2020年TOPCon电池技术难点及发展方向分析

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TOPCon电池工艺、降本增效路径及盈利性、企业梳理

TOPCon电池工艺、降本增效路径及盈利性、企业梳理

图12:普通光伏电池多种损失机制
表2:不同电池减小效率损失的原理
方法
原理
电池
电池背部开孔
减小金属与c-Si直接 接触的面积
PERC、PERL、PERL等
新型载流子选择性钝化 接触技术
实现优异的表面钝化 无需开孔便可分离与 输运载流子

SHJ、TOPCon等
采用交叉指式背接触技 最大限度提高光利用 术与其他电池结构结合 率
6
1.2
图5:TOPCon的氧化层、Poly层制备路径可分为LPCVD、PECVD、PVD三种
隧穿氧化层及Pol y膜层制备技术路径: 1)热氧+LPCVD沉积+离子注入/ 磷扩 散; 2)热氧+LPCVD沉积; 3 PEALD氧化+PECVD沉积; 4 PECVD氧化+PECVD沉积; 5 PECVD氧化+PVD多晶。
IBC、HBC等
14
2.1
电池片效率损失主要来源于两方面:1)光学损失,长波长的入射光子能量小于材料的禁带宽度,导致入射光直接穿过电 池—低能量光子损失;入射光能量远高于材料的禁带宽度,超过可吸收范围的能量无法被利用且会被转化为热能;2)电 学损失,电子和空穴穿越P-N结的复合损失;电子和空穴在电极接触区的复合损失;电子和空穴在衬底内/界面处复合损 失;与电极接触时的电阻过大带来的损失。TOPCon与普通的N型电池结构相比,有效降低背场表面复合损失。
氧化、等离子辅助氧化等方法形成。
Poly层能够对超薄氧化层起保护作用,避免其遭到破坏。当前主流的制备方式有LPCVD、PECVD等工艺。此外,还有PEALD、
APCVD及PVD等其他工艺路线并存。
LPCVD:是当前最主流的工艺,其工艺成熟、控制简单,但成膜速率慢。LPCVD工艺的原理是将一种或数种气态物质,在较 低的压力下,用热能激活,使其发生热分解或化学反应,沉积在衬底表面形成所需的薄膜。该路线的工艺成熟、控制简单

Topcon技术分析

Topcon技术分析

02
Topcon技术难点
2.技术难点-硼扩
BBr3: 沸点90℃,常温下为液态。 BCl3: 沸点12.5℃,常温下为气态。
4BCl3+3O2=2B2O3+6Cl2 2B2O3+3Si=4B+3SiO2
BBr3 vs BCl3
B-Cl键能更大,不易分解,在扩散温度 Cl2的氧化性更强,容易氧化金属杂质。 下利用率不高
05
电池技术知识分享
05
电池技术知识分享
为什么是TOPCON?
增加有限的设备可以为电池技术进行升级,而不 至 于HIT直接颠覆式成长。 改善P型电池并兼容P型,可持续发展叠层电池。
CSPV2019-TOPCon: Improvements in Laboratory and Industrialization at Fraunhofer ISE
05
电池技术知识分享
TOPCON设备选型-LPCVD
05
电池技术知识分享
TOPCON设备选型对比
05
电池技术知识分享
TOPCON路线设计参考
步数 1 2 3 4 5
6
7 8 9 10 11 12
制程 制绒 硼扩
BSG+背抛
LPCVD
磷掺杂
去绕镀 ALD 镀膜
丝网烧结 电注入
测试分选
设备厂家参考
STEP 3
的单色紫外光; 分解环境大气的分
子氧
(O2)。所得氧自由基

PECVD
O2之间反应产生O3
钝化效果较差;
厚度均匀性不易控制;
生长速度快
STEP 4
02
Topcon技术难点
2.技术难点-Tunnel Oxide

2020年TOPCon电池技术难点及发展方向分析

2020年TOPCon电池技术难点及发展方向分析

TOPCON电池技术分析2020晶硅电池技术-sw目录CONTENTS 01Topcon技术介绍02Topcon技术难点03Topcon发展方向04 LPCVD技术分享05 电池技术知识分享01Topcon技术介绍采用超薄介质薄膜将金属和半导体隔离,钝化硅片表面,同时薄膜超薄,可实现载流子的隧穿效应以保证载流子的传导。

