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扩散工艺介绍 技术部 2009-7-16 对磷扩散的认识—半导体特性 硅太阳电池生产中常用的几种元素:硅（Si）、磷（P）、硼（B）元素的原子结构模型如下： 对磷扩散的认识—半导体特性 硼（B）是三族元素，原子的最外层有三个价电子，硼原子最外层只有三个电子参加共价键，在另一个价键上因缺少一个电子而形成一个空位，邻近价键上的价电子跑来填补这个空位，就在这个邻近价键上形成了一个新的空位，我们称这个空位叫“空穴”。这种依靠空穴导电的半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。P型半导体中空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。这种接受自由电子的杂质称为受主杂质。如下图: 对磷扩散的认识—半导体特性 对磷扩散的认识—半导体特性 磷（P）是五族元素，原子的最外层有五个价电子，磷原子最外层五个电子中只有四个参加共价键，另一个不在价键上，成为自由电子，失去电子的磷原子是一个带正电的正离子，正离子处于晶格位置上，不能自由运动，它不是载流子。因此，掺入磷的半导体起导电作用的，主要是磷所提供的自由电子，这种依靠电子导电的半导体称为电子型半导体，简称N型半导体。N型半导体上自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。这种提供自由电子的杂质称为施主杂质。如下图： 对磷扩散的认识—半导体特性 扩散工艺介绍 工艺原理 高温下，单晶固体中会产生空位的点缺陷。当存在主原子或杂质原子的浓度梯度时，点缺陷会影响原子的运动。当某一晶格原子偶然地获得足够的能量而离开晶格位置，成为一个填隙原子，同时产生一个空位。当邻近的原子向空位迁移时，这种机理称为空位扩散。 扩散工艺目的介绍 扩散的目的：形成PN结 太阳电池磷扩散方法 １．三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 ２．喷涂磷酸水溶液后链式扩散 ３．丝网印刷磷浆料后链式扩散 目前采用的是第一种方法。 扩散装置示意图 开管扩散炉结构示意图 热扩散化学反应方程式 化学反应方程式 扩散的两种模型 恒定表面浓度扩散 恒定掺杂剂总量扩散 Ns是恒定的表面浓度，D是恒定的扩散系数，x是位置坐标，t是扩散时间，erfc是余误差函数符号。 影响扩散的因素 管内气体中杂质源的浓度 扩散温度 扩散时间 管内气流的分布 扩散层薄层电阻 在太阳电池扩散工艺中，扩散层薄层电阻（方块电阻）是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要工艺指标之一。 方块电阻也是标志进入半导体中的杂质总量的一个重要参数。 考虑一块长为l、宽为a、厚为t的薄层如右图。如果该薄层材料的电阻率为ρ，则该整个薄层的电阻为 当l=a（即为一个方块）时，R= ρ/t。可见，（ρ/t）代表一个方块的电阻，故称为方块电阻，特记为R□= ρ/t (Ω/□) 扩散层薄层电阻的测试 目前生产中，测量扩散层薄层电阻广泛采用四探针法。测量装置示意图如图所示。图中直线陈列四根金属探针（一般用钨丝腐蚀而成）排列在彼此相距为S一直线上，并且要求探针同时与样品表面接触良好，外面一对探针用来通电流、当有电流注入时，样品内部各点将产生电位，里面一对探针用来测量2、3点间的电位差。 常见问题及对策 方阻异常及对策 突然一炉整体方阻偏大（波动大于5） 对策：检查磷源是否充足；检查管路是否漏气；检查流量器是否正常。 突然一炉炉口方阻整体偏大 对策：观察炉口密封是否正常。 突然一炉炉口方阻整体偏小（波动大于5） 对策：检查流量器是否正常，设定稳定是否漂移。 常见问题及对策 其他异常及对策 出现“蓝片”（数量大于5片） 对策：如炉口是否积累偏磷酸较多，可以清洗炉管。 程序突然中断 对策：如及时发现可以“断点启动”。 磷源泄露 对策：增加排风，所有人撤离现场，等专业人员解决。 突然断电 对策：等待恢复供电后，查看历史记录，根据实际情况进行返工。 POCl3 简介 POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源 无色透明液体，具有刺激性气味。如果纯度不高则呈红黄色。 比重为1.67，熔点2℃，沸点107℃，在潮湿空气中发烟。 POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发。升温下与水接触会反应释放出腐蚀有毒易燃气体。 POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。 POCl3应急处置 皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。 眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。 吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。 食入：用水漱口，无腐蚀症状者洗胃。忌服油类。就医。 呼吸系统防护：可能接触其蒸气时，必须佩戴自吸过滤式防毒面具（