氮化硅理解
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氮化硅陶瓷手册概述说明以及解释1. 引言1.1 概述氮化硅陶瓷是一种具有特殊性能和广泛应用的高级陶瓷材料。
它由氮和硅元素组成,具有出色的物理和化学特性,使其在许多领域都有重要的应用。
本手册概述了氮化硅陶瓷的特性、制备方法以及其在各个领域中的应用情况。
1.2 文章结构本文将分为五个主要部分来介绍氮化硅陶瓷。
首先,在引言部分提供了对本手册整体内容以及目录结构的介绍。
接下来,第二部分将详细介绍氮化硅陶瓷的物理特性、化学特性以及现有的应用领域。
第三部分将探讨制备氮化硅陶瓷的不同方法,包括烧结法、热压法和化学气相沉积法。
在第四部分中,我们将阐述氮化硅陶瓷相对于其他材料的优势,并解析其中面临的挑战。
最后,在结论部分对文章进行总结,并展望氮化硅陶瓷未来发展方向。
1.3 目的本手册的目的是提供给读者一个全面了解氮化硅陶瓷的手册,包括其特性、制备方法以及应用领域。
通过阅读本手册,读者将能够了解氮化硅陶瓷在各个领域中的重要性,并对其未来的发展趋势有所认识。
此外,为了使本手册内容更加清晰易懂,我们将使用简洁明了的语言和具体实例进行说明。
通过本手册,我们希望读者能够对氮化硅陶瓷有一个全面而深入的理解,并应用于实际生活和工作中。
2. 氮化硅陶瓷的特性和应用氮化硅陶瓷是一种具有广泛应用前景的先进材料,其具备一系列优异的物理和化学特性。
本部分将详细介绍氮化硅陶瓷的特性,并探讨其在各个领域中的应用。
2.1 物理特性氮化硅陶瓷具有许多出色的物理特性。
首先,它具有极高的硬度和强度,比传统陶瓷材料如氧化铝更为优越。
这使得氮化硅陶瓷可以在高温高压环境下工作而不易变形或断裂。
此外,氮化硅陶瓷还具备良好的导热性能。
它能够有效地传导热量,因此被广泛应用于需要散热性能较佳的领域,如电子器件制冷、电动车充电桩等。
此外,氮化硅陶瓷还表现出优异的耐腐蚀性能。
它可以抵御酸碱等常见溶液的侵蚀,并且在高温环境下也能保持稳定。
2.2 化学特性氮化硅陶瓷具有良好的化学稳定性,能够抵抗许多常见化学试剂的腐蚀。
氮化硅碳化硅差异氮化硅与碳化硅:特性、应用与差异氮化硅 (Si3N4) 和碳化硅 (SiC) 都是晶体陶瓷材料,具有优异的机械和热学性能,在广泛的工业应用中得到广泛应用。
了解它们的特性和差异对于优化其在特定领域的用途至关重要。
特性:氮化硅高硬度和韧性优异的耐磨性和耐腐蚀性良好的热稳定性和抗氧化性电绝缘性好密度低碳化硅超高硬度和韧性极好的耐磨性和耐腐蚀性出色的导热性高强度和刚度密度比氮化硅高应用:氮化硅切削刀具和磨料耐高温部件(如涡轮叶片和喷嘴)轴承和密封圈电子封装材料生物医学植入物碳化硅切割工具和加工刀具半导体器件(如功率晶体管和二极管)高温结构材料(如航空航天应用)摩擦材料(如制动器和离合器)高性能陶瓷基复合材料差异:硬度和韧性碳化硅的硬度和韧性远高于氮化硅,使其成为需要超高耐磨性的应用的理想选择。
导热性碳化硅具有比氮化硅更高的导热性,使其适用于需要有效散热的应用,例如半导体和电子设备。
氧化稳定性氮化硅在高温下的抗氧化性优于碳化硅,使其在暴露于氧化环境的应用领域更具优势。
密度碳化硅的密度比氮化硅高,在某些涉及重量至关重要的应用中可能是一个考虑因素。
加工性碳化硅的加工难度高于氮化硅,需要专门的工具和技术。
成本碳化硅的生产成本通常高于氮化硅,这可能会影响其在某些应用中的可行性。
选择标准:选择氮化硅或碳化硅取决于具体应用的特定要求。
考虑的主要因素包括:所需的硬度和韧性导热性化学和氧化稳定性密度加工性成本通过仔细评估这些因素,工程师和设计师可以优化氮化硅和碳化硅在各种行业中的应用,从制造业到电子和航空航天。
氮化硅材料的性质及其在电子行业的应用作为一种重要的材料,氮化硅材料在现代电子行业应用广泛。
那么氮化硅材料的性质到底如何,它有哪些优势和应用呢?接下来,本文将着重探讨氮化硅材料的性质及其在电子行业的应用。
一、氮化硅材料的性质氮化硅材料具有一系列独特的性质,下面,我们就来一一介绍。
1. 良好的导热性能:氮化硅材料的导热系数很高,是铜的三倍以上,而且随着温度的升高,其导热系数还会增加,因此氮化硅材料非常适合用作高功率电子器件的散热材料。
2. 超高强度:氮化硅材料的强度比很多传统材料都要高,它在高温和高压下仍然能够保持一定的强度,而且还具有良好的耐腐蚀性能。
3. 很强的耐磨性:氮化硅材料的硬度比钢还要高,因此它可以很好地抵抗磨损和刮擦,使其广泛应用在机械加工领域。
4. 特殊的光学特性:氮化硅材料可以实现透明或半透明,而且它的光学性能比玻璃、陶瓷等材料都要好。
5. 很强的化学惰性:氮化硅材料能够很好地抵抗介质的侵蚀,因此它非常适合在腐蚀性或黏附性介质的环境下使用。
二、氮化硅材料在电子行业的应用由于氮化硅材料的一系列优异性能,它在电子行业有着广泛的应用。
下面,我们针对具体的应用来谈一谈。
1. 氮化硅散热片氮化硅散热片是氮化硅材料的应用之一。
由于氮化硅的导热性和耐高温性,它被广泛地应用在高功率半导体器件中,如功率场效应晶体管、光电器件等。
这些器件在工作时会产生大量的热量,会导致温度过高而影响器件的性能,因此需要保持其温度在可承受的范围内。
氮化硅散热片正是能够很好的解决这一问题。
2. 氮化硅晶体氮化硅晶体被广泛应用于LED照明系统、射频功率放大器、微波电路和太阳能电池等领域。
由于氮化硅晶体具有极高的热导率和热容量,可以很好地控制器件的温度,同时也使其具有很高的稳定性和可靠性。
3. 氮化硅纳米管氮化硅纳米管是材料领域最新的研究热点之一,它的应用主要在纳米电子器件、电池技术和生物医学等领域。
由于氮化硅材料的硬度比其他半导体材料都强,所以制成的氮化硅纳米管具有更高的强度和稳定性,可以用来设计更加高效的电子器件,也可以应用于生物医学器械中。
