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在n-si,p-si上氧化锌铝薄膜的电沉积研究毕业设计论文

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材料科学与工程学院毕业论文摘要摘要本论文的实验研究则是以Zn(NO3)2.6H2O和Al（NO3）3.9H2O为原料，在恒温90℃的环境下运用电沉积法在n-Si、p-Si的表面进行氧化锌铝薄膜的沉积试验研究。

研究原料的不同配比、实验电位、实验时间这些因素对氧化锌铝薄膜的形成和沉积的影响。

因为n-Si、p-Si的成本比较昂贵，为保证此次试验研究能得出成果，本次研究先采用ITO导电玻璃作为基底，先行实验研究原料的不同配比、实验电位、实验时间这些因素对氧化锌铝薄膜的形成和沉积的影响。

优取相关因素进行实验分析氧化锌铝薄膜在n-Si、p-Si上的沉积情况。

关键词：透明导电薄膜掺铝氧化锌薄膜n-Si、p-Si 电沉积法AbstractThis thesis is experimental study of Zn(NO3)2.6H2O and Al（NO3）3.9H2O as raw materials, in constant temperature 90 ℃environment USES electricity deposition in n-Si、p-Si surface zinc oxide aluminum film deposition experimental studies. Study the different proportion, the experiment raw potential and experiment of time these factors of formation and aluminum oxide thin film deposition influence. Because n- Si、p-Si cost relatively expensive, to ensure that the experiment research, the research results could come by first conductive glass as base, ITO advance experimental study materials at different ratio, experimental potential, experimental time these factors on the formation of zinc oxide aluminum film and sedimentary influence. Optimal take correlative factors o n the experimental analysis ZAO in n-Si、p-Si on deposition.Keywords: Transparent conductive film ZAO n-Si、p-Si Electrical deposition目录摘要 (1)Abstract (2)1 前言 (5)1.1本论文研究的目的和意义 (5)2 文献综述 (6)2.1 薄膜技术的发展 (6)2.1.1 薄膜技术的发展过程 (6)2.1.2 薄膜的体系性能及应用 (7)2.2 薄膜材料的分类 (7)2.2.1 导电薄膜 (7)2.2.2 电阻薄膜 (8)2.2.3 半导体薄膜 (9)2.2.4 介质薄膜 (9)2.2.5 磁性薄膜 (10)2.2.6 压电薄膜 (11)2.2.7 热电薄膜 (11)2.2.8 超导薄膜 (12)2.3 ZAO膜与ITO膜性能比 (12)2.4 ZAO薄膜的应用 (13)2.4.1 在太阳能电池方面的应用 (13)2.4.2 在平板显示器上的应用 (13)2.4.3 在热镜方面的应用 (14)2.4.4 在电磁屏蔽方面的应用 (14)2.4.5 在气敏传感器方面的应用 (14)2.5 ZAO薄膜的制备技术 (14)2.5.1 ZAO薄膜的磁控溅射制备技术 (14)2.5.2 ZAO薄膜的CVD制备技术 (15)2.5.3 ZAO薄膜的Sol-Gel法制备技术 (15)2.5.4 ZAO薄膜的Spray法制备技术 (16)2.5.5 ZAO薄膜的电沉积法制备技术 (16)2.6 硅的材料性能 (16)2.7 硅片（n-Si、p-Si）在IC制造上的应用 (16)3 实验部分 (18)3.1 实验药品及用品 (18)3.2 实验仪器 (18)3.3 实验方法 (19)3.4 在ITO上氧化锌铝薄膜的沉积研究实验 (20)3.5 在n-Si上氧化锌铝薄膜的沉积研究实验 (23)3.6 在p-Si上氧化锌铝薄膜的沉积研究实验 (23)4实验结果与讨论 (25)4.1 在ITO上ZAO薄膜的沉积现象与分析 (25)4.2 在n-Si上ZAO薄膜的沉积现象与分析 (26)4.3 在p-Si上ZAO薄膜的沉积现象与分析 (28)4.4 实验结论 (30)4.5 n-ZnO / p-Si的半导体性能 (31)5 致谢 (32)6 参考文献 (33)1 前言1.1本论文研究的目的和意义氧化锌具有六角纤锌矿的晶体结构，是一种直接带隙的宽禁带半导体材料，室温下的带隙宽度为3.3eV，激子束缚能高达6meV。

氧化锌系薄膜具有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏性等性质，且易于与多种半导体材料实现集成化。

