Разработка источников диффузионного легирования для производства кремниевых солнечных элементов
Расстояние между пластинами кремния и твердым источником нитрида бора выбиралось равным 1 -1,5 мм.
Диффузия проводилась в диффузионной печи в атмосфере воздуха, где пластины с источником выдерживались заданное время. Для исследований было взято двенадцать образцов, чтобы выявить зависимость глубины залегания p - n перехода не только от времени проведения, а также и от температуры проведения процесса.
Результаты по испытанию твердого планарного источника на основе нитрида бора приведены в таблице 3.3.
Таблица 3.3.
Зависимость глубины залегания p - n перехода от времени проведения диффузии для ТПИ на основе нитрида бора
№ образца
|
Температура,°С
|
Время диффузии, мин
|
Li, мкм
|
xji, мкм
|
Среднее значение xj, мкм
|
|
1
|
920
|
20
|
145
|
0,198
|
0,2
|
|
|
|
|
145
|
0,198
|
|
|
|
|
|
150
|
0,212
|
|
|
|
|
|
145
|
0,198
|
|
|
|
|
|
150
|
0,212
|
|
|
2
|
|
40
|
180
|
0,396
|
0,32
|
|
|
|
|
185
|
0,323
|
|
|
|
|
|
190
|
0,345
|
|
|
|
|
|
180
|
0,306
|
|
|
|
|
|
180
|
0,306
|
|
|
|
Продолжение таблицы 3.3.
№ образца
|
Температура,°С
|
Время диффузии, мин
|
Li, мкм
|
xji, мкм
|
Среднее значение xj, мкм
|
|
3
|
920
|
60
|
240
|
0,543
|
0,54
|
|
|
|
|
240
|
0,543
|
|
|
|
|
|
235
|
0,520
|
|
|
|
|
|
240
|
0,543
|
|
|
|
|
|
240
|
0,543
|
|
|
4
|
|
80
|
275
|
0,713
|
0,7
|
|
|
|
|
275
|
0,713
|
|
|
|
|
|
275
|
0,713
|
|
|
|
|
|
270
|
0,687
|
|
|
|
|
|
275
|
0,713
|
|
|
5
|
950
|
20
|
205
|
0,396
|
0,40
|
|
|
|
|
210
|
0,416
|
|
|
|
|
|
210
|
0,416
|
|
|
|
|
|
205
|
0,396
|
|
|
|
|
|
205
|
0,396
|
|
|
6
|
|
40
|
260
|
0,638
|
0,63
|
|
|
|
|
260
|
0,638
|
|
|
|
|
|
255
|
0,613
|
|
|
|
|
|
255
|
0,613
|
|
|
|
|
|
260
|
0,638
|
|
|
7
|
|
60
|
300
|
0,849
|
0,85
|
|
|
|
|
300
|
0,849
|
|
|
|
|
|
300
|
0,849
|
|
|
|
|
|
295
|
0,821
|
|
|
|
|
|
305
|
0,878
|
|
|
|
Продолжение таблицы 3.3.
№ образца
|
Температура,°С
|
Время диффузии, мин
|
Li, мкм
|
xji, мкм
|
Среднее значение xj, мкм
|
|
8
|
950
|
80
|
335
|
1,058
|
1,06
|
|
|
|
|
335
|
1,058
|
|
|
|
|
|
335
|
1,058
|
|
|
|
|
|
340
|
1,09
|
|
|
|
|
|
335
|
1,058
|
|
|
9
|
980
|
20
|
260
|
0,638
|
0,62
|
|
|
|
|
250
|
0,590
|
|
|
|
|
|
260
|
0,638
|
|
|
|
|
|
255
|
0,613
|
|
|
|
|
|
255
|
0,613
|
|
|
10
|
|
40
|
305
|
0,878
|
0,90
|
|
|
|
|
310
|
0,907
|
|
|
|
|
|
310
|
0,907
|
|
|
|
|
|
315
|
0,936
|
|
|
|
|
|
310
|
0,907
|
|
|
11
|
|
60
|
350
|
1,156
|
1,16
|
|
|
|
|
355
|
1,189
|
|
|
|
|
|
350
|
1,156
|
|
|
|
|
|
350
|
1,156
|
|
|
|
|
|
350
|
1,156
|
|
|
12
|
|
80
|
390
|
1,435
|
1,45
|
|
|
|
|
390
|
1,435
|
|
|
|
|
|
395
|
1,472
|
|
|
|
|
|
395
|
1,472
|
|
|
|
|
|
390
|
1,435
|
|
|
|
Результаты, приведенные в таблице 3.3 можно представить на графике (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Зависимость глубины залегания p - n перехода от времени проведения диффузии: 1 - Т = 920°С; 2 - Т = 950°С; 3 - Т = 980°С.