氮化硅材料在半导体制造中的应用研究随着现代科技的发展,半导体行业得到了快速发展,其应用范围越来越广泛。
其中,氮化硅材料在半导体制造中扮演了非常重要的角色。
本文将从氮化硅材料的特性、制备方法和应用等方面进行探讨,以期更好地理解氮化硅材料在半导体制造中的应用研究。
一、氮化硅材料的特性氮化硅具有优异的机械性能、光学性能和电学性能,这些优点使其成为一个非常重要的半导体材料。
首先,氮化硅具有非常高的硬度,这是因为氮化硅的化学结构主要是由氮和硅形成的,其二者之间有很强的键合。
另外,氮化硅具有非常高的熔点,能够在高温环境下工作。
此外,氮化硅具有非常强的耐热性和耐腐蚀性,这意味着它能够在非常恶劣的环境下使用。
除了上述优点之外,氮化硅还具有非常好的光学性能和电学性能。
在光学方面,氮化硅的透过率和反射率非常高,这使得它成为制造反射镜和光学器件的重要材料。
在电学方面,氮化硅有能隙,这使得它能够制造出高速的半导体器件。
此外,它的介电常数也非常高,这意味着它可以用于制造微波集成电路器件。
总体而言,氮化硅是一个功能非常强大的半导体材料,其特点主要包括高硬度、高熔点、耐热性、耐腐蚀性、高透过率、高反射率、有能隙、高介电常数等。
二、氮化硅材料的制备方法氮化硅材料的制备方法有多种,比较常见的有CVD法、PVD法和烧结法。
下面将对这几种方法进行简要介绍。
CVD法:CVD (chemical vapor deposition)是氮化硅制备的一种较常见的方法。
它需要在反应室内制造一定的气压,并通过化学反应的方式在衬底上得到氮化硅。
CVD法主要有低压CVD和等离子CVD两种方法。
相比之下,等离子CVD的产物质量更高,但相应的设备和成本也更高。
PVD法:PVD (physical vapor deposition)是通过加热和蒸发的方式使氮化硅原始物质沉积在衬底上。
与CVD法不同的是,PVD法不需要气体反应室,这意味着其处理的样品尺寸更大,但成本更高。
氮化硅应用分析报告氮化硅(Si3N4)是一种重要的功能陶瓷材料,具有优良的热、化学和机械性能,因此在多个领域得到广泛的应用。
本报告将对氮化硅的应用进行分析和评估。
首先,氮化硅在电子行业中具有重要的应用价值。
由于其具有优良的绝缘性能和高温稳定性,氮化硅被广泛应用于集成电路、电子元件和高温电子器件制造中。
其高温稳定性使其能够承受高达2000℃的温度,同时具有较低的热膨胀系数,使其成为在高温环境下可靠工作的理想选择。
其次,氮化硅在光电领域也具备广阔的应用前景。
氮化硅具有优异的光学性能,其透明度与玻璃相当,而其折射率较低,因此被广泛用于太阳能电池、光纤通信、LED照明等领域。
氮化硅作为一种透明材料,能够提供高效的光传输和较低的能量损耗,对光学设备的性能提升起到了重要作用。
此外,氮化硅还在化工工业中起到了重要作用。
由于其优良的耐酸碱性和热稳定性,氮化硅常被应用于高温、高压和腐蚀性环境下的化工设备制造。
例如,在石油化工工业中,氮化硅被广泛应用于催化剂的载体和反应器的内衬,能够提高催化活性和延长设备使用寿命。
除此之外,氮化硅在航空航天领域也具有广泛的应用。
氮化硅具有优异的机械性能,如高硬度、高强度和耐磨性,使其成为制造发动机零部件、导弹和航空器零件的理想材料。
通过使用氮化硅,可以提高零部件的耐磨性和抗疲劳性,从而提高航空航天设备的可靠性和使用寿命。
在医疗领域,氮化硅也有广泛的应用。
由于其生物惰性和高生物相容性,氮化硅被广泛应用于医疗器械和人工器官的制造中。
同时,氮化硅具有优异的抗菌和抑制炎症等特性,可用于制造抗菌和医药输送器等医疗器械。
综上所述,氮化硅作为一种功能陶瓷材料,在电子、光电、化工、航空航天和医疗领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步,氮化硅的应用领域还将进一步扩大。
然而,需要指出的是,氮化硅材料的制造和加工仍然面临一些挑战,包括高成本和技术难题。
因此,在未来的研究和应用中,需要进一步提高氮化硅的制备技术和降低制造成本,以促进其在各个领域的应用综上所述,氮化硅作为一种功能陶瓷材料,在电子、光电、化工、航空航天和医疗领域具有广泛的应用前景。
氮化硅种类氮化硅是一种重要的半导体材料,具有优良的电子性能和热学性能,被广泛应用于微电子、光电子和功率电子领域。
根据氮化硅的不同结构和性质,可以分为以下几种类型。
1. α-氮化硅α-氮化硅是最常见的氮化硅多晶体结构,其晶体结构类似于金刚石。
它具有高硬度、高熔点和优良的热导性能,是一种重要的热界面材料。
α-氮化硅还具有较好的化学稳定性和抗辐照性能,被广泛应用于高温、高压和辐射环境下的电子器件和封装材料。
2. β-氮化硅β-氮化硅是一种具有非晶态或微晶态结构的氮化硅材料。
相比于α-氮化硅,β-氮化硅具有更高的氮含量和较低的晶体有序性。
这种结构使得β-氮化硅具有较好的光学性能和较低的介电常数,因此被广泛应用于光电子器件和光学涂层材料。
3. 纳米氮化硅纳米氮化硅是指晶粒尺寸小于100纳米的氮化硅材料。
由于晶粒尺寸的减小,纳米氮化硅具有较高的比表面积和优异的力学性能。
此外,纳米氮化硅还具有较好的光学性能和高温稳定性,被广泛应用于催化剂、传感器和纳米电子器件等领域。
4. 多晶氮化硅多晶氮化硅是由多个晶界和晶粒组成的氮化硅材料。
多晶氮化硅具有较高的导电性和可调控的电子能带结构,因此被广泛应用于功率电子器件和高频电子器件。
此外,多晶氮化硅还具有较好的化学稳定性和机械强度,适用于复杂的工艺和封装要求。
5. 氮化硅薄膜氮化硅薄膜是一种以氮化硅为主要组分的薄膜材料。
氮化硅薄膜具有较高的绝缘性能、较低的介电常数和较好的热稳定性,被广泛应用于微电子器件的绝缘层和光学涂层。
此外,氮化硅薄膜还可以通过掺杂或改变沉积条件来调控其光学和电学性能,具有良好的可调控性。
氮化硅具有多种结构和性质的类型,每种类型在不同领域具有独特的应用优势。