因此，在平面显示器、太阳能电池透明电极、压敏元件、气敏元件等光电子器件领域有着广阔的应用前景。

由于这些优异的性质，使其具有广泛的用途和许多潜在用途。

掺铝氧化锌又是对透明导电薄膜要求目前效果最好的氧化锌系薄膜。

ZAO薄膜与硅IC兼容，有利于现代器件集成化，代表着现代材料的发展方向。

是一种在高新技术领域及广泛的民用领域极具发展潜力的薄膜材料。

目前作压电薄膜已在压电传感器和声表面波器件领域进入实用化阶段。

作为极好的透明电极材料，主要用于太阳能电池。

它比目前所用的氧化铟锡(ITO)和二氧化锡透明导电薄膜来说生产成本低、无毒、稳定性高(特别是在氢等离子体中)，因而有代替ITO等材料的趋势，对促进廉价太阳能电池的发展具有重要意义。

就冶金学特点而言，由于铟是稀散贵金属元素。

主要来源是锌冶炼烟尘中富集物。

由于现在液晶显示器件等大量使用ITO 作透明电极材料，势必引起铟的不断消耗，带来铟价上涨。

而锌与铝的矿产资源丰富，价格低廉，ZAO薄膜是极具开发前景的ITO替代材料。

本论文所做的实验研究就是用电沉积法在n-Si、p-Si上做出表面的（即均匀的）透明ZAO薄膜，讨论并研究各因素给实验带来的影响。

ZAO薄膜能作为一种n型半导体。

利用它的优秀的透明导电性能与硅IC兼容，还有n-ZAO / p-Si的PN结性能等等，能在集成电路上、在硅整流器上能运用其很好的半导体性能，用于工业生产。

希望能给未来的ZAO薄膜与硅IC兼容的工业化生产和发展提供一种前瞻性的帮助和实验的依据。

2 文献综述2.1 薄膜技术的发展2.1.1 薄膜技术的发展过程薄膜的历史可以追溯到一千多年以前，距今己经过了漫长的历史。

据说，最初发明电池的阿拉伯人，己能利用他们制作的电池制取电镀金属膜。

古时候，专门电镀的贵金属薄膜大都用于装饰品。

18世纪以后才从科学或物理学的角度研究薄膜。

对薄膜进行正式的研究是从19世纪初开始的，直到19世纪中叶，电镀法、化学反应法、真空蒸镀法等相继问世，所谓固体薄膜的制造技术才逐步形成。

自20世纪70年代以来，薄膜技术得到突飞猛进的发展，无论在学术上还是在实际应用中都取得了丰硕的成果。

薄膜技术和材料己经成为当代真空技术和材料科学中最活跃的研究领域，在新技术革命中具有举足轻重的作用。

薄膜技术、薄膜材料、表面科学相结合推动了薄膜产品的全方位开发与应用。

从工艺上讲，各种新的成膜方法不断涌现，传统工艺的水平也大大提高。

传统的镀膜，已经从单一的真空蒸镀发展到包括蒸镀、离子镀、溅射镀膜、化学气相沉积、分子束外延、液相生成等在内的成膜技术，以及薄膜沉积过程监测控制、薄膜监测、薄膜应用在内的内容十分丰富的薄膜技术。

在工艺上有许多重大突破的同时，伴随有各种类型的新材料的开发、新功能的发现。

所有这些都蕴藏着极大的发展潜力，并为新的技术革命提供可靠的基础。

现在薄膜技术和薄膜材料除大量用于电子器件和大规模集成电路之外，还用于制磁性膜及磁记录介质、绝缘体、电解质膜、压电膜、光学膜、光导膜、超导膜、传感器膜、耐磨、抗蚀、滋润滑膜、装饰膜以及各种特殊需要的功能膜。

随着科学技术的发展，各种特殊用途对薄膜材料提出了各种各样的要求。

从尺寸讲，厚度从几十埃到几十微米，长度从纳米、微米级到成千上万米，有的要求样品表面尺寸稳定，有的要求严格控制厚度;从成分讲，包括金属、合金、非金属、半导体、化合物、陶瓷、塑料，有些对纯度合金的配比、化合物的组分比有严格的要求;从膜的结构讲，有多晶的、单晶的、非晶态的、超晶格的、按特定方向取向的、外延生长的;从表面形貌讲，有的对表面凹凸有极高的要求，如光导膜表面要控制在几个埃之内。

同时有的要求膜层和基体的结合十分牢固，膜层质量高，并对大型零件外形复杂的工件都能均匀涂覆等。

2.1.2 薄膜的体系性能及应用薄膜材料学作为材料科学的一个快速发展的分支，在科学技术以及国民经济的各个领域发挥着愈来愈大的作用。

利用薄膜的光学性质可制成反射涂层、减反涂层、装饰性涂层、光纪录介质、光波导等;根据薄膜的电学性质可制成绝缘薄膜、导电薄膜、半导体器件、压电器件等;根据磁学性质可制成磁记录介质;根据其化学性质可在扩散阻挡层、防氧化或防腐蚀涂层、气体或液体传感器中应用;利用其力学性能可制成耐磨涂层;利用其热学性能可制备防热涂层。