这种技术被称为钝化接触技术。

起源:隧穿氧化层钝化接触( tunnel oxide passivated contact, TOPCon)太阳能电池 ,是 2013 年在第 28 届欧洲 PVSEC 光伏大会上德国 Fraunhofer太阳能研究所首次提出的一种新型钝化接触太阳能电池,电池结构图如图1所示.首先在电池背面制备一层 1 ~ 2nm 的隧穿氧化层,然后再沉积一层掺杂多晶硅,二者共同形成了钝化接触结构,为硅片的背面提供了良好的界面钝化。

1—金属栅线;2—p+ 发射极;3—钝化薄膜;4—coatig:减反射膜;5—超薄隧穿氧化层( SiO2);6—金属化;7—磷掺杂多晶硅层最高效率(Fraunhfer 25.7):隧穿原理选择性钝化接触技术允许一种载流子通过;阻止另一种载流子输运钝化接触的质量可以由公式来定义:选择性参数:S10接触电阻: ρc复合参数: J0热电压(thermal Voltage): Vth 通过S10可以计算电池的极限效率隧穿原理选择性钝化接触技术具有局部针孔的n+型多硅/硅结的简图隧穿原理选择性钝化接触技术TOPCon太阳电池技术具有最高的极限效率Topcon隧穿原理选择性钝化接触技术•传统的金属接触•钝化接触不同隧穿层材料对于界面化学钝化及电荷场钝化的特性02Tocpon技术难点主要有隧穿层制备,poly及掺杂制备,BRL去除及金属化等。

1.经典topcon技术路线介绍天合 REC 林洋 中来1.TOPCON电池对于硅基材料的要求N型材料的优势:• N型材料较低的金属杂质敏感度• 不存在硼氧对缺陷• 更高的寿命挑战:• 硼扩散的高温工艺• 对氧敏感,产生氧致同心圆缺陷• N型电池片良率较低2.技术难点-TunnelOxideSTEP 1STEP 2STEP 3STEP 4热氧化法氧气高温下与硅基底反应;化学钝化效果好; 厚度均匀性控制难度较高湿化学法沸腾的HNO3/H20(68%wt);共沸物,反应过程中化学组成基本不变,可长时间使用;生长厚度具有自限制特点,工艺更好控制PECVD钝化效果较差;厚度均匀性不易控制; 生长速度快准分子源干氧(excimer source) 准分子发射波长为172 nm的单色紫外光;分解环境大气的分子氧(O2)。

2020年固态电池行业分析报告

2020年固态电池行业分析报告

2020年固态电池行业分析报告2020年5月目录一、技术革新无休止,攻坚固态电池是关键 (5)1、固态电池有望成为下一代高性能锂离子电池 (5).2、电解质和界面双管齐下,构建高性能固态电池............ 1. 3(1)构建高性能固态电解质,固态电解质和液态电解质的核心要求一致 (13)(2)提高界面相容性和稳定性 (16)(3)固态电解质晶界 (17)(4)电极/固态电解质界面 (17)①........................................................................................................................... 电极/ 无机固态电解质界面 (17)②........................................................................................................................... 电极/ 有机固态电解质界面 (19)二、政府扶持、企业角逐,固态电池商业化提速 (19)1、政府引导,推动固态电池领域快速发展.................. 1.92、企业积极布局,固态电池领域陷入“混战”.............................. 2. 1三、技术和成本双制约,全固态电池量产仍需十年 (26)1、三星率先实现技术突破,全固态电池量产仍有难点........ 2. 62、固态电池的工艺路线尚不成熟,产业化仍需时间.......... 2. 83、固态电池的成本拆分以及未来的降本路径................ 3.1(1)电池设计 (33)①材料层面 (33)②电芯设计 (34)(2)物料成本 (35)(3)生产成本 (35)①工厂设计 (35)②厂房、能源及人员 (36)③生产工序 (37)(4)降本路径 (41)四、主要风险 (45)1、政策变化影响行业发展的风险.......................... 4..52、技术路线变更的风险.................................. 4..5.3、市场竞争加剧的风险.................................. 4..5.4、原材料价格大幅波动的风险............................ 4..5固态电池有望成为下一代高性能锂离子电池。