随着科学技术的不断发展,对氮化硅材料的研究和应用将进一步推动半导体和光电子领域的发展。
氮化硅氮化硅,分子式为Si3N4,是一种重要的结构陶瓷材料。
它是一种超硬物质,本身具有润滑性,并且耐磨损;除氢氟酸外,它不与其他无机酸反应(反应方程式:Si3N4+4HF+9H2O=====3H2SiO3(沉淀)+4NH4F),抗腐蚀能力强,高温时抗氧化。
而且它还能抵抗冷热冲击,在空气中加热到1 000 ℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。
正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性,人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面,不仅可以提高柴油机质量,节省燃料,而且能够提高热效率。
我国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机。
【氮化硅的应用】氮化硅用做高级耐火材料,如与sic结合作SI3N4-SIC耐火材料用于高炉炉身等部位;如与BN结合作SI3N4-BN材料,用于水平连铸分离环。
SI3N4-BN系水平连铸分离环是一种细结构陶瓷材料,结构均匀,具有高的机械强度。
耐热冲击性好,又不会被钢液湿润,符合连珠的工艺要求。
见下表性能AL2O3ZrO2熔融石英(SiO2)ZrO2 -MO金属陶瓷反应结合Si3N4热压Si3N4热压BN反应结合SiN4-BN抗热震性差差好好中好好好抗热应力差差好好中好好好尺寸加工精度与易加工性能差差好差好差好好耐磨性好好中好好好好好耐侵蚀性好好差好好好好相对分子质量140.28。
灰色、白色或灰白色。
六方晶系。
晶体呈六面体。
密度3.44。
硬度9~9.5,努氏硬度约为2200,显微硬度为32630MPa。
熔点1900℃(加压下)。
通常在常压下1900℃分解。
比热容为0.71J/(g·K)。
生成热为-751.57kJ/mol。
热导率为16.7W/(m·K)。
线膨胀系数为2.75×10-6/℃(20~1000℃)。
不溶于水。
溶于氢氟酸。
在空气中开始氧化的温度1300~1400℃。
氮化硅陶瓷球的用途及特点说到氮化硅陶瓷球,可能大家会觉得这名字听起来有点拗口,像是科学课上会碰到的生僻词汇。
不过,别担心,今天我们就来聊聊这个“神奇小球”的用途和特点,让你轻松搞懂它到底有啥用处,为什么大家都在追捧它!1. 氮化硅陶瓷球是什么?1.1 基本概念氮化硅陶瓷球,其实就是用氮化硅这种材料做成的小球。
这种材料可不是随便的,氮化硅的强度和硬度都很出众,简直可以和超人比肩。
大家知道,陶瓷材料本身就很硬,但氮化硅更是把硬度推向了极限,做成的球就像个小铁拳,硬得让人惊叹!1.2 性能特点除了硬度以外,氮化硅还有个不为人知的特点,就是它的耐高温性。
嘿,听起来就像是个火焰战士,能在高温环境下也能安然无恙。
不管是机械加工还是一些高温气体的处理,氮化硅陶瓷球都能轻松应对。
真是个能耐啊,别说是熬煮的锅了,就算是熬油的炸锅,它也能搞定!2. 氮化硅陶瓷球的用途2.1 工业领域首先,氮化硅陶瓷球在工业领域可谓是个“明星”。
比如说,在轴承制造中,它的应用让整个转动过程如丝般顺滑,摩擦力小得惊人,简直就是工厂里的“静音天使”。
想象一下,工厂里机器轰鸣,如果没有这些小球,大家都得听着“咯吱咯吱”的声音,活像在参加摇滚演唱会!2.2 电子产品其次,在电子产品中,氮化硅陶瓷球的身影也随处可见。
它能有效隔绝电流,确保电子设备的稳定性。
简单来说,就是给电子产品穿了一层“防护衣”,让它们在运行时不容易出错。
像是手机里的小元件,如果没有它的保驾护航,哪能那么“淡定”地完成各种任务?3. 氮化硅陶瓷球的优点3.1 耐磨性强说到氮化硅陶瓷球的优点,首先得提的就是它的耐磨性。
要知道,在各种高强度摩擦的环境下,这小球能挺过来,简直就是个耐磨小能手。
就像是个运动员,不怕风雨,时刻准备迎接挑战,真是让人刮目相看!3.2 轻便而强韧其次,这小球的轻便也让人觉得意外。
虽然它硬得吓人,但轻巧得让你一捏就能握住,轻松自如。
就像是你手中的一颗小弹珠,看似平常,却拥有不容小觑的力量。
氮化硅1.氮化硅的特点:是一种重要的结构陶瓷材料。
它是一种超硬物质,本身具有润滑性,并且耐磨损,为原子晶体;高温时抗氧化。
而且它还能抵抗冷热冲击,在空气中加热到1 000 ℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。
2.氮化硅的应用:氮化硅适合做高级耐火材料,氮化硅陶瓷材料具有热稳定性高、抗氧化能力强以及产品尺寸精确度高等优良性能。
由于氮化硅是键强高的共价化合物,并在空气中能形成氧化物保护膜,所以还具有良好的化学稳定性,1200℃以下不被氧化,1200~1600℃生成保护膜可防止进一步氧化,并且不被铝、铅、锡、银、黄铜、镍等很多种熔融金属或合金所浸润或腐蚀,但能被镁、镍铬合金、不锈钢等熔液所腐蚀。
氮化硅陶瓷材料可用于高温工程的部件,冶金工业等方面的高级耐火材料化工工业中抗腐蚀部件和密封部件,机械加工工业刀具和刃具等。
由于氮化硅与碳化硅、氧化铝、二氧化钍等能形成很强的结合,所以可用作结合材料,以不同配比进行改性。
此外,氮化硅还能应用到薄膜太阳能电池中。
用PECVD法镀氮化硅膜后,不但能作为减反射膜可减小入射光的反射,而且,在氮化硅薄膜的沉积过程中,反应产物氢原子进入氮化硅薄膜以及硅片内,起到了钝化缺陷的作用。
3 氮化硅制品的生产工艺:氮化硅制品按工艺可以分为反应烧结制品、热压制品、常压烧结制品、等静压烧结制品和反应重烧制品等。
其中,反应烧结是一种常用的生产氮化硅耐火制品的方法。
