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 利用硅浆料的硅片掺杂# 5 10 15 20 25 30 35 摘要：本文介绍了一种基于硅浆料的硅片掺杂方法。用冷等离子体法制备出掺杂（硼或磷） 的纳米硅颗粒，随后将其分散在有机溶剂中形成硅浆料。将硅浆料通过丝网印刷的方法涂覆 在硅片表面。热处理后，硅浆料中的杂质原子扩散进入硅片，实现对硅片的掺杂。纳米硅颗 粒中的杂质原子含量由化学滴定法测试。二次离子质谱、扩展电阻和方块电阻的测试结果表 明，这种利用硅浆料的方法成功的对硅片进行了掺杂。 关键词：材料物理与化学；掺杂纳米硅颗粒；掺杂；硅浆料 中图分类号：TB44 Silicon-paste-enabled doping of silicon wafers GAO Yu, PI Xiaodong, YANG Deren (State Key Laboratory of Silicon Materials and Department of Materials Science and Engineering, Zhejiang University, HangZhou 310027) Abstract: In this work we introduce recently developed silicon-paste-enabled doping. Boron- (or phosphorus-) doped silicon nanoparticles (Si NPs) are synthesized by a plasma approach. They are then dispersed in solvents to form Si paste. Si paste is screen-printed at the surface of Si wafers. By means of annealing B (or P) atoms in Si paste diffuse into Si wafers. Chemical analysis is employed to obtain the doping level of Si NPs. The successful doping is evidenced by secondary ion mass spectroscopy (SIMS), spreading resistance and sheet resistance measurements. Keywords: Materials Physics and Chemistry; doped silicon nanoparticle; doping; silicon paste 0 引言 在半导体器件的制备工艺中，硅片的掺杂是十分重要的。所掺入的杂质原子主要是硼 （B）和磷（P）[1, 2 ,3 ,4]。热扩散是目前工业生产中应用得最广泛的硅片掺杂方法。该方法成 本较低、易于大规模生产。热扩散法的掺杂源可分为气态掺杂源、液态掺杂源和固态掺杂源。 常见的气态磷源和液态磷源有 PH3、POCl3 等[5, 6]。常见的气态硼源和液态硼源有 BBr3, BCl3 和 B2H6 等[7, 8, 9, 10]。使用气态源或液态源，可以在很大范围内调节硅片的掺杂浓度，但是气 态源或液态源一般是有毒或有腐蚀性的。利用固态的扩散源片对硅片掺杂也是十分常见的， 例如固态陶瓷磷源片、氮化硼（BN）扩散源片[11]等。固态源片的优点是易于高效率的实现 大规模生产，缺点是热处理过程中源片容易变形或开裂。除了热扩散，离子注入也是硅片掺 杂常用的一种方法[12]。利用离子注入进行硅片掺杂时，掺杂浓度和掺杂深度可以得到精确 的控制，但是需要昂贵的设备，不利于大规模生产。另外，离子注入通常会在硅片中引入较 多的缺陷，必须通过附加的热处理来减少或消除，导致了成本和能耗的增加。 基于丝网印刷的硅片掺杂近几年来得到了越来越多的关注。丝网印刷的操作简单，不需 要昂贵的设备，非常有利于实现大规模生产。另外，通过改变丝网印刷的模板和浆料，可以 方便的调节掺杂区域和掺杂浓度。一些不同种类的丝网印刷掺杂浆料相继被报道[13, 14, 15] 40 通过丝网印刷硅墨水，可以方便的制备晶硅太阳能电池的选择性发射极，带来电池效率的较 大提升。值得一提的是，目前只有掺磷的 n 型硅墨水被公开报道。Du 等人[15]制备的 Al/B 浆 -1-  料可以应用于太阳能电池的背场制备。与传统的太阳能电池 Al 浆相比，Al/ B 浆料的使用形 成了更有效的背场，提高了太阳能电池的性能。但是，很明显该浆料不能用作硅片的硼掺杂 源。在这篇文章中，我们介绍了一种可用于丝网印刷的掺杂源，即基于掺杂（B 或 P）纳米