热生长SiO2 sin 薄膜厚度颜色对照表
SiO_2薄膜热应力模拟计算
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华 南 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
2009年
值差异很小 ,薄膜热应力为压应力 ,其值随镀膜温度 的升高而增大. 从图 6可知 ,薄膜应力随着薄膜厚度 的增加而减小 ,尽管模拟值与理论计算值存在一定 的差异 ,但其变化趋势是一致的. 图 7 表明 ,随着薄 膜基底厚度的增加 ,薄膜应力先是快速增加 ,然后逐 步趋于一个稳定值. 因此在实际制膜时 ,基底最好不 要太薄 ,在满足使用的前提下应尽量让基底达到一 定的厚度值.
图 2 薄膜应力数值计算值 Fig. 2 The numerical results of stress in thin film
注 :镀膜温度为 190 ℃,应力单位为 MPa. The coating temperature is 190 ℃, and the unit of stress is MPa.
图 1 约束示意图 Fig. 1 A schematic rep resentation of constraint
在有限元模型中 ,为保证热应力计算的精度 ,对 模型进行映射网格划分 , SiO2 薄膜采用较大的网格 密度 ,玻璃基底采用较小的网格密度. 整个模型分析 采用二维耦合场实体单元 p lane 13,该单元具有二 维磁场 、温度场 、电场和结构场之间有限耦合功能.
- 1871490 M Pa, 理 论 值 为 - 1861841M Pa, 误 差 为 01347%. 由此可见 ,本文所建模型与理论计算值在 不同条件下的偏差是一致的 ,这从一个方面说明该 模型是合理的.
PE SiO2和SiN双层膜简介
R 0
n 2 n0 n si 2 ( 2 ) n n0 n si
为了使反射损失减到最小，即希望上式 等于0，就应有：
n n0 n si
对于太阳光谱，取0＝0.6微米 ，如果电池直接暴露在真空或大
气中使用，最匹配的减反射膜折射率为n≈1.97。
13
在实际应用中，为了提高电池的使用寿命和抗湿能力，大多采用 硅橡胶封装。所以，对于减反射膜来说，外界介质是硅橡胶，其折射率 约为1.4，在这种情况下，最匹配的减反射膜折射率应为:
4
从图上可以看出，应力随着温度升高增大；在膜厚3000— 6000nm时，应力无明显变化。
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（2）PECVD SiO2
6
PECVD SiO2的应力为压应力，值约为1～3﹡108Pa。 从上图可以看出：应力随衬底温度的提高而降低；
应力随折射率的增大而增大；
当厚度较小时，应力随膜厚的增大而减小；当膜厚较 大时，应力不随膜厚变化；
一、钝化原理 硅材料中含有大量的杂质和缺陷，导致硅中少数载流子寿命和扩散
长度降低。为了提高硅太阳电池的效率，必须对硅材料中具有电活性的
杂质和缺陷进行钝化。 SiN：由于SiN膜具有很高的正电荷密度，场效应钝化效果较好， 内含丰富的H原子。但其沉积在硅片表面后，界面缺陷密度较高。 SiO2： SiO2膜折射率较低，场效应钝化效果不如SiN，但是生长完 SiO2硅片表面缺陷密度较低。 因此采用/SiN叠层膜结构可以有效综合两种膜的优点得到较好的钝 化效果。
16
5、SiO2的优点：SiO2/Si界面的界面缺陷密度较低
SiO2在硅片表面的生长模型如上图所示，氧气在硅片表面反应生成
SiO2。由于在硅片表面处晶格不连续通过在硅片表面热生长一层SiO2，
(仅供参考)二氧化硅薄膜制备与厚度测量
一�实验目的�
1�了解二氧化硅的性质及在半导体器件中的作用 2�掌握二氧化硅薄膜制备与厚度测量的方法
