾氣管 尾氣排放管道 29chint solar confidential 高溫氧化高溫氧化/擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介 控制部分：控制部分： 位于控制柜的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分布在各個(gè)層面，而每個(gè)層面的控制系統(tǒng)都是相 對(duì)的獨(dú)立部分，每層控制對(duì)應(yīng)層的推舟、爐溫及氣路部分，是擴(kuò)散/氧化系統(tǒng)的控 制中心。 在每層相應(yīng)的前面板上， 左側(cè)分布15寸觸摸屏，右側(cè) 分布狀態(tài)指示燈、報(bào)警器、 急停開(kāi)關(guān)和控制開(kāi)關(guān)。 30chint solar confidential 高溫氧化高溫氧化/擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介 推舟凈化部分：

13、推舟凈化部分： 推舟凈化柜的頂部裝有照明燈；正面是水平層流的高效過(guò)濾器及推舟的絲杠、導(dǎo)軌 副傳動(dòng)系統(tǒng)及sic懸臂漿座，絲杠的右端安裝有 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，導(dǎo)軌兩端是限位開(kāi)關(guān)。一是為硅片進(jìn)出提供高潔凈區(qū)，二是將高溫 熱氣流驅(qū)散，以免灼熱的氣流將過(guò)濾器及凈化臺(tái)頂部烤焦。 限位開(kāi)關(guān) 極限保護(hù)開(kāi)關(guān) 凈化系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī) 31chint solar confidential 高溫氧化高溫氧化/擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介 電阻加熱爐體部分電阻加熱爐體部分 電阻加熱爐體部分也細(xì)分三部分，頂層部分配置水冷散熱器及排熱風(fēng)扇 ，廢棄室頂部設(shè)有抽風(fēng)口，與外接負(fù)壓抽風(fēng)管道連接后，可將工藝過(guò)程殘余 氣體帶走。 中間

14、部分為加熱爐體部分， 配置爐管、控溫?zé)犭娕?、超?保護(hù)熱電偶。 爐柜的底層安裝有加熱爐 的功率部件（可控硅、散熱器、 接觸器、變壓器、可控硅過(guò)零 觸發(fā)器等）及散熱風(fēng)機(jī)。 熱電偶 32chint solar confidential 高溫氧化高溫氧化/擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介 氣源部分氣源部分 氣源柜頂部設(shè)置有排毒口，用以排除在換源過(guò)程中泄露的有害氣體。 柜頂設(shè)置有三路工藝氣體及一路cda的進(jìn)氣接口，接口以下安裝有減壓閥、截 止閥，用以對(duì)進(jìn)氣壓力進(jìn)行控制及調(diào)節(jié)。對(duì)應(yīng)于氣路，分別裝有相應(yīng)的電磁閥、氣 動(dòng)閥、過(guò)濾器、單向閥、mfc及源瓶冷阱等。 柜子底部裝有mfc電源、控制開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)等電

15、路轉(zhuǎn)接板及設(shè)備總電源進(jìn)線(xiàn)轉(zhuǎn) 接板。 33chint solar confidential 高溫氧化高溫氧化/擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介擴(kuò)散系統(tǒng)的設(shè)備簡(jiǎn)介 氣源氣路氣源氣路 小n2 mfc o2 mfc 大n2 mfc 34 majpjmvcyzj21hlfrvy96dv02lppfygxus7iymzkyemz0kgeyzs3bplckyh1lt4ek7cxmux3ijoysoer7zuavwygz4epzruirvpmzzvntf1xzw5oswsxotfaejnocmfe1lzgnn1rsxg8wlcg8cvq3xpjmvodpfwcpiyjgzaznsepniaklysu7qsd1upaxmzd

16、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