2.2 薄膜材料的分类所有固体材料都能制成薄膜型材料，而薄膜是二维的，现在工业上所用的薄膜都是极薄的，从几十纳米到微米级，因此无论是什么薄膜材料强度都很低，需要基片支撑。

薄膜和基片是不可分割的一体，薄膜在基片上生长，它们之间就会有相互作用，薄膜的一面附着在基片上，因此有附着力，并受到约束，又会产生内应力。

附着力和内应力是薄膜极为重要的固有特征。

关于材料的分类，按照其原子的化学性质来分，可分为金属材料、陶瓷材料、有机聚合物材料等。

而按其应用形态来分，则可分为块状(体状)、板状、线状和膜状等类型的材料。

在膜状材料中，又可分为薄膜材料和厚膜材料。

薄膜材料与当代的许多先进科学技术密切相关，所以它的发展非常迅速、应用越来越广泛。

2.2.1 导电薄膜导电薄膜在半导体集成电路和混合集成电路中应用十分广泛，它可用作薄膜电阻器的接触端、薄膜电容器的上下电极、薄膜电感器的导电带和引出端头，也可用作薄膜微带线、元器件之间的互连线，外贴元件和外引线的焊区，以及用于形成肖特基结和构成阻挡层等。

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P型氧化锌薄膜的结构及其制备

P型氧化锌薄膜的结构及其制备

P型氧化锌薄膜的结构及其制备摘要:氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(3.37eV)II-VI族化合物半导体材料，具有较大的激子束缚能(60meV)，具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、表面声波元件以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。

ZnO薄膜的制备方法多样，各具优缺点。

本文综述了ZnO薄膜的制备及性质特征，并对其发展趋势及前景进行了探讨。

关键词：ZnO薄膜；制备；发展前景1ZnO结构ZnO有三种晶体结构，分别是立方NaCl，闪锌矿和六角纤锌矿构，如图1所示，在常温常压下，ZnO的热稳定相为六方纤锌矿结构[5]，具有六方对称性。

纤锌矿ZnO的晶格常数是a=3.2498 Å，C=5.2066 Å。

在C轴方向上，Zn原子与02原子的间距为0.196nm，在其他三个方向上为0.198nm。

ZnO的结构可简单地描述为由Zn原子面和O原子面沿C轴交替排列而成，其中Zn和O原子为相互四面体配位，从而Zn 和0在位置上是等价的。

这种排列导致ZnO具有一个Zn极化面和一个O极化面，这种C面的极化分布使得两个面具有不同的性质，导致该结构缺乏对称中心。

另外，ZnO的纤锌矿结构相当于0原子构成简单六方密堆积，Zn原子填塞于半数的四面体隙中。

图1 ZnO的晶体结构：（a）立方NaCl结构（b）闪锌矿结构（c）六角纤锌矿结构2.p型ZnO薄膜的制备方法2.1分子束外延技术（MBE）分子束外延(MBE)是一种真空蒸发技术,把原材料通过加热转化为气态,然后在真空中膨胀,再在衬底上凝结,进行外延生长。

典型的MBE设备由束源炉、样品台和加热器、控制系统、超高真空系统(包括真空生长室和机械泵、分子泵、离子泵、升华泵等, 真空度可达到1×10- 8 Pa以上)和检测分析系统(高能电子衍射仪、离子溅射枪、俄歇分析仪和四极质谱仪等)组成。

TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究　

TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究　

第53卷第5期2024年5月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.53㊀No.5May,2024TOPCon 太阳电池单面沉积Poly-Si 的工艺研究代同光,谭㊀新,宋志成,郭永刚,袁雅静,倪玉凤,汪㊀梁(青海黄河上游水电开发有限责任公司西安太阳能电力分公司,西安㊀710100)摘要:目前隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池制造技术越来越成熟,所耗成本不断降低㊂行业内普遍采用低压化学气相沉积(LPCVD)方式进行双面沉积或单面沉积㊂单面沉积存在Poly-Si 绕镀问题,严重影响电池片转化效率和外观质量,同时正面绕镀层去除难度较大,在用碱溶液去除绕镀层的同时,存在绕镀层去除不彻底或者非绕镀区域P +层被腐蚀的风险,导致P +发射极受损,严重影响电池片外观质量与性能㊂双面沉积可避免上述问题,但产能减少一半,制造成本增加㊂本文对单面沉积Poly-Si 工艺及绕镀层去除工艺进行研究,在TOPCon 电池正面及背面制作了一层合适厚度的氧化层掩膜,搭配合适的清洗工艺㊁去绕镀清洗工艺,既可有效地去除P +层绕镀的Poly-Si,也可很好地保护正面P +层及背面掺杂Poly-Si 层不受破坏,同时可大幅提升产能㊂关键词:TOPCon 太阳电池;Poly-Si 绕镀层;低压化学气相沉积;BSG;PSG;腐蚀速率中图分类号:TM914.4;TB43㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2024)05-0818-06Single-Sided Deposition of Poly-Si in TOPCon Solar CellsDAI Tongguang ,TAN Xin ,SONG Zhicheng ,GUO Yonggang ,YUAN Yajing ,NI Yufeng ,WANG Liang (Xi an Solar Power Branch,QingHai Huanghe Hydropower Development Co.,Ltd.,Xi an 710100,China)Abstract :At present,the technology of tunnel oxide passivated contact (TOPCon)solar cells is becoming more and more mature,and the manufacturing cost is decreasing.TOPCon cell technology has been applied in the process of manufacture.Low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD)is widely used in the industry for double-sided deposition or single-sided deposition.Single-sided deposition has the problem of Poly-Si winding coating,which seriously affects the efficiency and appearance quality of solar cells.It is difficult to remove the winding coating on the front side.While removing the winding coating in alkali solution,there is a risk of incomplete removal of the winding coating or corrosion risk of P +layer in non-winding plating area.As a result,the P +emitter is damaged,which seriously affects the appearance quality and performance of solar cells.Double-sided deposition can avoid the above risks,but the production capacity will be reduced by half,the manufacturing cost will increase.In this paper,the single-sided deposition of Poly-Si process and the removal process of the winding coating were studied.A layer of oxide coating with appropriate thickness is made on the front and back of TOPCon solar cells.With appropriate cleaning process and unwinding plating cleaning process,the Poly-Si winding coated with P +layer can be effectively removed,and the front P +layer and the doped Poly-Si layer on the back can be well protected from damage,and the production capacity can be greatly improved.Key words :TOPCon solar cell;Poly-Si winding coating;low pressure chemical vapor