反应烧结法生产氮化硅制品是将磨细的硅粉(粒度一般小于80μm),用机压或等静压成型,坯体干燥后,在氮气中加热至1350~1400℃,在烧成过程中同时氮化而制得。
采用这种生产方法,原料条件和烧成工艺及气氛条件对制品的性能有很大的影响。
硅粉中含有许多杂质,如Fe,Ca,Aì,Ti等。
Fe被认为是反应过程中的催化剂。
它能促进硅的扩散,但同时,也将造成气孔等缺陷。
Fe作为添加剂的主要作用:在反应过程中可作催化剂,促使制品表面生成SiO2氧化膜;形成铁硅熔系,氮溶解在液态FeSi2中,促进β-Si3N4的生成。
PASSIVATING MC-SI SOLAR CELLS USING SIN X:H: HOW TO TUNE TO MAXIMUM EFFICIENCIESIngrid G. Romijn, H.C. Rieffe, A.W. Weeber, W.J. SoppeECN Solar Energy, P.O. Box 1, 1755 ZG Petten, The NetherlandsPhone: +31 224 564309; Fax: +31 224 568214; Email: Soppe@ecn.nlAbstract: In this study we determine the structural properties of SiN x:H layers and relate these to both the deposition parameters and its passivating qualities for solar cells. We show that Si-N bond density is an important parameter governing both the bulk and surface passivation of the SiN x:H layers. The best bulk and surface passivating layers have a relatively low hydrogen diffusion coefficient due to a high Si-N bond density. We find optimum bulk and surface passivation for Si-N bond densities of 1.3*1023 cm-3, regardless of nitrogen containing precursor gases used and regardless of the wafer quality.Key words: Antireflection coating, Silicon-Nitride, Passivation.1 IntroductionHydrogenated amorphous silicon nitride (a-SiN x:H) layers have become a very important part of modern silicon PV technology. They act as an anti-reflection coating and provide bulk and surface passivation, important means for the optimizing of mc-Si solar cells and reaching high efficiencies for those cells.Passivating SiN x:H layers can be deposited using Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) techniques using nitrogen and silicon containing precursor gasses. One of the key issues of our research is to combine excellent bulk and surface passivation on low cost material with easy to handle gasses. Relations between structural properties and the bulk and surface passivating quality need to be known for fast optimization with different gases and equipment, and thus saving time and effort.In recent publications, Weeber et al. [1,2] presented a systematic investigation on the bulk and surface passivating properties and related these to the structural properties of the SiN x:H deposited with SiH4 and N2. This first study is now extended to the use of NH3. The use of both N2 and NH3 nitrides on solar cells reveals the structural properties of the SiN x:H layers that govern its inherent passivating qualities independent of the deposition mechanisms.2 ExperimentSiN x:H layers were deposited