磷扩散工艺
磷扩散工艺
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
• 源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶，因为POCl3易 吸水汽而变质，使扩散表面浓度上不去，其反应式如 下： 2POCl3+ 3H2O＝P2O5 + 6HCl
所以如果发现POCl3出现淡黄色时就不能再用了。
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：
• 4、替位式扩散：杂质进入晶体后，占据晶格原子的原子空 位（空格点），在浓度梯度作用下，向邻近原子空位逐次 跳跃前进。每前进一步，均必须克服一定的势垒能量。
扩散装置示意图
扩散装置图片
扩散炉正视图
排废口
排风
排废口
• 扩散装置图片
推舟机构
气源柜 进气 炉体柜 总电源进线 净化操作台
计算机控制柜
扩散炉气路系统
• 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。 图中成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。
氮化硼固态源扩散设备简单操作方便扩散硅片表面状态好pn结面平整均匀性重复性比液态源扩散好适合于大批量生poclpocl33是无色透明有窒息性气味的毒性液体所以要求扩散系统必须有很高的密封性特别是源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯来连接若用其它塑料管或乳胶管连接时易被腐蚀需要经常更换新管
POCl3磷扩散原理优秀课件
POCl3磷扩散原理
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 。
POCl3磷扩散原理
在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应 式为：
2P2O5 5Si 5SiO2 4P
POCl3磷扩散原理
由如分前果的面没，反有生应外成式来的可 的PC以 氧l5是看 （不出O2易，）分P参O解与C的l其3热，分分并解解且是时对不，硅充 有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有 外P2O来5并O2放存出在氯的气情（况C下l2，）P其C反l5会应进式一如步下分：解成
TCA清洗原理
其基本原理是：三氯乙烷（C2H3Cl3）高温氧 化分解，产生的氯分子与重金属原子化合后 被气体带走，达到清洗石英管道的目的。其 反应式为：
加热 C2H3Cl3 + O2 Cl2 + H2O + CO2 +……
关于方块电阻--什么是方块电阻
扩散层的薄层电阻也称方块电阻， 常分别用Rs和R口表示。所谓薄层电阻， 就是表面为正方形的半导体薄层在电流 方向（电流方向平等于正方形的边）所 呈现的电阻。为了表示薄层电阻不同于 一般电阻，其单位常用[欧姆/方块]或 [Ω/口]表示 。
扩散方块电阻的测试
方块电阻的测试—四探针
目前生产中，测量方块电阻广泛采用四探针法。
使用环境：温度23度
相对湿度≤65%
无高频干扰 无强光直射
用途：测量半导体材料的电阻率，方块电阻，导
电膜方块电阻。
原理：使用四根处在同一水平面上的探针压在所测
扩散工艺及控制要点
扩散工艺及控制要点1.由于硅太阳能电池实际生产中均采用P型硅片，因此需要形成N型层才能得到PN结，这通常是通过在高温条件下利用磷源扩散来实现的。
这种扩散工艺包括两个过程：首先是硅片表面含磷薄膜层的沉积，然后是在含磷薄膜中的磷在高温条件下往P型硅里的扩散。
2.在高温扩散炉里，汽相的POCL3（phosphorus oxychloride）或PB r3(phosphorus tribromide)首先在表面形成P2O5（phosphorus pentoxide）;然后，其中的磷在高温作用下往硅片里扩散。
3.扩散过程结束后，通常利用“四探针法”对其方块电阻进行测量以确定扩散到硅片里的磷的总量，对于丝网印刷太阳电池来说，方块电阻一般控制在40-50欧姆。
4.发射结扩散通常被认为是太阳电池制作的关键的工艺步骤。
扩散太浓，会导致短路电流降低（特别是短波长光谱效应很差，当扩散过深时，该效应还会加剧）；扩散不足，会导致横向传输电阻过大，同样还会引起金属化时硅材料与丝网印刷电结之间的欧姆接触效果。
5.导致少数载流子寿命低的原因还包括扩散源的纯度、扩散炉的清洁程度、进炉之前硅片的清洁程度甚至是在热扩散过程中硅片的应力等。
6.扩散结的质量同样依赖于扩散工艺参数，如扩散的最高温度、处于最高温度的时间、升降温的快慢（直接影响硅片上的温度梯度所导致的应力和缺陷）。
当然，大量的研究表明，对于具有600mv左右开路电压的丝网印刷太阳电池，这种应力不会造成负面影响，实际上有利于多晶情况时的吸杂过程。
7.发射结扩散的质量对太阳能电池电学性能的影响反映在串联电阻从而在填充因子上：（1）光生载流子在扩散形成的N-型发射区是多数载流子，在这些电子被金属电极收集之前需要经过横向传输，传输过程中的损失依赖于N-型发射区的横向电阻；（2）正面丝网印刷金属电极与N-型发射区的电接触，为了避免形成SCHOTTKY势垒或其它接触电阻效应而得到良好的欧姆接触，要求N-型发射区的搀杂浓度要高。
磷扩散工艺方案
➢ 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磷扩散原理
➢ 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
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
压缩空气O2N2 (1.2) N2 (3.4)
➢ 3、源瓶要严加密封，实施“双人双锁”制，即工艺， 制造员工各一 把，换源时通知巡检，然后才可以更换。 PoCl3会与水反应生成P2O5和HCl，所以发现PCl3出现 淡黄色时就不可以再去使用了。磷扩散系统应保持干燥， 如果石英管内有水气存在就会使P2O5水解偏磷酸，使 管道内出现白色沉积物和在粘滞液体，另外偏磷酸会落 到硅片上污染硅片 。
➢ 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：
5POCl 600C3PCl P O
3
5
25
2P O 5Si 5SiO 4P
25