deposition;BSG;PSG;corrosion rate ㊀㊀收稿日期:2023-09-11㊀㊀作者简介:代同光(1986 ),男,山东省人,工程师㊂E-mail:tg334334@0㊀引㊀㊀言近年来,为应对能源危机和日益严重的环境问题,各国都在大力发展新能源,太阳能光伏发电技术因具有高效㊁清洁㊁取之不尽等优点,越来越受到国际能源产业的青睐㊂目前产业上应用最广泛的太阳能电池为传统晶硅电池,主要是以P 型单晶硅为衬底的钝化发射极背接触太阳电池(passivated emitterand rear cell,PERC)为主,但受P 型硅材料质量和器件结构设计的限制,其光电转化效率很难提高到23%以上[1]㊂而以N 型单晶硅片为衬底的N 型电池片,具有少子寿命高㊁对金属污染容忍度高㊁光致衰减低等㊀第5期代同光等:TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究819㊀优点,可用于制备双面电池,提高了太阳能电池系统的发电量,所以N型技术替代P型技术已成为光伏行业发展的趋势㊂在现有的N型电池中,隧穿氧化层钝化接触(tunnel oxide passivated contact,TOPCon)电池的隧穿氧化层和非晶硅层的沉积为硅片的背面提供了良好的表面钝化,提升了电池的开路电压和短路电流[2],TOPCon 电池具有工艺流程简单㊁效率提升空间大等优点,已被广泛应用于N型高效太阳能电池量产㊂TOPCon电池核心结构由SiO2隧穿氧化层和磷掺杂的多晶硅层组成,目前行业内TOPCon电池的制备方式主要为低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)法[3]㊁等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)法和溅射法,其中LPCVD技术制备的多晶硅膜层在片内及片间呈现较好的均匀性,电池端良率较高,工艺时间相对较短,生产效率高,同时LPCVD设备具有产能大㊁易于维护等优势,因此,LPCVD技术是目前TOPCon电池厂商布局的主流技术路线[4]㊂该技术采用LPCVD方式进行双面沉积或单面沉积,工艺的基本原理是将一种或数种气态物质,在较低压力下,用热能激活,使气态物质发生热分解或化学反应,沉积在衬底表面形成所需的薄膜㊂本征Poly-Si层的沉积主要应用硅烷的热分解来完成,在580~620ħ高温下,通入一定流量的硅烷,并将压力控制在一定范围内,硅烷热分解后在硅片表面沉积一定厚度的Poly-Si,化学反应式为SiH4ңSiˌ+2H2ʏ(1)其中单面沉积产能大但容易导致硅片正面边缘被绕镀Poly-Si(简称绕镀层),该绕镀层的存在影响电池正面对光的吸收,进而影响电池光电转换效率[5]㊂研究发现,与HF/HNO3酸刻蚀处理电池表面多晶硅绕镀相比,采用KOH碱刻蚀方法所处理的电池样品,在电池漏电流方面更具有优势[6],所以目前行业内普遍采用碱刻蚀去除绕镀层㊂但是碱溶液对前表面的腐蚀是全面的,也就导致前表面非绕镀区域也会受到影响,在去除绕镀层的同时,存在正面绕镀层去除不彻底或者非绕镀区域P+发射极被腐蚀的风险,严重影响电池片外观质量和性能㊂双面沉积可避免上述问题,但产能将减少一半,制造成本增加㊂为了保证单面沉积后电池的P+发射极在碱刻蚀过程中不被损坏,需要在P+发射极表面制备一层掩膜㊂本工作采用硼扩散时产生的硼硅玻璃(borosilicate glass,BSG)作为电池P+发射极掩膜,优点有:不增加新的生产设备,减少了电池制备成本;可通过调节硼扩散工艺实现P+发射极与BSG掩膜的共同制备,减少了电池制备流程,并避免样品转移过程带来的污染[6]㊂根据TOPCon电池工艺流程,在LPCVD后须对后表面进行磷掺杂㊂研究人员采用三氯氧磷热分解沉积方式进行磷掺杂,反应过程中生成的磷硅玻璃(phosphosilicon glass,PSG)被绕镀至硅片前表面,且绕镀的PSG厚度并不均匀,PSG的存在将影响Poly-Si绕镀层的去除,需要在去绕度工序前用HF 酸溶液去除㊂之前的研究人员通过实验发现,不同厚度的PSG叠加BSG,在HF酸溶液内的腐蚀速率不一致,进而影响前表面掩膜对P+发射极的保护作用㊂本文对单面沉积Poly-Si工艺及绕镀层去除工艺进行研究,通过在TOPCon电池正面及背面制备一层适宜厚度的氧化层掩膜,搭配刻蚀及去绕镀工序适宜浓度的清洗工艺,既可有效地去除P+层绕镀,也可很好地保护正面P+层及背面掺杂Poly-Si层不受破坏,解决Poly-Si绕镀层问题的同时,提高LPCVD产能㊂1㊀实㊀㊀验1.1㊀LPCVD单㊁双面Poly-Si沉积工艺对TOPCon电池外观及性能影响的实验在本公司TOPCon工艺产线其他工序工艺保持不变的条件下,LPCVD分别采用单插㊁双插方式制作电池,Poly-Si厚度120nm,对比LPCVD单㊁双面Poly-Si沉积时硅片前表面膜层结构的差异及LPCVD工艺后外观差异㊂1.2㊀LPCVD单㊁双面Poly-Si沉积时氧化层厚度对半成品外观影响的实验LPCVD采用单㊁双插方式制作电池半成品样片,在硼扩散㊁磷扩散工艺过程中,通过调整氧化压力,在硅片表面生长不同厚度的BSG㊁PSG,其他工序工艺保持不变,镀正面氮化硅后目测统计外观异常比例,实验设计如表1所示㊂820㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷表1㊀不同氧化层厚度对单、双面Poly-Si 沉积TOPCon 太阳电池外观影响实验方案Table 1㊀Experimental scheme of effect of different oxide layer thickness on the appearance of single-sided anddouble-sided Poly-Si deposited TOPCon solar cellsLPCVDGroup Count Thickness of BSG /nm Thickness of PSG /nm G1-14008030Single-sideG1-240010040G1-340012050G2-14008030Double-side G2-240010040G2-3400120501.3㊀HF 