using the in-line MW RPECVD system at ECN. This system was developed in close cooperation with Roth&Rau and is described in more detail in a previous paper [3]. The PECVD process parameters that were varied were: pressure, different precursor gasses, gas flow ratio and total gas flow.We determined the bond densities within the nitride layers using Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy [4]. The bond densities are calculated by integrating the different absorption peaks over the frequency. In hydrogenated silicon nitride layers, usually three different bonds are investigated: the Si-N, Si-H and N-H bond density.SiN x:H layers with different compositions were deposited on solar cells and tested for passivating qualities by measuring IV characteristics and the IQE spectrum. The solar cells were made in an industrial in-line process, using screen printing metallization and firing through the silicon nitride. 3 Results and discussion3.1 SiN x:H structural properties related to the deposition parametersIn previous studies it was found that the mass density of the SiN x:H layers is related to the Si-N bond density ([Si-N]): layers containing more Si-N bonds have a higher mass density ρ, while those with relatively more Si-Si bonds are less dense and have a more porous structure [5,6].In figure 1 and 2 the Si-N bond density for nitrides deposited with NH3 or N2 as precursor gasses are shown as a function of the N/Si gas flow ratio, and for different deposition pressures. For all nitrides [Si-N] increases for increasing N/Si flow ratio, and is higher for lower deposition pressures. The refraction index n increases with decreasing [Si-N] and decreasing N/Si flow ratio, which is shown qualitatively by the arrow in the graphs.4681012141618Si-Nbonddensity[122cm-3]N H3/SiH4flow ratioFigure 1 Si-N bond density versus the N/Si flow ratio for nitrides deposited with NH3 and SiH4.68N2/SiH4flow ratioSi-Nbonddensity[122cm-3]Figure 2 Si-N bond density versus the N/Si flow ratio for nitrides deposited with N2 and SiH4.At higher N/Si flow ratios relatively more reactive N-containing species are available; this will favor the formation of Si-N and N-H bond over that of Si-Si and Si-H. Thedecrease of Si-N bond density for increasing pressures, seen in all nitrides, is due to properties of our remote MW PECVD. In the system, the nitrogen containing gas is fed in near the plasma source [7]. Higher pressures will confine the nitrogen plasma closer to the plasma