TOPCon电池行业分析报告

TOPCon电池行业分析报告

TOPCon电池行业分析报告一、定义TOPCon电池是一种高效的太阳能电池,其全称为Tunnel Oxide Passivated Contact(隧道氧化物钝化接触)电池。

它采用新型的电池结构,使得电池将光能更有效地转化为电能,并且具有更高的转化效率。

TOPCon电池的出现将有助于解决可再生能源利用的难题。

二、分类特点1.低电池温度系数:造成输出功率变化的温度变化相对较小。

2.高峰值功率:峰值功率比一般多晶硅电池高出20%以上。

3.长寿命:规定的保修期限可以长达25年。

4.低失效率:10年后的失效率小于8%,25年后的失效率不超过20%。

5.环保性好:其制造过程中有较高的上料利用率,并且可以回收相当大比例的材料。

三、产业链TOPCon电池的产业链主要包括硅块、硅材料、超纯硅、硅片、电池片、封装等环节。

四、发展历程TOPCon电池源于欧洲研究机构Emperor和Universidad Politécnica de Madrid的联合研究。

之后,52MW的TOPCon电池生产线成功发电并投入商业化应用,德国的Q-Cells 成为国际上首批量产TOPCon电池的企业。

目前,TOPCon电池已经成为太阳能电池领域的重要产品。

五、行业政策文件及主要内容政策文件主要包括《可再生能源法》、《新能源汽车产业发展规划》、《镇海太阳能光伏产业基地发展规划》等。

1.《可再生能源法》该法规定,到2020年,全国可再生能源占总用能量的比重应当达到15%,并制定了一系列具体实施措施。

2.《新能源汽车产业发展规划》根据该规划,电动汽车及插电式混合动力汽车的比例应当分别达到4%和3%以上,电动客车比例应当超过30%。

3.《镇海太阳能光伏产业基地发展规划》该规划明确镇海要把太阳能光伏产业作为支柱产业,着力发展光伏布局系统、光伏材料制备、光伏电池及组件制造和其他光伏应用。

六、经济、社会和技术环境1.经济环境我国是全球第一个有政府对新能源开展专项支持的国家,政府的一系列政策措施将助推TOPCon电池的发展。

TOPCon电池要点总结

TOPCon电池要点总结

TOPCon电池要点总结一TOPCon技术工艺1TOPCon技术:TOPCon采用背面氧化层+掺杂多晶硅的复合结构形成良好的钝化接触全面提升电池的性能2Topcon工艺流程:3原位掺杂和非原位掺杂:两种选择对性能差异不大但从掺杂之后的后续处理问题来看目前原位掺杂是比较折中的选则是最容易量产最稳定的选择可控性较好4PE和LP:PE路线有先天性问题体现不出TOPCon的优势Poly 沉积快致密性很差用PE做的电池效率低从量产角度看LP已经满足需求后续LP将是主流5N型和P型技术路径和难度对比:P型做TOPCon容易很多但效率提升不太明显仅比P型PERC效率高0.5pct左右这主要是载流子的问题P型的载流子是空穴跃迁相对比较难而N型的载流子是电子所以目前主流选择N型6TOPCon和IBC结合的可行性:今年除了是TOPCon的元年也是N型硅片的元年N型硅片具有先天性优势TOPCon技术是可以和HJT和IBC技术融合的但是目前TOPCon尚且处于能做的阶段而不是技术很好的阶段二TOPCon与PERC对比1优势:效率高:TOPCon目前量产效率最高的厂家效率高达24.8%当前主流的PERC是23.2%TOPCon高1.6个百分点预计到2023年下半年TOPCon可以达到26.8%PERC的效率在23.5%左右效率差能达到3.3个百分点衰减低:一方面TOPCon电池没有掉档的情况而PERC电池目前的测试效率经一段时间后复测效率掉1~2个档;另一方面对于组件端TOPCon发电功率不存在衰减PERC首年有接近8%的功率衰减长波响应好:PERC只是对短波响应好TOPCon不管是长波还是短波响应都很好TOPCon不受天气影响发电量持续保障而PERC发电量受天气影响严重2劣势:固定投资高:TOPCon设备投资2亿元/GW而PERC是1.2亿元/GW工艺复杂:TOPCon工艺是12步而PERC是11步TOPCon新增三道工序删掉了两道工序调整了一道工序但它新增的几道工序都是比较复杂难以控制的非硅成本高:目前来看TOPCon非硅成本是0.26-0.27元/WPERC 