第3章 扩散(电子科大mems课件)
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扩散工艺培训第一章 扩散原理简介1.1 什么是扩散?扩散的作用是什么?有哪些机制?扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程。
由于热运动,把原子从一个位置输运到另一个位置,使基体原子与杂质原子不断地相互混合,从而改变基片表面层的导电类型。
扩散是常规硅太阳电池工艺中,形成PN 结的主要方法。
替位式扩散机构:这种杂质原子或离子大小与Si 原子大小差别不大,它沿着硅晶体内晶格空位跳跃前进扩散,杂质原子扩散时占据晶格格点的正常位置,不改变原来硅材料的晶体结构。
硼、磷、砷等是此种方式。
图 1-1 替位式扩散示意图填隙式扩散机构:这种杂质原子大小与Si 原子大小差别较大,杂质原子进入硅晶体后,不占据晶格格点的正常位置,而是从一个硅原子间隙到另一个硅原子间隙逐次跳跃前进。
镍、铁等重金属元素等是此种方式。
图1-2 填隙式扩散示意图 1.2 硅太阳电池主要的扩散杂质源:硅太阳电池所用的主要的扩散杂质源有气态源、液态源、固态源等。
气态源-磷化氢PH3 Si 原子杂质原子杂质原子 Si 原子 晶格空位磷化氢是无色、易燃、有剧毒的气体。
考虑到安全问题没有在硅太阳电池的扩散中被使用。
固态源-五氧化二磷P2O5P2O5为固体,有很强的吸水性,作为杂质源操作在使用和保存时保持一定的状态是不可能的,用来扩散重复性差。
液态源-三氯氧磷POCL3POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源,它是无色透明液体,具有刺激性气味。
如果纯度不高则呈红黄色。
其比重为1.67,熔点2℃,沸点107℃,在潮湿空气中发烟。
POCl3很容易发生水解,POCl3极易挥发,高温下蒸汽压很高。
为了保持蒸汽压的稳定,通常是把源瓶放在20℃的恒温箱中。
POCL3有巨毒,换源时应在抽风厨内进行,且不要在尚未倒掉旧源时就用水冲,这样易引起源瓶炸裂。
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 = 3PCl5 + P2O5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 + 4P↓由上面反应式可以看出,POCl3热分解时,如果没有外来的氧(O2)参与其分解是不充分的,生成的PCl5是不易分解的,并且对硅有腐蚀作用,破坏硅片的表面状态。