酸溶液对不同厚度氧化层腐蚀速率影响的实验在上述实验硼扩散㊁磷扩散工艺过程中,同步使用碱抛光片在表面制备不同厚度的BSG㊁PSG㊁BSG +PSG,对比其在刻蚀HF 酸溶液内的腐蚀速率差异,实验设计如表2所示㊂表2㊀不同厚度氧化层在HF 酸内腐蚀速率实验方案Table 2㊀Experimental scheme of corrosion rate comparison in HF acid for different oxide layer thicknessOxide layer Thickness /nm Concentration of HF /%Time /s BSG 80 1.5120PSG 50 1.512080+30 1.5120BSG +PSG80+40 1.512080+50 1.51201.4㊀Poly-Si 厚度及绕镀面积对单面Poly-Si 沉积TOPCon 电池外观影响的实验LPCVD 采用双插方式制作电池半成品样片,通过调整LPCVD 沉积时间得到不同厚度的Poly-Si,其他工序工艺保持不变,镀膜后统计外观异常比例㊂1.5㊀实验过程实验材料:N 型金刚线切割硅片制绒后半成品若干㊁N 型金刚线切割硅片抛光片若干㊁HF 酸溶液㊂图1㊀TOPCon 电池制备工艺路径Fig.1㊀Preparation process path of TOPCon cells 实验设备及仪器:深圳捷佳创湿法槽式清洗设备㊁深圳捷佳创低压扩散设备㊁普乐LPCVD㊁RENA InOxSide 链式刻蚀机㊁深圳捷佳创管式镀膜设备㊁Syscos COSE PV4.0光谱椭偏仪㊂实验方法:取N 型金刚线切割硅片制绒后半成品若干,使用深圳捷佳创低压扩散设备进行硼扩散工艺,通过调整氧化压力制备不同厚度的BSG,硼扩后的样品按实验组进行分类,经RENA链式刻蚀机清洗背表面及侧边横截面的BSG 后,浸没在捷佳创湿法槽式设备NaOH 刻蚀槽中对背表面进行抛光,再使用普乐LPCVD 设备进行单㊁双面Poly-Si 沉积,之后在深圳捷佳创低压扩散设备进行磷扩散工艺,通过调整氧化压力制备不同厚度的PSG,后流转至去PSG 工序,使用RENA 链式刻蚀机清洗前表面绕镀Poly-Si 上层绕扩PSG,进一步在去绕镀清洗工序使用深圳捷佳创湿法槽式NaOH 刻蚀溶液去除绕镀Poly-Si,最后使用深圳捷佳创管式镀膜设备对硅片前表面镀氮化硅膜,实验结束后全检外观,统计半成品外观情况㊂上述硼扩散㊁磷扩散过程中,同步使用NaOH 碱刻蚀抛光后的硅片作为氧化层厚度监控片,并随样品进行流转,用于去PSG 工序监控氧化层厚度变化㊂实验样品制作工艺流程如图1所示㊂㊀第5期代同光等:TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究821㊀2㊀结果与讨论2.1㊀LPCVD单、双面Poly-Si沉积工艺对TOPCon电池结构及外观的影响当LPCVD采用双面沉积(单槽单插)时,硅片正表面㊁背面均沉积厚度一致的Poly-Si,硅片前表面颜色均匀㊂采用单面沉积(单槽双插)时,硅片背面沉积厚度一致的Poly-Si,硅片正面绕镀厚度不一致的Poly-Si,根据前表面外观颜色可以看出,从硅片边缘到中心,绕扩的多晶硅厚度呈递减趋势,单双面沉积P+层绕镀结构对比如图2所示㊂LPCVD工艺前和工艺后半成品前表面外观如图3所示㊂图2㊀LPCVD单面与双面结构图Fig.2㊀Structure of single-sided and double-sided by LPCVD图3㊀LPCVD单面与双面P+层外观Fig.3㊀P+layer appearance of single-sided and double-sided by LPCVD2.2㊀LPCVD单面Poly-Si沉积时氧化层厚度对半成品外观影响经实验数据分析(见表3)可知,LPCVD采用双面沉积时,样品镀膜后外观无异常㊂LPCVD采用单面沉积时,当硼扩散BSG厚度小于80nm时,在BOE去绕镀时不足以保护P+层,导致部分区域被腐蚀抛光;当BSG厚度大于100nm时,抛光现象消除;当PSG厚度大于40nm时,在BOE去绕镀时P+层局部被过度腐蚀导致外观发白的比例最高;当PSG厚度小于40nm时,发白比例随PSG厚度减小而递减㊂外观正常及异常图片如图4所示㊂表3㊀LPCVD单面与双面匹配不同厚度氧化层的外观数据Table3㊀Appearance data of single-sided and double-sided by LPCVD matching with different oxide layer thickness LPCVD Group Proportion of polishing/%Proportion of whiten/%G1-110 Single-side G1-200.5G1-30 1.5G2-100 Double-side G2-200G2-3002.3㊀HF酸溶液对不同掺杂氧化层腐蚀速率的影响HF酸对不同厚度氧化层腐蚀能力数据如图5所示㊂从图中可以看出,不同氧化层在同一浓度HF酸溶液内的腐蚀速率为:V BSG<V PSG<V BSG+PSG㊂在腐蚀BSG+PSG叠层掩膜时,随着PSG厚度的增加,腐蚀速率将增大,而在磷扩工艺过程中,P+层绕镀的PSG厚度是不一致的,这将导致刻蚀在去除P+层PSG绕镀时,腐822㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷蚀速率不一致,部分区域剩余掩膜较薄,在去绕镀时被腐蚀,被腐蚀区域比表面积变小,在镀氮化硅膜时,同一条件下,反应气体流量相同,比表面积大的区域沉积的氮化硅厚度越小,而比表面积小的区域则反之[7],导致被腐蚀区域膜厚异常,外观呈发白状,所以在选择磷扩散工艺时,要尽量降低P +层绕扩的PSG 厚度,以降低BSG +PSG 叠层掩膜在刻蚀的腐蚀速率差异㊂图4㊀LPCVD 单面经去绕镀㊁镀膜后的外观Fig.4㊀Appearance after dewinding and coating of single-side by LPCVD图5㊀HF 酸对不同厚度氧化层腐蚀能力数据Fig.5㊀Etching ability data of HF acid to different oxide