是在0.2元/W左右TOPCon比PERC高30%预期最终两者成本均有所降低后TOPCon成本比PERC高20%三TOPCon与HJT对比1优势:技术成熟兼容性好:TOPCon的技术相对成熟兼容性好12道工序中有8道工序和PERC完全一样新增的三道工序里面设计的操作工艺窗口参数设置等与原有的PERC近似度非常高车间投资低:TOPCon设备投资2亿元/GW而HJT目前来看要做到3~3.5亿元/GW量产性好:TOPCon的操作员工和工艺设备都可以直接从PERC原有车间无缝衔接不需要做额外培训和技能升级效率高:目前TOPCon比HJT效率高0.4pct预计到2023年效率差可能还会拉大非硅成本低:TOPCon是0.26-0.27元而HJT目前是0.33元电池无衰减:TOPCon不管是电池端还是组件都没有衰减但是HJT因为使用低温凝胶效率逐渐衰减2劣势:工艺流程长:TOPCon有12步而HJT只有5步(清洗制绒掺杂晶体硅导电膜丝网印刷测试分选工序流程越长意味着设备对应的人员工艺复杂度等增加很多车间占用面积大:工艺流程长造成需要的设备多土地占用面积大同时整个工程车间的设备动力成本等也会相应增加硅片厚度降低幅度小:PERC的硅片厚度在170~175μm之间(如果减薄太多铝背厂的应力将导致硅片强度不达标TOPCon目前主流能做到150~155μm(要面临硼扩的超高温和剧烈升降温的考验后续应该不会减薄太多HJT目前主流的实验室批量在110~120μm之间有极个别的厂家能做到90μm左右TOPCon省了约20μm左右的厚度而HJT 省60μm左右硅片尺寸受限:TOPCon尺寸目前主流是182210目前来看阻力较大主要的阻力来自于电池板和组件端的面积而HJT受工艺的限制小可以优先上210尺寸3HJT量产化遇到的问题:低温银浆:250度的超级低温导致银浆的金属化非常差带来很多的衍生问题最大的一点在于组件的焊接拉力完全不达标TCO膜:TCO 膜特别容易老化老化后性能下降很严重PERC和TOPCon电池组件寿命一般是15~20年而HJT技术在实验室恶劣条件下TCO膜的寿命是3~5年PVD&RPD设备:设备来源于半导体要精准控制但是它连续作业能力不高作者:Curry陽00后投资者来源:雪球。

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TOPCON电池技术分析2020晶硅电池技术-sw目录CONTENTS 01Topcon技术介绍02Topcon技术难点03Topcon发展方向04 LPCVD技术分享05 电池技术知识分享01Topcon技术介绍采用超薄介质薄膜将金属和半导体隔离,钝化硅片表面,同时薄膜超薄,可实现载流子的隧穿效应以保证载流子的传导。

这种技术被称为钝化接触技术。

起源:隧穿氧化层钝化接触( tunnel oxide passivated contact, TOPCon)太阳能电池 ,是 2013 年在第 28 届欧洲 PVSEC 光伏大会上德国 Fraunhofer太阳能研究所首次提出的一种新型钝化接触太阳能电池,电池结构图如图1所示.首先在电池背面制备一层 1 ~ 2nm 的隧穿氧化层,然后再沉积一层掺杂多晶硅,二者共同形成了钝化接触结构,为硅片的背面提供了良好的界面钝化。

1—金属栅线;2—p+ 发射极;3—钝化薄膜;4—coatig:减反射膜;5—超薄隧穿氧化层( SiO2);6—金属化;7—磷掺杂多晶硅层最高效率(Fraunhfer 25.7):隧穿原理选择性钝化接触技术允许一种载流子通过;阻止另一种载流子输运钝化接触的质量可以由公式来定义:选择性参数:S10接触电阻: ρc复合参数: J0热电压(thermal Voltage): Vth 通过S10可以计算电池的极限效率隧穿原理选择性钝化接触技术具有局部针孔的n+型多硅/硅结的简图隧穿原理选择性钝化接触技术TOPCon太阳电池技术具有最高的极限效率Topcon隧穿原理选择性钝化接触技术•传统的金属接触•钝化接触不同隧穿层材料对于界面化学钝化及电荷场钝化的特性02Tocpon技术难点主要有隧穿层制备,poly及掺杂制备,BRL去除及金属化等。