2
POCl3磷扩散原理
➢ 由的上氧面（O反2应）式参可与以其看分出解，是P不O充Cl分3热的分，解生时成，的如P果Cl没5是有不外易来分 解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在 有氯外气来（OCl22存）在其的反情应况式下如，下P：Cl5会进一步分解成P2O5并放出
硼磷扩散
一、硼扩散工艺原理（液态源）目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。
B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。
二、硼扩散装置：硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。
一、磷扩散工艺原理5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O52P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl24PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。
二、磷扩散装置磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。
若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。
接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。
源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。
因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。
2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。
磷扩散注意事项
磷扩散注意事项磷扩散是一种常见的表面处理方法，用于改善金属材料的耐蚀性和耐磨性。
然而，磷扩散过程中存在一些注意事项，需要操作人员严格遵守，以确保工艺的稳定和产品质量的可靠性。
首先，操作人员在进行磷扩散前，必须清洁金属表面。
因为金属表面的油污、氧化物和其他杂质都会影响磷扩散的效果和均匀性。
常用的清洁方法包括酸洗、熔盐浸渍等。
清洁过程要注意控制时间和温度，避免过渡清洁导致表面粗糙度增加或者金属损失过大。
其次，在磷扩散过程中，操作人员需要严格控制扩散温度和时间。
温度过高或时间过长会导致磷层过厚，造成材料变脆、变形甚至损坏。
而温度过低或时间过短则无法形成均匀的磷化层。
因此，根据具体金属材料的性质和要求，选择适当的磷化温度和时间是至关重要的。
第三，磷扩散过程中必须注意通风排气。
扩散过程中产生的磷化气体可能对人体和环境产生危害。
因此，必须确保操作场所有良好的通风设备和排气系统，及时排出有害气体，减少对操作人员的影响。
此外，磷扩散过程中还需要控制扩散介质的成分和浓度。
一般使用含磷化合物作为磷化介质，如红磷、磷酸盐等。
操作人员要仔细选择扩散介质，确保其纯度和稳定性，以避免磷化层的质量问题。
另外，磷扩散过程中还需要严格控制磷化介质的浓度。
过高的浓度会导致磷化层不均匀或者过厚，而过低的浓度则会影响磷的扩散效果。
因此，在扩散过程中要定期监测磷化介质的浓度，并及时进行调整。
最后，磷扩散后的材料需要进行后处理。
一般来说，扩散后的材料表面会出现一些残余磷化物和其他沉淀物。
这些残余物质需要通过清洗和除去的方法进行处理。
清洗时要选择适当的溶剂和清洗剂，以确保彻底去除残余物质，避免对产品质量的影响。
综上所述，磷扩散是一项技术要求较高的表面处理方法，操作人员在进行磷扩散过程中必须严格遵守以上注意事项。
只有确保操作规范和过程稳定，才能获得高质量的磷化层，并保证产品的性能和可靠性。
光伏电池磷扩散炉工艺温度
光伏电池磷扩散炉工艺温度光伏电池磷扩散炉是光伏电池制造过程中的一个重要设备，用于向硅片表面扩散磷元素，形成P-N结。
工艺温度是磷扩散炉中最为关键的参数之一，对于光伏电池的性能和效率有着重要影响。
在磷扩散炉工艺中，温度是一个至关重要的因素。
适当的温度可以保证磷元素与硅片表面有效地相互作用，形成均匀、致密的P-N结。
而过高或过低的温度都会对电池性能产生不利影响。
一般来说，磷扩散炉的工艺温度通常在800°C到950°C之间。
具体的温度选择取决于硅片的类型、厚度和制造工艺等因素。
在常规的硅片制造中，常用的工艺温度为850°C左右。
较低的温度会导致磷元素的扩散速率较慢，无法达到预期的效果，P-N结的形成不完整，影响光伏电池的性能。
而较高的温度则可能导致硅片表面的磷元素过度扩散，形成厚度不均匀的磷扩散层，从而影响电池的光电转换效率。
在磷扩散炉工艺中，除了温度外，还需要考虑磷源的浓度和扩散时间等因素。
这些参数之间存在相互影响，需要在实际制造过程中进行综合考虑。
一般来说，较高的磷源浓度和较长的扩散时间可以弥补较低的温度对扩散速率的影响，但同时也会增加产品的制造成本。
磷扩散炉工艺温度的控制也需要考虑设备本身的性能和稳定性。
炉温的均匀性和稳定性对于扩散过程的控制至关重要，需要通过先进的温度控制技术和设备来实现。
总的来说，光伏电池磷扩散炉工艺温度是影响光伏电池性能和效率的重要因素之一。
合适的工艺温度可以保证磷元素与硅片的有效扩散，形成均匀、致密的P-N结。
在实际制造中，需要综合考虑硅片的类型、厚度和制造工艺等因素，选择适当的温度参数。
同时，还需要考虑磷源浓度、扩散时间和设备的性能稳定性等因素。
通过合理控制工艺温度，可以提高光伏电池的性能和效率，推动光伏产业的发展。
硼磷扩散原理和示意图
一、硼扩散工艺原理（液态源）目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。
B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。
二、硼扩散装置：硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。
一、磷扩散工艺原理5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O52P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl24PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。
