PECVD减反膜技术知识讲解
太阳能电池片镀减反射膜
抛光硅表面的反射率为35%,为了减少表面反射,提高电池的转换效率,需要沉积一层氮化硅减反射膜。
现在工业生产中常采用PECVD设备制备减反射膜。
PECVD即等离子增强型化学气相沉积。
它的技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体SiH4和NH3，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。
一般情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在70nm左右。
这样厚度的薄膜具有光学的功能性。
利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，电池的短路电流和输出就有很大增加，效率也有相当的提高。
PECVD培训原理学习
其中r1，r2分别是外界介质-膜和膜-硅界面上的菲涅尔反射系数，θ为膜层厚度引起的
位相角 。
当n1d1=λ0/4 时，反射有最小值：
如果
，则理论反射率为零。
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第三页，编辑于星期六：十二点 二十三分。
空气中硅表面的折射率nsi≈3.8，所以减
从覆盖有减反射膜的硅表面反射的 可用光的加权平均在10%，裸硅表面则 超过30%。
减反射膜常沉积为非结晶的或无定形的薄层，以防止在晶界处的光散射问题。用真空蒸发方 法形成的减反射层一般在紫外波长区域要产生吸收。然而利用像使沉积的金属薄层氧化或阳极化 这样的工艺所形成的减反射层或用化学法沉积工艺形成的减反射层往往有玻璃结构（小的无定形 结构），会减少紫外的吸收。
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PECVD工艺参数影响
右边这篇文章内，对温度、射频频率、射频功率、气体流量比、
压强和Si/N比对SiNx薄膜的生长及性质有详细的描述。实际 运用中的某些内容可能还需要验证。
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（三）
硅烷等离子体中的离化基团只是在低气压（<5*10-3Torr）高电离的等离子体条件下 才对薄膜沉积有显著的贡献，在一般硅薄膜的沉积条件下，各种中性基团的含 量远远大于离化基团，SiH4分解产生的中性基团是薄膜生长过程中最重要的活性 物质。 由于薄膜生长表面的悬挂键通常都被H钝化，因此对于SiH2和SiH3等含氢的活性基
PECVD(CT)工艺培训
PECVD （CT ）工艺培训一．管P 的原理及作用PECVD =Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ，即“等离子体增强的化学气相沉积”。
管式PECVD 技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。
（下图所示）所用的活性气体为硅烷SiH4和氨NH3。
可以根据改变硅烷对氨的比率，来得到不同的折射指数。
在沉积工艺中，伴有大量的氢原子和氢离子的产生，使得晶片的氢钝化性十分良好。
+---+++→HSiHSi S SiH℃6H iH332233504等离子体+--++→HN N NH℃3HH 2223503等离子体总反应式：作用：防氧化，减少反射，增强电池片对太阳光线的吸收，从而一定程度上提高了电池片转换效率。
二．原辅料简介设备运行使用以下气体：氮（N2）---高浓度的氮会造成窒息，如发生氮逸出，要关闭气体出口并确保通风。
主要起到清洁、抽空作用。
氨（NH3）---氨吸入式具有毒性，会腐蚀眼睛、呼吸系统和皮肤。
作为反应气体之一及预清洗作用。
硅烷（SiH4）---硅烷在与空气接触时会燃烧，高浓度时会造成窒息，。
是反应气体之一。
三．镀膜的作用与膜的要求Si 3N 4的认识:Si 3N 4膜的颜色随着它的厚度的变化而变化，其理想的厚度 是77—93nm 之间，表面呈现的颜色是深蓝色，Si 3N 4膜的折射率在1.9—2.1之间为最佳，与酒精的折射率相乎，通常用酒精来测其折射率。
目前我们使用量拓椭偏仪对膜厚、折射率进行监控。
Si/N比对SiNx薄膜性质的影响:1.电阻率随x增加而降低2.折射率n随x增加而增加3.腐蚀速率随密度增加而降低。
SiNx的优点：优良的表面钝化效果；高效的光学减反射性能（厚度折射率匹配）；低温工艺（有效降低成本）；反应生成的H离子对硅片表面进行钝化。
太阳电池PECVD培训讲义
&1 PECVD:(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 等离子增强的化学气相沉积 &1.1工艺目的介绍：在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN 膜。
其作用如下：*在电池片正表面镀一层减反增透膜，减少光的反射，增加电池对光线的吸收。
*对电池的正表面进行H 钝化。
*对电池正表面进行保护，防止氧化。
除Si 3N 4膜外，TiO2，SiO2也可作为减反膜。
