Рефераты. Разработка источников диффузионного легирования для производства кремниевых солнечных элементов








3.2. Разработка и испытание поверхностного источника фосфора на основе спиртового раствора ортофосфорной кислоты


Для приготовления источника на основе спиртового раствора ортофосфорной кислоты растворы этилового спирта и кислоты смешивались в  отношении 1:1.

 Данный раствор наносился на полупроводниковые пластины кремния методом центрифугирования. После нанесения раствора пластины помещались на электропечь для удаления растворителя.

Далее проводился диффузионный отжиг при температуре 950°С. После проведения процесса диффузии на поверхности пластин кремния образовывалась цветная пленка фосфоросиликатного стекла. Опыт показал, что p – n переход в полупроводниковой пластине кремния при использовании данного источника примеси получится только в том случае, если после диффузии на поверхности пластин образуется цветная пленка.

Окрашивание после шлифовки лунок удобно проводить в смеси плавиковой и азотной кислот. При этом в раствор плавиковой кислоты необходимо добавить несколько капель разбавленной азотной кислоты. В результате на поверхности пластины кремния ободок у лунок потемнеет и можно под микроскопом легко определить хорду.

Для исследований источника были взяты четыре образца кремния p-типа с удельным сопротивлением ρ = 7 Ом∙см, ориентации (111). После нанесения источника описанным способом данные образцы выдерживались в диффузионной печи заданное время.

Далее в таблице 3.2 приводятся результаты по определннию глубины залегания p – n перехода.



 

 

Таблица 3.2.

Зависимость глубины залегания p – n перехода от времени проведения диффузии для источника на основе ортофосфорной кислоты

№ образца

Температура,°С

Время диффузии, мин

 Li, мкм

xji, мкм

Среднее значение xj, мкм

1

950

20

190

0,340

0,35

195

0,359

200

0,377

190

0,340

195

0,359

2

40

240

0,543

0,55

240

0,543

240

0,543

245

0,566

245

0,566

3

60

270

0,688

0,69

265

0,663

270

0,688

275

0,713

270

0,688

4

80

295

0,820

0,83

295

0,820

295

0,820

300

0,849

295

0,820

По результатам, приведенным в таблице 3.2, можно построить график зависимости xj от времени диффузии.

Рис. 3.2. Зависимость глубины залегания p – n перехода от времени проведения диффузии (Т=950°С).


3.3. Исследование твердого планарного источника на основе нитрида бора


Диффузия с использованием твердого планарного источника носит также название диффузии из параллельного источника, так как  полупроводниковые пластины кремния и твердый источник размещаются параллельно друг другу.

Для исследований был взят кремний n-типа (111) с удельным сопротивлением ρ = 2 Ом∙см.

Особенностью твердого планарного источника на основе BN является то, что перед проведением процесса диффузии его необходимо окислить, чтобы на поверхности образовался тонкий слой B2O3. Во время  проведения процесса диффузии пары B2O3 переходят в газовую фазу, реагируют с кремнием с образованием слоя боросиликатного стекла, из которого уже и идет диффузия бора в кремний.


Окисление твердого планарного источника на основе нитрида бора проводилось в диффузионной печи в атмосфере воздуха при температуре 950°С в течение 40 – 60 мин.

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).

3

 

2

 

1

 

1

 
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)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.