二、磷扩散装置磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。
若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。
接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。
源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。
因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。
2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。
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PN结的制造
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，把硅片团团包围起来， 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。在硅片的整个 外表面就形成了N型，而其内部还是原始的P型，这样 就达到了在硅片上形成了所要的P-N结。----这就是所 说的扩散。
设备和操作比较复杂。扩散硅片表面状态好，ｐ-ｎ结面 平整，均匀性，重复性较好，工艺成熟。
氮化硼固 设备简单，操作方便，扩散硅片表面状态好，ｐ-ｎ结面 态源扩散 平整，均匀性，重复性比液态源扩散好适合于大批量生
产。
POCl3 简介
• POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，所以要求 扩散系统必须有很高的密封性，特别是源瓶进出口两 端最好用聚四氟乙烯来连接，若用其它塑料管或乳胶 管连接时易被腐蚀，需要经常更换新管。接口处用聚 四氟带封闭，由系统流出的气体应通进排风管道连接 到室外，不能泄露在室内。
扩散的原理
• 1、扩散：由于物体内部的杂质浓度或温度不均匀而产生的 一种使浓度或温度趋于均匀的定向运动。
• 2、杂质在半导体中的扩散：由杂质浓度梯度引起的一种使 杂质浓度趋于均匀的杂质定向运动。
• 3、间隙式扩散：杂质进入晶体后，仅占据晶格间隙，在浓 度梯度作用下，从一个原子间隙到另一个相邻的原子间隙 逐次跳跃前进。每前进一个晶格间距，均必须克服一定的 势垒能量。
• N型区域磷浓度和扩散结深共同决定着方块电阻的大小。 方块电阻的大小与磷杂质浓度和扩散结深成正比。
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 ４．固态源扩散
用三氯氧磷液态源扩散是目前太阳电池行业里普 遍采用的方法。
各种扩散方法比较
压缩 空气 O2 N2 N2
太阳电池对扩散的要求
• 对扩散的要求是获得适合于太阳电池p-n结需要的 结深和扩散层方块电阻。浅结死层小，电池短波响 应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高栅电极 的密度，才能有效提高电池的填充因子，这样，增 加了工艺难度；结深太深，死层比较明显，如果扩 散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压 和短路电流均下降，实际电池制作中，考虑到各个 因素，太阳电池的结深一般控制在0.3～0.5m，方 块电阻均20～70/□ 。
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。扩散温度决定 了磷在硅晶体中扩散速度的大小。扩散速度和扩散时间的 乘积确定P-N的深度。
4PCl5+5O2=====2P2O5+10Cl2↑
• 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 。
POCl3磷扩散原理
• 在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：
2Si+2POCl3+O2===2SiO2+2P↓+3Cl2↑
• 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。
扩散方法 简单涂布
源扩散
二氧化硅 乳胶源涂
布扩散 液态源扩
散
比
较
设备简单，操作方便。工艺要求较低，比较成熟。扩散 硅片中表面状态欠佳，ｐ-ｎ结面不太平整，对于大面积 硅片薄层电阻值相差较大。
设备简单，操作方便，扩散硅片表面状态良好，ｐ-ｎ结 平整。均匀性，重复性较好。改进涂布设备。可以适用 自动化，流水线生产。
• 4、替位式扩散：杂质进入晶体后，占据晶格原子的原子空 位（空格点），在浓度梯度作用下，向邻近原子空位逐次 跳跃前进。每前进一步，均必须克服一定的势垒能量。
扩散装置示意图
扩散装置图片
扩散炉正视图
排废口
排风
排废口
• 扩散装置图片
推舟机构
气源柜 进气 炉体柜 总电源进线 净化操作台
计算机控制柜
扩散炉气路系统
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。也就 是要在晶体内部实现P型和N型半导体的接触。
• 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 。
磷扩散工艺过程
石英管清洗
扩散
饱和 装片
• 源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶，因为POCl3易 吸水汽而变质，使扩散表面浓度上不去，其反应式如 下： 2POCl3+ 3H2O＝P2O5 + 6HCl
所以如果发现POCl3出现淡黄色时就不能再用了。
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：
5POCl3====P2O5+3PCl5
• 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：
2P2O5+5Si====5SiO2+4PPCl5是不易分解的，并且对硅片表面 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：