1.经典topcon技术路线介绍天合 REC 林洋 中来1.TOPCON电池对于硅基材料的要求N型材料的优势:• N型材料较低的金属杂质敏感度• 不存在硼氧对缺陷• 更高的寿命挑战:• 硼扩散的高温工艺• 对氧敏感,产生氧致同心圆缺陷• N型电池片良率较低2.技术难点-TunnelOxideSTEP 1STEP 2STEP 3STEP 4热氧化法氧气高温下与硅基底反应;化学钝化效果好; 厚度均匀性控制难度较高湿化学法沸腾的HNO3/H20(68%wt);共沸物,反应过程中化学组成基本不变,可长时间使用;生长厚度具有自限制特点,工艺更好控制PECVD钝化效果较差;厚度均匀性不易控制; 生长速度快准分子源干氧(excimer source) 准分子发射波长为172 nm的单色紫外光;分解环境大气的分子氧(O2)。

所得氧自由基与O2之间反应产生O32.技术难点-Tunnel OxideThe characteristic passivation quality parameters as afunction of annealing temperature.使用三层SiO x薄膜的Pd/SiO x /c-Si样品的截面TEM图像(a) NAOS-SiOx , (b) PANO-SiO x , and (c) Thermal-SiO x .Comparison of different types of interfacial oxides on hole-selectivep þ -poly-Si passivated contacts for high-efficiency c-Si solar cells2.技术难点-Tunnel Oxide多晶硅隧道膜变厚使得钝化效果变差*超薄氧化层均匀性及厚度同样重要。

2.技术难点-Polysilicon生长方式分类目前市面主要分为:LPCVD方式和PECVD优劣对比:LPCVD沉积速率慢均匀性较好 PECVD沉积速率快均匀性及效果略差掺杂方式分类掺杂分为:Dpoly(Doped)和Upoly(undoped)掺杂非晶硅和本征非晶硅工艺对比:1.Dpoly掺杂流程,在工艺过程中通入PH3实现原位掺杂,然后退火晶化2.Upoly先生长非晶硅层,然后利用扩散炉晶化,通入POCl3进行掺杂优劣对比:Upoly生长速度快,均匀性较好,但制程需要增加扩散制程进行晶化和扩散 Dpoly生长速率慢,均匀性略差,但工序较短2.技术难点-PolysiliconPECVD方式沉积poly-si:起泡问题2.技术难点-PolysiliconPECVD方式沉积poly-si:有前途的J0和接触电阻*对于好的J0,金属,最小厚度为70nm *接触电阻更低,但Jo,pass随着更厚的PECVD 生长的多晶硅层而降低2.技术难点-PolysiliconPecvd沉积Poly-si:iVoc / iFF a.f.o.厚度钝化n-多硅层的iVoc / iFF*poly-si沉积面为抛光面时IVOC及IFF最高。

2.技术难点-PolysiliconPecvd沉积Poly-si:掺杂a.f.o.退火ECV a.f . o.的p掺杂谱。

退火温度提高退火温度2.技术难点-湿法刻蚀TOPCon工艺湿法刻蚀工艺步骤: TOPCon 湿法刻蚀工艺主要包含碱刻蚀及酸刻蚀主要用来形成绒面及对绕镀,绕扩的刻蚀。

优势•无损绒面。

•无滚轮印风险•对结无影响。

劣势•需添加剂•需KOH 或者TMAH •需单独正面去PSG供应商•晶州•S.C •RENA碱抛法VS边缘绕扩刻蚀,主要用SSE设备去除边缘绕扩采用链式机利用HF+HNO3刻蚀正面绕镀非晶硅主要设备厂家均有解决方案*利用BSG厚度进行正面保护进行酸刻或碱抛酸抛法2.技术难点-硼扩低压管式BBr3,BCl3扩散硼扩掺杂技术旋涂硼源+扩散常压管式BBr3扩散离子注入+退火硼扩散常见问题:B2O3对于石英器件损伤严重,尾气管堵塞、石英炉门与石英件粘连高温对于石英件要求较高,石英件易变形泵需要定期维护,且如果尾气过滤较差泵易损坏炉管内部结晶严重,难以清洗,如频繁升降温清洗易导致加热丝变形维护成本高2.技术难点-硼扩BBr 3: 沸点90℃,常温下为液态。