二�实验原理�
1�二氧化硅薄膜的性质及其作用 生产中制取的二氧化硅�从晶格结构上看大体可分为结晶形二氧化硅和无定
形�非晶形�二氧化硅。石英体�如水晶�属于结晶形二氧化硅�半导体器件生 产中所制备的二氧化硅薄膜属于无定形二氧化硅。其物理化学性质为�白色或无 色�含铁量较高的是淡黄色�比重 2.2�2.66�20℃��溶点 1670℃�鳞石英�� 1710℃�方石英��沸点 2230℃�不溶于水和酸�除氢氟酸�。微粒时能与熔融 的碱类起作用。多少年来�氧化工艺发展得很快�随着人们对二氧化硅薄膜性质 的认识不断深化�二氧化硅膜在半导体器件生产上的应用越来越广泛。 �1�作为杂质选择扩散的掩蔽膜
③作为电容器的介质材料
集成电路中的无源元件——电容器�可以用 SiO2 作为介质材料�构成 MOS 电容器。SiO2 在 10 千赫的频率条件下�其相对介电常数为 3�4�损耗因数为 10-1� 10-3�而且 SiO2 的击穿电压高�温度系数小。这些性能决定了二氧化硅薄膜是一 种很好的电容器介质材料�而且 SiO2 生长工艺简单�在集成电路生产中�MOS 电容可以方便地制作。目前已制成 SiO2 薄膜厚度为 1 微米�电容量为 360 微微 法/毫米 2 的 MOS 电容。如果 SiO2 薄膜厚度为 800�1000 埃的话�则电容量可达 3000�4000 微微/毫米 2。但因 MOS 电容占用面积大�所以在集成电路设计时� 一般都尽量避免采用 MOS 电容。
�2.6�
式中 X——氧化层厚度�
t ——氧化时间�
C——抛物线氧化速率常数�
C/D——线性氧化速率常数�
PECVD工艺
PECVD工艺
（一） 在辉光放电条件下，由于硅烷等离子体中的电子具有几个ev 以上的能量，因此H2和
SiH4受电子的碰撞会发生分解，此类反应属于初级反应。若不考虑分解时的中间激发 态，可以得到如下一些生成SiHm（m=0,1,2,3）与原子H 的离解反应：
PECVD工艺
e+SiH4→SiH2+H2+e (2.1) e+SiH4→SiH3+H+e (2.2) e+SiH4→Si+2H2+e (2.3) e+SiH4→SiH+H2+H+e (2.4) e+H2→2H+e (2.5) 按照基态分子的标准生产热计算，上述各离解过程(2.1)~(2.5) 所需的能量依次为2.1、4.1、4.4、5.9eV 和4.5eV。
其中，(17)式是生长表面的吸收成键过程，(18)式是放氢过程，(19) 式是放氢后与邻近的Si-H 键结合构成新的生长表面的过程。
PECVD工艺
SiH3参与的过程与此相近，不同之处在于它被表面吸收的方式： (Si-H)+SiH3→(Si-)+ SiH4 (2.20) (Si-)+SiH3→ (Si-SiH3*) (2.21)
PECVD工艺
一次反射R1
n0
Байду номын сангаасn1
d1
ns
二次反射R2 SiN N-Si
通过调整薄膜厚度及折射率，使得两次反射产 生相消干涉，反射光相位相差180度即光程差 为1/2波长。薄膜的厚度应该是1/4波长的光程， 即光程差n1d1=λ/4。
空气或玻璃 n0=1 or 1.5； 硅 n2=3.87； SiN减反膜的最佳折射率n1为 1.9或2.3；
太阳电池制造过程中的测试工艺
太阳电池制造过程中的测试工艺袁镇;贺立龙【摘要】太阳能电池是把太阳能转化为电能的装置,一般的太阳能电池是用半导体材料制成的.按照晶体硅太阳电池制造的工艺流程,对太阳电池制造过程中各工序之间的测试项目进行了介绍.同时,介绍了各测试项目的测试设备、测试原理以及测试过程.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)012【总页数】3页(P186-188)【关键词】太阳电池;绒面;扩散;减反射膜【作者】袁镇;贺立龙【作者单位】西安创联电气科技(集团)有限责任公司,陕西,西安,710065;西安创联电气科技(集团)有限责任公司,陕西,西安,710065【正文语种】中文【中图分类】TP274晶体硅太阳能电池制造的常规工艺流程主要包括硅片清洗、绒面制备、扩散制结、等离子周边刻蚀、去PSG(磷硅玻璃)、PECVD减反射膜制备、电极(背面电极、铝背场和争相电极)印刷及烘干、烧结和分档测试等。
同时，在各工序之间还有检测项目，主要有抽样检测制绒效果、抽样测方块电阻、抽样测氮化硅减反射膜厚度和折射率等项目。
本文按照晶体硅太阳能电池制造的工艺流程，对太阳能电池制造过程中的测试项目进行介绍。
1 绒面的检测腐蚀后的硅片用去离子水冲洗干净，放在光学显微镜下观察硅片表面的绒面制备情况。
包括绒面的连续性、致密性以及表面的缺陷(例如黄斑的出现)。
光学显微镜用光的反射检测表面的缺陷。
能够区分物体各部分的对比度是光学显微镜的重要参数。
用于现代光学显微镜增加对比度的技术是暗场和亮场探测，共焦的对比度以及有颜色干涉的对比度。
共焦对比显微镜利用扫描技术一次观察物体上单个点，因此提供更好的图形对比度，并能更清晰地观察图形。
共焦显微镜用可见光或激光扫描。
颜色干涉的对比度将一束光分成直接光束和参考光束。
直接光束被样本改变，然后与参考光束组合，根据干涉原理产生图像。
2 扩散工艺的检验P-N结是太阳能电池的心脏，了解并掌握测量扩散薄层方块电阻、结深的原理和方法在太阳电池生产中是非常重要的。
SiO2和SiN的研究
SiOx 降低界面态，与硅更好匹配
SiNx这方面不够
想做好钝化先SiO2后SiN
想做比较好的光学性质反之。
我觉得热生长SIO2的钝化效果要更好。
从钝化机理上看，热生长形成一层致密的SIO2，这样表面的悬挂健可以完全的被钝化，而且这种钝化效果时间基本上是永久的，除非SIO2被破坏。
而SINx:H的钝化机理完全是依靠H，所以H的含量决定钝化的好坏，但H是会逃逸的，在烧结有大量的H会逃逸，所以通常组件会在2年后有一定的效率衰减，就是这个原因。
首先，任何高效的晶硅电池都用了SiO2做钝化，热氧化SiO优点就是热稳定性好，包括背面钝化!如PERL。
PECVD镀SiO2不知道气体源用啥！
以前看文献也认为烧结会使H逃逸，少子寿命降低，今天刚镀膜SIN后拿到炉子（centrotherm）里走了一遍（不印刷），测量烧结前后少子寿命和反向饱和，少子变大，饱和变小！即使在烧第二遍，少子和饱和与第一次烧结也没太大变化。
我觉得快烧的这个过程并不像文献说的那样，文献里高温下H逃逸主要是指退火处理（时间较长）。
但也有文献指出：与时间（高温段）少子的降低更取决与峰值温度。
所以还是要根据具体设备和工艺而定。
SiO2膜厚度与颜色的对应关系
膜厚/nm颜色
50黄褐色
75棕色
100暗紫罗兰到宏紫罗兰
125深蓝
150浅蓝到具有金属光泽的蓝175金属色到极浅的黄绿色
200淡金黄到稍臭金属色泽
225稍带黄橙的金色
250橙到甜瓜色
275红到紫罗兰
300蓝到紫罗兰到蓝
310蓝
325蓝到蓝绿
345浅绿
350绿到黄——绿
365黄——绿
375绿——黄
390黄
412浅橙
426肉红色
443紫罗兰——红
465红——紫罗兰
476紫罗兰
480蓝——紫罗兰
493蓝
502蓝——绿
520绿（明亮）
540黄——绿
560绿——黄
574黄到浅油灰色或金属色
585浅的橙或黄到粉红之间
600肉红色
630紫罗兰——红
680紫与蓝绿之间紫红和蓝绿之间720蓝绿到绿（十分明亮）黄770黄
800橙（稍亮）
820橙红色（鲜肉色）
850暗的浅红——紫罗兰
860紫罗兰
870蓝——紫罗兰
890蓝
920蓝——绿
950暗的黄——绿
970黄到浅油灰色或金属色
990橙
1000肉红色
1020紫罗兰——红
1050红——紫罗兰
1060紫罗兰
1070蓝——紫罗兰
1100绿
1110黄——绿
1120绿
1180紫罗兰
1190红——紫罗兰1210紫罗兰——红1240肉红——橙红1250橙
1280黄到浅油灰色或金属色1320天蓝到绿——蓝1400橙
1450紫罗兰
1460蓝——紫罗兰1500蓝
1540暗的黄——绿。
管式PECVD_法沉积的SiyNx
太 阳 能第1期 总第333期2022年1月No.1 Total No.333Jan., 2022SOLAR ENERGY0 引言利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法沉积的氮氧化硅(SiO x N y，下文简写为“SiON”)薄膜在带隙宽度、折射率、应力方面均可调整[1]。
SiON薄膜的制备方式为：在常规的PECVD工序中，引入反应气体N2O，与NH3和SiH4发生反应，从而生成SiON薄膜。
通过改变反应气体N2O、NH3和SiH4的流量配比及沉积时间，即可改变SiON薄膜的膜层组分及膜厚[2]。
在太阳电池钝化层制备过程中，氮化硅(Si y N x，下文简写为“SiN”)薄膜与SiON薄膜的膜层设置较为关键，二者有多种搭配组合方式，除了需要与实际产线相匹配之外，还需要考虑将太阳电池的电性能与光伏组件的CTM(用于表征因封装造成的光伏组件输出功率损失程度)均达到最优状态，从而确定最佳的SiN薄膜与SiON薄膜的膜层设置方案。
本文采用管式PECVD法，以SiH4、NH3、N2O作为反应气体制备SiON薄膜，利用椭偏仪测试薄膜的膜厚及折射率，从中找出最优膜厚及折射率控制标准；然后结合SiN薄膜已有的制备工艺，制备出SiN/SiON叠层膜，并对SiN薄膜与SiN/SiON叠层膜的光学性能，以及分别采用这2种薄膜的太阳电池的电性能进行了分析，以期可以通过采用此叠层膜大幅改善太阳电池钝化膜的特性，从而提升太阳电池的光电转换效率和抗电势诱导衰减(PID)性能。
1 实验准备1.1 实验材料及仪器采用尺寸为158.75 mm×158.75 mm 的p型直拉单晶硅片，厚度为180 μm，电阻率为0.4～1.1 Ω•cm。
利用管式PECVD设备在硅片上分别沉积SiN薄膜与SiN/SiON叠层膜。
利用EMPro-PV椭偏仪测试薄膜的膜厚和折射率；利用RC反射仪测试薄膜的反射率；利用WAVELABS-SINUS-200设备检测成品太阳电池的电性能；利用WCT120测试成品太阳电池的反向饱和电流密度J0；利用QEX10测试成品太阳电池的量子效率QE。
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颜色
薄膜厚度（nm）
颜色
10
172534 Nhomakorabea3543
53
60
70
淡褐色
浅褐色
褐色
粉褐色
粉紫色
紫色
极深蓝色
深蓝色
浅蓝色
95
105
115
125
135
145
155
165
175
淡蓝色
极淡蓝色
浅蓝褐色
淡黄褐色
极淡黄色
淡黄色
黄色
亮黄
深黄
黄2000 1500
橘红2400 1800
红2500 1900
暗红2800 2100
蓝3100 2300
蓝绿3300 2500
浅绿3700 2800
橘黄4000 3000
红4400 3300
注意存在多序列。一个红色的氧化膜可能是730~790，2400~2500，或者4000~4400（单位：埃）
淀积的氮化硅薄膜在日光照射下垂直观察所呈现的颜色与厚度对照表
热生长SiO2（折射率1.48）和氮化硅（折射率1.97)颜色对照表
颜色SiO2厚度（单位：埃）Si3N4厚度（单位：埃）
银270 200
褐530 400
黄褐730 550
红790 730
深蓝1000 770
蓝1200 930
浅蓝1300 1000
极浅蓝1500 1100
银1600 1200
浅黄1700 1300