source, and less reactive N-containing species will reach the substrate, decreasing the Si-N and N-H bond densities.The different flow and pressure dependence for both types of nitrides is caused by the difference in dissociation energy for N-N (9.81 eV) and H-NH 2 (4.65 eV) [8]. At low pressures, the degree of N 2 depletion will saturate for a certain microwave power, rendering the plasma independent on further increasing the N 2/SiH 4 flow ratio. Due to the lower ionization energy this saturation is not reached for NH 3. Although the deposition mechanisms are not the same, similar [Si-N] can be reached for both N 2 and NH 3 nitrides.3.2 Bulk and surface passivation as a function of Si-N bond densityIn previous publications we show that the Si-N bond density is a key parameter for bulk passivation [1,2]. Figure 3 shows the V oc of cells made with SiN x :H layers deposited with N 2 or NH 3. Wafers of average quality (A) and wafers of higher quality (B) were used.Si-N bond density [*1022 cm -3]V o c - V o c (m a x )Figure 3 V oc -V oc (max) of mc-Si solar cells versus the [Si-N]. Closed symbols: N 2 nitrides; Open symbols: NH 3 nitridesFrom the figure it can be seen that:• The V oc for cells with SiN x :H layers deposited with N 2 orNH 3 have the same dependence of the Si-N bond density • The maximum V oc for both material qualities is found atthe same [Si-N], viz. 1.3*1023 cm -3. The difference is that for the better quality higher V oc values are found for a broader range of [Si-N].Voc is determined by both the bulk and surface passivation. To investigate the dependence of [Si-N] on the bulk passivation the IQE at 1000 nm is shown in figure 4.Si-N bond density [*1022cm -3]I Q E (1000n m ) - I Q E (1000n m , m a x )Figure 4 IQE-IQE(max) at 1000 nm for the different mc-Si solar cells versus [Si-N]. Closed symbols: N 2 nitrides; Open symbols: NH 3 nitrides.When the wafer quality is lower (squares), V oc follows the IQE at 1000 nm indicating V oc is mainly influenced by thebulk properties of the solar cell. In the case of better wafer quality (triangles) however, the bulk properties (IQE) remain constant and smaller changes in V oc (< 5mV) are caused by differences in surface passivation; Indeed around [Si-N] = 1.3*1023 cm -3 we find the most stable surface passivation [2]. At the lowest bond densities, the drop in IQE reflects a drastic reduction in bulk passivation; this results in an additional loss in Voc of about 10 mV.3.3 DiscussionBulk, or