&1.1.1减反射膜：f v •=λ211221sin sin v v n n ==θθ21λλ= v c n v c n n =⇒=0n cv =⇒ 如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一，相邻两束光的光程差恰好为 π ，即振动方向相反，叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。
适当选择膜层折射率，这时光学表面的反射光可以完全消除。
标志氮化硅膜的两个参数：膜厚、折射率减反射膜的测量对于一个顶角为θ、折射率为n 待测的棱镜,将它放在空气中(n1=n2=1)。
当棱镜第一表面的入射(2)角i1等于在第二表面的折射角折射率测量时，偏向角达到最小值δmin ，则 (2) 用测角仪测定 δmin(图1)和θ，便可算出n 。
&1.1.2氢钝化：钝化硅体内的悬挂键等缺陷。
在晶体生长中受应力等影响造成缺陷越多的硅材料，氢钝化的效果越好。
氢钝化可采用离子注入或等离子体处理，在多晶硅太阳电池表面采用PECVD 法镀上一层氮化硅减反射膜，由于反应物分解时产生氢离子，对多晶硅可产生氢钝化的效果。
应用PECVD ，Si 3N 4可使表面复合速度小于20cm/s&1.1.2表面保护：SiN 膜具有卓越的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。
&1.2 PECVD 的原理：等离子体：↑+→+24335034H 12N i 43S NH SiH ℃等离子体+---+++→H SiH Si S SiH ℃6H iH 332233504等离子体+--++→H N N NH ℃3H H 2223503等离子体PECVD 技术原理是利用强电场或者磁场使所需的气体源分子电离产生等离子体，等离子体中含有很多活性很高的化学基团，这些集团经一系列化学和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。
PECVD（RothRau）工艺培训
PECVD（RothRau）⼯艺培训PECVD （Roth&Rau ）⼯艺培训⼀、PECVD ⼯序的原理及作⽤PECVD ，即微波间接等离⼦增强化学⽓相沉积，英⽂全称为 Microwave Remote Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 。
PECVD 主要是在硅⽚表⾯（扩散⾯）沉积⼀层深蓝⾊的SiNx 膜。
⽽这层SiNx 膜的作⽤是：a ）减少电池表⾯光的反射；b ）进⾏表⾯及体钝化，减少电池的反向漏电流；c ）具有良好的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离⼦、阻挡⾦属和⽔蒸汽扩散的能⼒。
为了改善太阳能电池⽚的功率，可以通过在多晶硅表⾯及内部的电⼦空⽳对上沉积⼀层很薄的氮化硅来实现，⼜称为钝化。
由于此氮化硅沉积层所具有⾼硬度，抗化学反应性，折射性强等优点使得它成为当之⽆愧的保护性抗反射层。
通过微波激发的等离⼦体具有很⾼的载电荷浓度（其中离⼦和电⼦能量级可10eV ），这样也正好满⾜薄膜淀积⼯艺中对于离⼦撞击所需的要求。
⼯艺腔中的NH 3和SiH 4分⼦在⾼频微波源的作⽤下热运动加剧，相互间碰撞使其分⼦电离，这些离⼦反应⽣成SiNx 。
+---+++→H SiH Si S SiH ℃6H iH 332233504等离⼦体 +--++→H N N NH ℃3H H 2223503等离⼦体总反应式：↑+→+24335034H 12N i 43S NH SiH ℃等离⼦体在左图中⽰出了四分之⼀波长减反射膜的原理。
从第⼆个界⾯返回到第⼀个界⾯的反射光与从第⼀个界⾯的反射光相位相差180度，所以前者在⼀定程度上抵消了后者。
即n 1d 1=λ/4。
SiN 减反膜的最佳折射率n 1为 1.9或2.3。
膜厚控制在77-93nm ，硅⽚镀膜⾯颜⾊呈PECVD 镀膜后的减反射效果明显。
0.000.100.200.300.400.500.600.70300400500600700800900100011001200Wavelength(nm)R e f l e c t a n c e (0-1)¯§′oó1è??·′é??ê3á?ySiN ?¤oóµ?·′é??ê⼆、设备简介设备跟产品的质量联系最为密切，PECVD主要使⽤的设备分为板式跟管式。
PECVD工序工艺培训资料
可得： 为了使反射损失减到最小，即希望 Rλ 0 =0, 应有：
（最佳减反射膜的折射率计算公式 ） 硅的折射率 nsi=3.9，n0=1 :
从裸露的硅表面和从覆盖有折射率为 1.9 和 2.3 的减反射膜的硅表面反射 的正常入射光积 SixNy 薄膜有一定程度的表面损伤， 同时薄膜中有较高含量的氢， 容易和空位形成氢一空位对{V. H}+。空位还能增强氢的扩散，使氢与缺陷及晶 界处的悬挂键结合，从而减少界面态密度和复合中心。正电荷{V. H}+也改善了 SixNy/Si 的界面状态。很多文献资料显示，有效少数载流子寿命和 SixNy 膜中 的氢含量由一定的关系。多数情况下，氢含量较高，少子寿命也较大。但沉积温 度改变时有所不同， 可能是温度的升高更有利于粒子的运动，使 SixNy 膜中更多 的氢溢出， 到达界面或进入硅中， 消除悬挂键的活性， 从而获得更高的少子寿命。
在真空或大气中， 如果硅表面没有减反射膜，长波范围(1.1μ m)入射光损失 总量的 34%，短波范围(0.4 μ m)为 54%。即使在硅表面制作了绒面，由于入射光 产生多次反射而增加了吸收，但也有约 14%以上的反射损失。