layers thickness 2.4㊀改进效果评估综上所述,通过在TOPCon 电池前表面制备适宜厚度的BSG 掩膜,同时控制PSG 厚度,可有效解决单面Poly-Si 沉积导致的外观异常,同步制作两组改进前和改进后的电池片进行对比,统计前表面外观异常比例和电性能参数,评估改进效果,实验条件及结果如表4所示㊂实验结果显示,改进前外观抛光比例1.2%,外观发白比例1.8%,改进后外观无明显异常㊂改进前外观异常区域PN 结被腐蚀破坏,难以产生光生伏特效应,导致转化效率损失,改进后外观无异常,电池性能显著提升㊂表4㊀不同厚度氧化绕镀层对单面Poly-Si 沉积TOPCon 太阳电池外观及电性能影响Table 4㊀Effects of different oxide layer thickness on the appearance and electrical properties of TOPCon solar cells deposited by single-sided Poly-SiGroup Count Thickness of BSG /nm Thickness of PSG /nm U oc /V I sc /AR s /ΩR sh /ΩFF /%NCell /%Proportion of polishing /%Proportion of whiten /%Baseline 40080500.706513.69140.0009460282.6624.27 1.2 1.8Improvement 400100300.707413.69950.0008466582.7824.32003㊀结㊀㊀论1)在TOPCon 工艺过程中,LPCVD 采用单面Poly-Si 沉积时,前表面非绕镀区域在清洗去绕镀时容易被腐蚀,导致电池片外观异常㊁效率损失㊂㊀第5期代同光等:TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究823㊀2)氧化层厚度对TOPCon电池外观起着至关重要的作用,当硼扩散BSG厚度小于一定量时,在BOE去绕镀时不足以保护P+层,导致部分区域被腐蚀抛光;PSG厚度大于一定厚度时,在BOE去绕镀时P+层局部易被过度腐蚀导致发白㊂3)各掺杂氧化层在刻蚀HF酸溶液内的腐蚀速率为:V BSG<V PSG<V BSG+PSG㊂在腐蚀BSG+PSG叠层掩膜时,随着PSG厚度的增加,腐蚀速率将增大㊂4)通过在TOPCon电池正面制备一层适宜厚度的氧化层掩膜,搭配刻蚀及去绕镀工序化学品1.5%浓度的清洗工艺,即可有效地去除P+层绕镀的Poly-Si,也可很好地保护正面P+层不受破坏,解决单面沉积Poly-Si 外观异常的同时,提高LPCVD产能㊂参考文献[1]㊀张㊀志.隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)太阳电池的研究[D].昆明:昆明理工大学,2019.ZHANG Z.Research on tunneling oxide passivation contact(TOPCon)solar cells[D].Kunming:Kunming University of Science and Technology,2019(in Chinese).[2]㊀肖友鹏,李桂金.硅太阳电池钝化载流子选择性接触概念与现状[J].电源技术,2019,43(11):1897-1900.XIAO Y P,LI G J.Concept and present situation of passive carrier selective exposure in silicon solar cells[J].Chinese Journal of Power Sources,2019,43(11):1897-1900(in Chinese).[3]㊀SACHS E,PRUEGER G,GUERRIERI R.An equipment model for polysilicon LPCVD[J].IEEE Transactions on SemiconductorManufacturing,1992,5(1):3-13.[4]㊀王举亮,贾永军.LPCVD法制备TOPCon太阳能电池工艺研究[J].人工晶体学报,2023,52(1):149-154.WANG J L,JIA Y J.Preparation of TOPCon solar cells by LPCVD method[J].Journal of Synthetic Crystals,2023,52(1):149-154(in Chinese).[5]㊀张㊀婷,刘大伟,宋志成,等.多晶硅绕镀层的去除工艺研究[J].人工晶体学报,2020,49(9):1641-1645.ZHANG T,LIU D W,SONG Z C,et al.Research on surround coating removal technology for polysilicon[J].Journal of Synthetic Crystals, 2020,49(9):1641-1645(in Chinese).[6]㊀周㊀颖.n型隧穿氧化层钝化接触太阳电池的量产关键问题研究[D].大连:大连理工大学,2021.ZHOU Y.Study on key Issues in mass production of N-type tunneling oxide passivation contact solar cells[D].Dalian:Dalian University of Technology,2021(in Chinese).[7]㊀涂宏波,马㊀超,王学林,等.晶硅太阳电池氮化硅膜产生色差的影响因素研究[J].化工中间体,2013,10(5):37-41.TU H B,MA C,WANG X L,et al.The inluence factors causing color diference of silicon nitride film of crystalline silicon solar cell[J].Chemical Intermediates,2013,10(5):37-41(in Chinese).。