defect, passivation of solar cells is achieved by driving hydrogen from the SiN x :H layers into the mc Si solar cells by a short thermal anneal [1]. In earlier publications on SiN x :H layers deposited with N 2, the amount of hydrogen diffusion was shown to depend on the Si-N bond density [1,2].Although the N 2 and NH 3 nitrides are formed with different deposition mechanisms, we showed that the bulk passivating properties of the two layers depend in the same way on [Si-N]. This fact can be explained by the similar H diffusion from the SiN x :H layer into the mc-silicon due to the same Si-N bond density in the layers.Layers with low [Si-N] are porous, enabling large hydrogen diffusion coefficients. During the anneal step the hydrogen will effuse into the ambient in molecular form and will not contribute to the passivation. Dense layers on the other hand, with high Si-N bond densities have very low diffusion coefficients. For too high Si-N bond densities the diffusion of the atomic hydrogen in the SiN x :H layers will be too slow, resulting in less passivation during short anneals.The Si-N bond density is found to be an important parameter for the bulk passivation of solar cells, regardless of the type of SiN x :H and regardless of the wafer quality used.4 References[1] A.W. Weeber, H.C. Rieffe, I.G. Romijn, W.C. Sinke, W.J.Soppe, Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 3-7 jan 2005, Orlando, USA[2] A.W. Weeber, H.C. Rieffe, W.C. Sinke, W.J. Soppe,Proceedings of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 7-11 june 2004, Paris, France: p1005 [3] W.J. Soppe, B.G. Duijvelaar, S.E.A. Schiermeier, A.W.Weeber, A. Steiner, F.M. Schuurmans, Proceedings of the 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 1-5 may 2000, Glasgow, Scotland[4] E. Bustarret, M. Bensouda, M.C. Habrard, J.C. Bruyere, S.Poulin, S.C. Gujrathi, Phys. Rev. B 38, 8171[5] W. J. Soppe, J. Hong, W.M.M. Kessels, M.C.M. van derSanden, W.M. Arnoldbik, H. Schlemm, C. Devilee, H. Rieffe, S.E.A. Schiermeier, J.H. Bultman, A.W. Weeber, Proceedings of the 29th IEEE Photovoltaic Specialists Conferentce, 20-24 may 2002, New Orleans, USA[6] A.J.M. van Erven, Master Thesis, Eindhoven University ofTechnology[7] W. Soppe, H.C. Rieffe, A.W. Weeber, Progress inPhotovoltaics, Research and Applications, in press5 AcknowledgementsThis work was financially supported by NovemSenter in the DEN program, and the FP6 European Crystal Clear project (EC contract SES6-CT-2003-502583)。