如果在硅的表面制备一层透明的介质膜， 由于介质膜的两个界面上的反射光 相互干涉，可以在很宽的波长范围内降低反射率。此时反射率由下式给出：
(2).根据已镀膜完片子的情况，结合对应的减薄量，实时调整镀膜时间； 4.镀膜呈彩虹状 原因：弯曲片； 解决：对于弯曲片，因 Centrotherm 工艺原理所限，没有办法，所以弯曲片只能 在平板机器上做； 5.石墨舟掉片子，如下图所示：
原因：员工上料不牢，在机内碎片； 解决：掉了一片，就导致了上面两片异常片，对于右边这片肯定是要返工的；而 左边这片，图中所看到的是硅片的背面，而它的正面是好的，所以员工常 会将这样的片子留下面，下面是这种片子的电性能： Uoc 0.587～0.594 Isc 7.2～7.5 Rs 10～26 Rsh 3～50 FF 50～67 Eff 10%左右 Irev2 0.3～3
PECVD教程
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4. 出现色差？
● 首先检查整框中色差片出现的位置，然后根据不同情况进行调整： 如果色差片有规律性出现在某一列，则可能是由于硅片掉落在工艺腔中挡住部分出气孔， 则要设备人员停止工艺取出硅片。 如果出现在某一侧，在确认没有硅片挡住气孔的情况下，可以通过调整微波源功率补偿来 减小色差。 如果连续整框中出现无规律的色差，则可能是由于部分气孔被杂质或者生成的SiNx颗粒 挡住出气孔，可让设备人员对所有出气孔进行吹扫，以保证气孔畅通。 另外石墨框上钩子装的是否符合要求，硅片放的是否水平牢固，石墨框上长期淀积的 SiNx物质，工艺腔反应压强是否符合要求，反射功率的大小是否超标，微波源是否稳 定等都会引起色差的产生。
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思考问题： 1. 由于取放石墨框操作不规范，导致石墨框导轨条更换频繁。 2. 传感器要经常检查，会导致石墨框在工艺腔体中出现短暂停顿才会产生条状 的色差。 3. 从机器里出来的片子没有沉积膜，具体表现为颜色还是硅片本身的颜色，检 查发现在工艺过程中工艺腔的压力高于工艺时要求的压力； 4. 通常导致漏气的原因： 石英管没安装好，会导致腔体有大漏；高温胶带质量有问题和胶带缠绕手 法有问题：导致对石英管保护不利，在大功率微波和高温的双重作用下导致 石英管变形或开裂石英管本身质量有问题：达不到标准使用寿命。
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调节微波功率原则
原则一：左边的微波源有问题，不能正常工作，只能通过调右边来补偿．可这 样做整体膜都应变厚，而实际是左边影响最大．
原则二：微波源与膜厚是左边（右边）对应左边（右边）关系，但实际使用 的微波功率比较大，当大到一定程度时，改变某一边的功率对该侧膜厚影响较小， 对对称的那一侧膜厚影响较大，并且这种观点为多数人所认同．
进料腔-加热腔气压 2.01*10-2mbar 温度：400摄氏度 进料腔：红外加热 气压计 气压开关 加热腔、工艺腔：电阻丝加热 机械泵、罗茨泵抽真空：GV600 无水泵是一个 装有3 对凸轮爪马达的4 冲程泵，包括一台主泵 和一台备用泵。 EH4200是一种大排水量真空泵，这种泵由一个 出 冷 料 Position sensors 三相电机通过液态流进行驱动，其允许在较高 却 的压力下进行操作。 Driver
PECVD培训(原理)
直接法分为两种：
（1）管式PECVD系统：即使用像扩散管一样的石英管作为沉积腔室，使用电 阻炉作为加热体，将一个可以放置多片硅片的石墨舟插进石英管中进行沉积。 这种设备的主要制造商为德国的Centrothem公司、中国的第四十八研究所 、 七星华创公司。 （2）板式PECVD系统：即将多片硅片放置在一个石墨或碳纤维支架上，放入 一个金属的沉积腔室中，腔室中有平板型的电极，与样品支架形成一个放电回 路，在腔室中的工艺气体在两个极板之间的交流电场的作用下在空间形成等离 子体，分解SiH4中的Si和H，以及NH3中的N形成SiNx沉积岛 硅表面。这种沉 积系统目前主要是日本岛津公司在进行生产。 间接法分为两种： （1）微波法：使用微波作为激发等离子体的频段。微波源置于样品区域之外， 先将氨气离化，再轰击硅烷气，产生SiNx分子沉积在样品表面。这种设备目 前的主要制造商为德国的Roth&Rau公司。 （2）直流法：使用直流源激发等离子体，进一步离化氨气和硅烷气。样品也 不与等离子体接触。这种设备由荷兰的OTB公司生产。
（三）
硅烷等离子体中的离化基团只是在低气压（<5*10-3Torr）高电离的等离子体 条件下才对薄膜沉积有显著的贡献，在一般硅薄膜的沉积条件下，各种中性基 团的含量远远大于离化基团，SiH4分解产生的中性基团是薄膜生长过程中最重 要的活性物质。 由于薄膜生长表面的悬挂键通常都被H钝化，因此对于SiH2和SiH3等含氢的活 性基团，表面反应必须经历吸收成键与放氢过程，并且放氢是这种反应中必不 可少的过程。下面以SiH2说明这个过程：
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少量的氢就能和硅中的缺陷和杂质作用， 形成一些复合体，由于这些复合体大多都是电 中性，所以硅中的氢可以钝化杂质和缺陷的电 活性。它不仅能钝化晶体的表面或界面，还可 以和金属杂质结合，去除或改变相应的深能级。 此外，氢还能和位错上的悬挂键结合 ，达到去 除位错电活性的目的；氢也能和空位作用，形 成一种VHn复合体；氢还能钝化由氧化而引入 的点缺陷，改善器件性能。
