单晶硅原理与工艺

图3 悬挂健对反应的影响
影响因素分析
硅的刻蚀速率与表面原子密度、晶格方向、掺杂浓 度、腐蚀液成分、浓度、温度、搅拌等参数有关
1. 2. 3. 4. 5. NaOH浓度 无水乙醇或异丙醇浓度 制绒槽内硅酸钠的累计量 制绒腐蚀的温度 制绒腐蚀时间的长短
6.
槽体密封程度、乙醇或异丙醇的挥发程度
各个因素作用
• 对管道有腐蚀作用 • 换源要在通风橱中
扩散的测试
四探针方法 RS=4.5324 V/I
I Ｎ
电流方向
Ｐ
目前测试时调好修正因子， 目前测试时调好修正因子，就可以直接读数
绒面产生原理
腐蚀速率快慢由下列三个反应速度来 决定。 1、腐蚀液流至被腐蚀物表面的移 动速率； 2、腐蚀液与被腐蚀物表面产生化 学反应的反应速率； 3、生成物从被腐蚀物表面离开的 速率。
反应控制 过程 NaOH溶液浓度 制绒的根本 反应温度 氢气泡密度 及大小以及 在硅片表面 停留的时间
IPA浓度 提高溶液浓稠度， 控制反应速度 NaSiO3浓度 扩散控制 过程 提高反应物疏运 速度，提高氢气 泡脱附作用
决定金字塔形貌
搅拌
硅片表面原始状态
图4 氢气泡作用
对反应速度的影响
不同IPA浓度下温度和NaOH溶液浓度对反应速度的影响
－－－源 扩 散－－－源
• 三氯氧磷， 使用温度0℃ 冰水浴） 三氯氧磷， 液态，使用温度 ℃ （冰水浴） • 熔点 熔点1.25℃，沸点105.3 0℃， 蒸汽压高， ℃ 沸点 ℃ 蒸汽压高，
（冰水浴），挥发性强，蒸汽有毒 温度高会 冰水浴），挥发性强，蒸汽有毒。温度高会
爆裂 • 饱和 推结： 推结： 磷活化、 磷活化、生长氧化层 P4O10+6Cl2 5SiO2 +4P
腐蚀的反应物和生成物是利用腐蚀液之浓度梯度然产生的扩散现象来 达到传质的目的。所以，1、3又可称为扩散限制溶解过程 （diffusion－limited dissolution），通过搅拌可以提高。2的速率 取决于腐蚀温度、材料、腐蚀液种类及浓度，和搅拌方式无关，被成 为反应限制溶解过程（reaction－rate limited dissolution）。各 向异性就是由化学反应的各向速率不同造成的。
单晶电池扩散原理与因素
许颖
硅的结构
－－机制 扩 散－－机制
杂质原子 硅原子 P : 1.3*1021cm-3 填隙原子 硅原子
a 替位式 （Ｂ、Ｐ） 填隙式
扩散的原理
如果晶体中有杂质,就会沿浓 如果晶体中有杂质 就会沿浓 度梯度扩散: 度梯度扩散
∂N J = −D ∂X
当杂质原子总量恒定时, 当杂质原子总量恒定时 (饱和 再分布 饱和,再分布 饱和 再分布)
一定温度下NaOH溶液浓度和IPA含量对反应速率的影响
关键因素的分析 ——NaOH的影响
0.5% 1.5%
5.5%
关键因素的分析 ——温度的影响
80℃
85℃
90℃
关键因素的分析 ——IPA浓度的影响
0％
5％
10％Biblioteka Baidu
如何检测硅酸钠含量
硅酸钠具体含量测量是没必要的， 只要判定它的含量是否过量即可。实 验是用100%的浓盐酸滴定，若滴定 一段时间后出现少量絮状物，说明硅 酸钠含量适中；若滴定开始就出现一 团胶状固体且随滴定的进行变多，说 明硅酸钠过量。
由于玻璃料对Si表面腐蚀具有各向异性，导 致在Si表面形成了倒三角形的腐蚀坑。因此 Ag晶粒在腐蚀坑处结晶时与Si表面接触的 一侧呈倒金字塔状，而与玻璃料接触的一 侧则成圆形。