BCl 3: 沸点12.5℃,常温下为气态。

4BCl 3+3O 2=2B 2O 3+6Cl 22B 2O 3+3Si=4B+3SiO 2Cl 2的氧化性更强,容易氧化金属杂质。

B-Cl键能更大,不易分解,在扩散温度下利用率不高BBr 3 vs BCl 32.技术难点-硼扩BBr3:优 点:常规扩散源,液体,危险性相对低一些;缺 点: 1, 对石英腐蚀,石英管使用寿命短;2, B2O3呈黏状,有副产物,需要DCE去清洗,维护成本高;3, 自身成本高;BCL3:优 点: 1, 无腐蚀性(石英管使用寿命大幅延长);2, B2O3呈颗粒状,含CI,带自清洁功能;3, 自身成本低;缺 点: 1, 气体,危险性比较高;2, 扩散均匀性稍差;2.技术难点-BRL去除Effects and methods of the BRL removal in solar cell2.技术难点-硼扩SE实现方式(激光)Green-laser-doped selective emitters with separate BBr 3 diffusion processes for high-efficiency n-type silicon solar cells2.技术难点-硼扩SE实现方式(激光)Ø目前问题主要是:激光照射区域直接钝化会非常差,Lifetime较低,iFF较低;主要原因为硼扩推进需求更高的能量,导致绒面损伤较多。

Ø激光处理后,仅仅退火处理而未碱刻蚀的表面,无法形成优秀的表面钝化(利用碱洗加退火OR酸洗?),可进行分步硼扩法进行SE,需在SE后新增清洗工序及高温退火进行推结及生长BSG。

紫外开膜激光Lnnolas掺杂激光562nm激光掺杂2.技术难点-钝化层面临着两种类型的烧穿I类烧穿:掺杂元素烧穿II类烧穿:金属浆料烧穿背表面:钝化失效Back surface: worse passivation正表面:短路Front surface: ShuntTopcon与HJT电池的量产前景分析-王文静2.技术难点-烧穿型浆料降低了poly钝化效果工业化晶体硅太阳电池实现25%效率关键技术-天合光能03Topcon发展方向硼扩SE、POLO结构、与IBC结合及效率损失分析。

Topcon电池提效路线高效晶体硅太阳能电池技术-丁建宁AgAlAgAlAg AgPECVDSiNx:HALOxBBr3diffusionPECVDSiNx:H tunneloxidePolysiliconTOPCON-硼扩SE 24%+实现方式:1.印蜡2.激光SE(绿光 DR)3.分步激光SE(扩散 激光 清洗 退火推结 生长BSG)TOPCON-POLO IBC结构 26%+Laser contact openings for local poly-Si-metal contacts enabling 26.1%-efficient POLO-IBC solar cellsTopcon电池提效路线-polo(ITO引入)Topcon与HJT电池的量产前景分析-王文静SEGAGUI 电池功率损失的分布图高效晶体硅太阳能电池技术-丁建宁Numerical study of mono-crystalline silicon solar cells with passivated emitter andrear contact configuration for theefficiency beyond 24% based on mass productiontechnology带钝化发射极和后触点结构的单晶硅太阳电池的数值研究基于大规模生产技术,效率超过24%TOPCON技术发展1.稳定的超薄隧穿层2.均匀致密的poly-si(做薄poly层)3.硼扩无损SE4.正面POLY结构的导入5.金属化进步6.新材料结构的应用04LPCVD技术分享Poly沉积原理,监控方式等。

04 LPCVD技术分享CVD: Chemical Vapor Deposition 化学气相沉积将构成薄膜元素的混合气体供给到基片,借助气相作用以及基片上的化学反应生成所需薄膜的一个过程。

Poly沉积原理从Reactants到Transition state需要能量EA。

LPCVD通过加热的方式, 使SiH4获得能量,继而生成多晶硅沉积在硅片表面。

Poly沉积原理LPCVD法生长poly-si薄膜,晶粒具有(110)择优取向,其形貌呈”V”字形,内含高密度的微孪晶,且晶粒尺寸小,载流子迁移率不够大。

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