《稀土掺杂TiN薄膜的制备及性能调控》范文

《稀土掺杂TiN薄膜的制备及性能调控》范文

《稀土掺杂TiN薄膜的制备及性能调控》篇一一、引言稀土掺杂TiN薄膜因其独特的物理和化学性质，近年来在微电子、光电子及磁学等众多领域受到了广泛的关注。

这种材料具备优良的导电性、热稳定性和光吸收特性，因此对于稀土掺杂TiN薄膜的制备工艺及性能调控方法的研究具有重大的理论和实际应用价值。

本文旨在研究稀土掺杂TiN薄膜的制备过程以及性能调控技术，并深入分析其相关特性。

二、实验原理TiN是一种稳定的陶瓷材料，具备较高的硬度和优良的导电性。

稀土元素（如镧、铈、钇等）具有特殊的电子结构和磁学性质，其掺杂可以有效改变TiN薄膜的物理和化学性质。

在制备过程中，我们主要利用磁控溅射、溶胶-凝胶或脉冲激光沉积等工艺制备出稀土掺杂的TiN薄膜。

三、实验材料及方法（一）材料准备实验所需的主要材料包括钛靶材、稀土氧化物以及基底材料（如硅片或玻璃）。

所有材料均需进行严格的清洗和预处理，以确保薄膜的质量和性能。

（二）制备工艺我们采用磁控溅射法进行薄膜的制备。

首先，将钛靶材放置在溅射设备中，并在真空中对钛靶材进行预溅射，以清洁表面。

然后，通过调节气氛中的氮气和氩气的比例，利用等离子体将氮离子和氩离子一起溅射到基底上，形成TiN薄膜。

在溅射过程中，通过控制稀土氧化物的掺杂量，可以制备出不同稀土含量的TiN 薄膜。

四、性能调控（一）稀土掺杂量的调控通过改变稀土氧化物的掺杂量，可以有效地调控TiN薄膜的导电性、光学性质和磁学性质。

适量的稀土掺杂可以显著提高薄膜的导电性和光学吸收性能，而过度掺杂则可能导致薄膜的性能下降。

因此，在制备过程中需要精确控制稀土掺杂量。

（二）热处理工艺的优化热处理是提高TiN薄膜性能的重要手段。

通过在适当的温度下对薄膜进行热处理，可以改善其结晶性、减少内部应力并提高薄膜与基底的附着力。

此外，热处理还可以改变稀土元素在薄膜中的分布和价态，从而进一步影响薄膜的性能。

五、性能分析（一）结构分析通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等手段对TiN薄膜的结构进行分析，可以了解其晶体结构、晶粒大小和表面形貌等信息。

ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究

ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究

其次，我们研究了溅射功率对ＺｎＯ薄膜结构和光学性质的影响。通过Ｘ射 线衍射分析了ＺｎＯ薄膜的结构和结晶情况，结果表明，溅射功率分别为１００Ｗ、 １２０Ｗ和１５０Ｗ条件下制备的ＺｎＯ薄膜均为ｃ轴择优取向，增大溅射功率，有 利于提高薄膜的结晶质量。应用原子力显微镜研究了薄膜的表面形貌，分析了
山东建筑大学硕士学位论文
关键词：ＺｎＯ薄膜，射频磁控溅射，光波导，Ｘ一射线衍射，ｃ轴取向
山东建筑大学硕士学位论文
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＺｎＯ Ｆｉｌｍｓ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ＩＩ－ＩＶ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ ｗｉｄｅ ｄｉｒｅｃｔ ｂａｎｄ ｇａｐ ｏｆ ３．３ｅＶ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ａ ｌａｒｇｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｂｉｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｙ ｏｆ ６０ｍｅＶ．ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ ｐｌａｎａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，ｅｔｃ，ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｉｎ ｓｈｏｒｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ，