对磷扩散的认识讲解

POCl3 简介

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磷扩散原理

a, POCl3在高温下（>600℃）分解 生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷 （P2O5），其反应式如下：
POCl3磷扩散原理
对磷扩散的认识—半导体特性
N型半导体（施主掺杂）--提供自由电子
多余电子
对磷扩散的认识--什么叫扩散
太阳能电池的心脏是一个PN结。PN结 是不能简单地用两块不同类型（p型和n型） 的半导体接触在一起就能形成的。要制造 一个PN结，必须使一块完整的半导体晶体 的一部分是P型区域，另一部分是N型区域。 也就是在晶体内部实现P型和N型半导体的 接触。
B
si
P
B
对磷扩散的认识—半导体特性
硅晶体内的共价键 硅晶体的特点是原子之间靠共有电子对连接 在一起。硅原子的4个价电子和它相邻的4个原子 组成4对共有电子对。这种共有电子对就称为 “共价键”。
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--什么叫扩散
在硅片周围包围着许许多多的磷的分 子，因此磷原子能从四周进入硅片的表面 层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内 部渗透扩散。在有磷渗透的一面就形成了 N型，在没有渗透的一面是原始P型的， 这样就达到了在硅片内部形成了所要的PN 结。----这就是所说的扩散。
PN结——太阳电池的心脏
对磷扩散的认识

半导体特性 什么叫扩散 扩散的目的 扩散的方式 扩散的原理




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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：
第三层4个电子 第二层8个电子 第一层2个电子 最外层5个电子 最外层3个电子
Si +14
P +15

b, 生成的P2O5在扩散温度下与硅反应， 生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反 应式如下：
POCl3磷扩散原理

c, 由上面反应式可以看出，POCl3热分 解时，如果没有外来的氧（O2）参与其 分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解 的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的 表面状态。但在有外来O2存在的情况下， PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气 （Cl2）其反应式如下：
POCl3磷扩散原理

d, 生成的P2O5又进一步与硅作用，生成 SiO2和磷原子，由此可见，在磷扩散时， 为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对 硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的 同时通入一定流量的氧气 。在有氧气的 存在时，POCl3热分解的反应式为：
POCl3磷扩散原理

e, POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表 面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子， 并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后 磷原子再向硅中进行扩散 。
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。
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

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。
对磷扩散的认识--什么叫扩散
制造PN结，实质上就是想办法使受主 杂质（P型），在半导体晶体内的一个区域 中占优势，而使施主杂质（N型）在半导体 内的另外一个区域中占优势，这样就在一 块完整的半导体晶体中实现了P型和N型半 导体的接触 。
对磷扩散的认识--什么叫扩散
制作太阳电池的硅片是P型的，也就是 说在制造硅片时，已经掺进了一定量的硼 元素，使之成为P型的硅片。如果我们把这 种硅片放在一个石英容器内，同时对此石 英容器内加热到一定温度，并将含磷的气 体通入这个石英容器内，这时施主杂质磷 可从化合物中分解出来，在容器内充满着 含磷的蒸汽。
对磷扩散的认识—半导体特性
P型半导体（受主掺杂）--接受自由电子
空键 空穴
接受电子
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：
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