关于Ag晶粒的析出机理的解释有： （1）与PbO和Si发生的氧化还原反应类似， 玻璃料中的Ag2O与Si发生如下反应： Ag2O+Si —— Ag+SiO2 （2）Ag和被腐蚀的Si 同时融入玻璃料中。 冷却时，玻璃料中多余的Si外延生长在基体 上，Ag晶粒则在Si表面随机生长。
POCl3+3O2 P4O10+5Si
注意事项
• 极易水解， 在潮湿的空气中，因水解产生酸雾，水解产 极易水解， 在潮湿的空气中，因水解产生酸雾， 生的HCl 熔于源中会使源变成淡黄色，必须换源。 生的HCl 熔于源中会使源变成淡黄色，必须换源。 POCl3+3H2O H3PO4+HCl • 系统不干燥时，POCl3+２H2O 系统不干燥时， ２ HPO３+HCl， HPO３ ， 是一种白色粘滞性液体，对硅片有腐蚀作用， 是一种白色粘滞性液体，对硅片有腐蚀作用，并使石英舟 粘在管道上不易拉出； 粘在管道上不易拉出； • 扩散时氧气要适中． 扩散时氧气要适中．多：浓度上不去；少：会腐蚀片子 浓度上不去；
各向异性的原因
1、水分子的屏蔽效应 （screening effect）阻挡了硅原 子与OH根离子的作用，而水分子 的屏蔽效应又以原子排列密度越 高越明显。 2、在{111}晶面族上，每个硅原 子具有三个共价健与晶面内部的 原子健结及一个裸露于晶格外面 的悬挂健，{100}晶面族每一个硅 原子具有两个共价健及两个悬挂 健，当刻蚀反应进行时，刻蚀液 中的OH－会跟悬挂健健结而形成 刻蚀，所以晶格上的单位面积悬 挂健越多，会造成表面的化学反 应自然增快。
x2 N ( x, t ) = exp − 4 Dt πDt
N0
当表面浓度恒定时, 当表面浓度恒定时 (再分布时通源 再分布时通源) 再分布时通源
x N ( x, t ) = Nserfc 2 Dt
P-N结的形成及内建电场 结
(a) n区 区
P+ + + + + + + +
（3）在烧结过程中通过氧化还原反应被还原 出的金属Pb呈液态， 当液态铅与银相遇时， 根据Pb-Ag 相图银粒子融入铅中形成 PbAg相。Pb-Ag熔体腐蚀Si的<100>晶面。冷 却过程中, Pb和Ag发生分离，Ag在<111> 晶面上结晶 ，形成倒金字塔形 。
导电机理
1 Ag晶粒和栅线直接接触 2 通过极薄的玻璃层隧道效应 3 通过金属颗粒沉积的玻璃层的多重隧道效 应
影响因素
• 浆料性质
浆料成分
玻璃料的熔点
• 烧结工艺（最高温度）
700℃
740℃
760℃
780℃
800℃
820℃
在玻璃料中添加和掺杂可以降低烧结峰温， 且随着添加和掺杂的增加降低的越大，电 学性能也得到提高。
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
-
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-B -
p区 区
内建电场
-
(b)
- - - - - + - +- - + - +- +- -+- + -+- + - +- + -
n区 区
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
p区 区
烧结曲线
背电极
沉积铝厚度的影响
弯曲随铝浆丝印质量增加而增加。
前电极
欧姆接触形成有如下几个步骤： 1 有机物挥发 2 玻璃料在减反射膜表面聚集 3 玻璃料腐蚀穿过减反射膜 4 玻璃料通过与Si发生氧化还原反应产生 Si 腐蚀坑
PbO+Si Pb+SiO2
5 Ag晶粒在冷却过程中于腐蚀坑处结晶