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目录
❖ SiNx:H简介 ❖ SiNx:H在太阳电池中的应用 ❖ PECVD原理 ❖ 光学特性和钝化技术 ❖ 系统结构及安全事项
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SiNx:H简介
❖ 正常的SiNx的Si/N之比为0.75，即Si3N4。 但是PECVD沉积氮化硅的化学计量比会 随工艺不同而变化，Si/N变化的范围在 0.75-2左右。除了Si和N，PECVD的氮化 硅一般还包含一定比例的氢原子，即 SixNyHz或SiNx:H。
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PECVD原理
❖ PECVD技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品 置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或 另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适 量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反 应，在样品表面形成固态薄膜。PECVD方法区别于其 它CVD方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的 电子，它们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能。 电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化 合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团， 因而显著降低CVD薄膜沉积的温度范围，使得原来需 要在高温下才能进行的CVD过程得以在低温下实现。
SiNx的优点： ➢ 优良的表面钝化效果 ➢ 高效的光学减反射性能（厚度和折 射率匹配） ➢ 低温工艺（有效降低成本） ➢ 含氢SiNx:H可以对mc-Si提供体钝化
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SiNx在太阳电池中的应用
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PECVD
❖ PECVD =Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 即“等离子增强型化学气相沉积”，是一种 化学气相沉积，其它的有HWCVD，LPCVD， MOCVD等。 PECVD是借助微波或射频等使含有薄膜组成 原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等 离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片 上沉积出所期望的薄膜。
❖ 折射率 (nominal 约2.1) 同一硅片 同一片盒内的硅片 不同片盒内的硅片
+/- 5% +/- 5% +/- 5%
+/- 0.5% +/- 0.5% +/- 0.5%
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钝化技术
❖ 对于Mc—Si，因存在较高的晶界、点缺陷（空 位、填隙原子、金属杂质、氧、氮及他们的复 合物）对材料表面和体内缺陷的钝化尤为重要， 除前面提到的吸杂技术外，钝化工艺一般分表 面氧钝化和氢钝化。
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PECVD种类
❖ PECVD的种类： 直接式—基片位于一个电极上，直接接触等离 子体（低频放电10-500kHz或高频13.56MHz）
间接式—基片不接触激发电极（如2.45GHz微 波激发等离子）
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PECVD种类
直接式的PECVD
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PECVD种类
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PECVD种类
间接式的PECVD
❖ 表面氧钝化：通过热氧化使硅悬挂键饱和是一 种比较常用的方法，可使Si-SiO2界面的复合速 度大大下降，其钝化效果取决于发射区的表面 浓度、界面态密度和电子、空穴的俘获截面。 在氢气氛围中退火可使钝化效果更加明显。
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钝化技术
