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磷扩散

太阳电池制造的核心工序

PN结——太阳电池的心脏

扩散的目的：形成PN结

PN结的制造

●制造一个PN结并不是把两块不同类型（p型和n型）的半导体接触在一起就能形成的。

●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。

扩散装置示意图

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

影响扩散的因素

●管内气体中杂质源浓度的大小决定着硅片N型区域磷浓度的大小。但是沉积在硅片表面的杂质源达到一定程度时，将对N型区域的磷浓度改变影响不大。

●扩散温度和扩散时间对扩散结深影响较大。

●N型区域磷浓度和扩散结深共同决定着方块电阻的大小。

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

本公司目前采用的是第一种方法。

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。

POCl3磷扩散原理

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：

5253O P 3PCl C 6005POCl +−−−−→−︒>

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：

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：

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 。

●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。

磷扩散工艺过程

●初次扩散前，扩散炉石英管首先连接TCA 装置，当炉温升至设定温度，以设定流量通TCA60分钟清洗石英管。 ●清洗开始时，先开O2，再开TCA

；清洗结束后，先关TCA ，再关O2。

●清洗结束后，将石英管连接扩散源瓶，待扩散。

饱和

●每班生产前，须对石英管进行饱和。

●炉温升至设定温度时，以设定流量通小N2（携源）和O2，使石英管饱和，20分钟后，关闭小N2和O2。

●初次扩散前或停产一段时间以后恢复生产时，需使石英管在950℃通源饱和1小时以上。

装片

●戴好防护口罩和干净的塑料手套，将清洗甩干的硅片从传递窗口取出，放在洁净台上。

●用吸笔依次将硅片从硅片盒中取出，插入石英舟。

送片

●用舟叉将装满硅片的石英舟放在碳化硅臂浆上，保证平稳，缓缓推入扩散炉。

回温

●打开O2，等待石英管升温至设定温度。

扩散

↓+=+4P 5SiO 5Si O 2P 252↑+−−−−→−+2522510Cl O 2P 2O 过量5O 4PCl ↑+→+252236Cl O 2P O POCl

●打开小N2，以设定流量通小N2（携源）进行扩散

关源，退舟

●扩散结束后，关闭小N2和O2，将石英舟缓缓退至炉口，降温以后，用舟叉从臂桨上取下石英舟。并立即放上新的石英舟，进行下一轮扩散。

如没有待扩散的硅片，将臂浆推入扩散炉，尽量缩短臂桨暴露在空气中的时间。

卸片

●等待硅片冷却后，将硅片从石英舟上卸下并放置在硅片盒中，放入传递窗。

扩散层薄层电阻及其测量

●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。 ●方块电阻是标志扩散到半导体中的杂质总量的一个重要参数。

方块电阻的定义

●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。

磷扩散注意事项（一）——工艺卫生

所有工夹具必须永远保持干净的状态，包括吸笔、石英舟、石英舟叉子、碳化硅臂桨。

吸笔应放在干净的玻璃烧杯内，不得直接与人体或其它未经清洗的表面接触。

石英舟和石英舟叉子应放置在清洗干净的玻璃表面上。

碳化硅臂桨暴露在空气中的时间应做到越短越好。

磷扩散注意事项（二）——安全操作

所有的石英器具都必须轻拿轻放。

源瓶更换的标准操作过程

依次关闭进气阀门、出气阀门，拔出连接管道，更换源瓶，连接管道，打开出气阀门、进气阀门。

检验标准

扩散方块电阻控制在47-52Ω/□之间。同一炉扩散方块电阻不均匀度≤20%，同一硅片扩散方块电阻不均匀度≤10%。 表面无明显因偏磷酸滴落或其他原因引起的污染。

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l t a t l R ρρ=⋅=