Следует заметить, что дифузию с использованием твердого планарного источника на основе нитрида бора необходимо проводить в окислительной среде, для чего необходима газовая система. Это объясняется тем, что в процессе испытаний данного источника (при диффузии в атмосфере воздуха) после диффузии на поверхности полупроводниковых пластин кремния можно было наблюдать темные пленки, которые не удаляются химической обработкой. Эти пленки аналогичны приведенным в пункте 3.1 для диффузии с использованием поверхностного источника на основе спиртового раствора борной кислоты.
3.4. Разработка и испытание источника на основе легированного окисла
Для устранения недостатков диффузии с применением простых неорганических соединений их смешивают с SiO2, используя метод совместного осаждения из тетраэтоксисилана (ТЭС) - Si(OC2H5)4.
Здесь будет рассмотрен метод диффузии из легированного окисла при использовании в качестве исходного легирующего соединения ортофосфорной кислоты.
Исследование этого метода диффузии показало, что исключительно важное значение имеет технология приготовления пленкообразующего раствора. В исходный раствор на основе смеси этилового спирта, ортофосфорной кислоты, воды и нескольких капель сильно разбавленной соляной кислоты добавляется ТЭС. Количества взятых C2H5OH, H3PO4, H2O и Si(OC2H5)4 были взяты в соотношении соответственно 4 : 10 : 5 : 1.
Данный раствор обладает пленкообразующей способностью и применение его следует после некоторого времени, которое называется временем созревания раствора. В нашем случае раствор наносился на полупроводниковую пластину кремния после 1 - 2 минут отстаивания. Опыт показал, что после приготовления раствора в нем происходят изменения, которые приводят к существенному увеличению вязкости раствора.
В качестве исходной пластины кремния была взята пластина p-типа (100) с удельным сопротивлением 10 Ом•см. Раствор наносился на пластину методом центрифугирования при скорости вращения центрифуги 2750 об/мин.
Далее проводился процесс термодеструкции, в результате которого на пластине кремния должен образоваться слой фосфоросиликатного стекла. Для этого пластины кремния помещались в диффузионную печь при температуре 600 - 700°С и выдерживались в ней 1 - 2 мин.
Затем проводился диффузионный отжиг в атмосфере воздуха при температуре 950°С в течение 30 минут. После извлечения пластины кремния из печи ее необходимо обработать в водном растворе плавиковой кислоты. В результате химической обработки удаляется пленка фосфоросиликатного стекла, из которой шла диффузия фосфора в кремний.
Контроль параметров осуществлялся путем измерения глубины залегания p - n перехода методом сферического шлифа. В таблице 3.4 приведены результаты измерений.
Таблица 3.4.
Значение глубины залегания p - n перехода при диффузии из легированного окисла (Т = 950°С, t = 30 мин)
Li, мкм
|
xji, мкм
|
Среднее значение xj, мкм
|
|
305
|
0,877
|
0,84
|
|
295
|
0,821
|
|
|
290
|
0,793
|
|
|
300
|
0,849
|
|
|
305
|
0,877
|
|
|
|
Если сравнить значение глубины залегания от времени при использовании поверхностного источника на основе легированного окисла с источником на основе спиртового раствора ортофосфорной кислоты, то можно заметить, что при одинаковых температурах и временах проведения диффузии, глубина залегания p - n перехода при использовании легированного окисла значительно выше. Это может быть объяснено зависимостью коэффициента диффузии от поверхностной концентрации легирующей примеси. В результате применения легированного окисла возможно получать более высокие поверхностные концентрации примеси, чем при использовании источника на основе спиртового раствора ортофосфорной кислоты.
Применение этого источника даст возможность получать диффузионные слои с заданными глубинами переходов при сравнительно низких температурах и меньшем времени проведения процесса диффузии, что очень важно в технологии изготовления кремниевых солнечных элементов.
4.ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ДИФФУЗАНТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУР КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
|
|