❖ 氢钝化：钝化硅体内的悬挂键等缺陷。在晶体 生长中受应力等影响造成缺陷越多的硅材料， 氢钝化的效果越好。氢钝化可采用离子注入或 等离子体处理。在多晶硅太阳电池表面采用 PECVD法镀上一层氮化硅减反射膜，由于硅烷 分解时产生氢离子，对多晶硅可产生氢钝化的 效果。 应用PECVD Si3N4可使表面复合速度小 于20cm/s。
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系统结构
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系统结构
炉体系统： 加热系统、温度测量系统、炉控系统、
炉冷却系统、安全系统。
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Байду номын сангаас
安全事项
使用和维护本设备时必须严格遵守操作规 程和安全规则，因为： ❖ 本设备的工艺气体为SiH4和NH3，二者均有毒， 且SiH4易燃易爆。 ❖ 本设备运行时会产生微波辐射，每次维护后和 停机一段时间再开机前都要检测微波是否泄漏。
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二氧化硅膜和氮化硅膜的比较
❖ 热氧化二氧化硅和PECVD氮化硅钝化效果的比较
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二氧化硅膜和氮化硅膜的比较
❖ 从比较图中看出：二氧化硅膜的表面复合速率 明显高于氮化硅膜，也就是说氮化硅膜的钝化 效果比二氧化硅膜好。若表面氧钝化采用在氢 气氛围中退火，钝化效果会有所改善。
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钝化技术
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钝化技术
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PECVD ——等离子体定义
➢ 地球上，物质有三态，即：固，液，气。 ➢ 其共同点是由原子或分子组成，即基本单元是
原子和分子，且为电中性。 ➢ 等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，
发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电 子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态， 这种形态就称为等离子态，即第四态。 ➢ 等离子体从宏观来说也是电中性，但是在局部 可以为非电中性。
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PECVD种类
间接PECVD的特点： 在微波激发等离子的设备里，等离子产生
在反应腔之外，然后由石英管导入反应腔中。 在这种设备里微波只激发NH3，而SiH4直接进 入反应腔。
间接PECVD的沉积速率比直接的要高很多， 这对大规模生产尤其重要。
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光学参数
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光学参数
❖ 厚度的均匀性(nominal 约70 nm) 同一硅片 同一片盒内的硅片 不同片盒内的硅片
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CVD各工艺条件的比较
❖ 其它方法的沉积温度： APCVD—常压CVD，700-1000℃ LPCVD—低压CVD， 750℃，0.1mbar
对比 PECVD — 300-450 ℃，0.1mbar
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PECVD的特点
PECVD的一个基本特征是实现了薄膜沉积 工艺的低温化（<450℃）。因此带来的好处： ➢ 节省能源，降低成本 ➢ 提高产能 ➢ 减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减
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安全事项
使用和维护本设备时必须严格遵守操作规 程和安全规则，因为： ❖ 本设备的工艺气体为SiH4和NH3，二者均有毒， 且SiH4易燃易爆。 ❖ 本设备运行时会产生微波辐射，每次维护后和 停机一段时间再开机前都要检测微波是否泄漏。
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SiNx:H简介
❖ Si/N比对SiNx薄膜性质的影响 ➢ 电阻率随x增加而降低 ➢ 折射率n随x增加而增加 ➢ 腐蚀速率随密度增加而降低
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SiNx在太阳电池中的应用
❖ 自从1981年（Hezel），SiNx开始应用于 晶体硅太阳电池： * 减反射膜 * 钝化薄膜（n+发射极）
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SiNx在太阳电池中的应用