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摘要：本文研究了單晶硅片不同的基體電阻率，對擴散后方塊電阻、表面濃度和結(jié)深的影響，采用四探針測試法測定了發(fā)射極的方塊電阻，結(jié)果顯示基體電阻率越高，擴散后的方阻越高，采用電化學電壓電容（ECV）測量方法測量了發(fā)射極表面濃度與結(jié)深的變化， ECV測量的結(jié)果表明了電阻率高的硅片擴散后表面濃度低、結(jié)深越小，是擴散后方阻高的原因，這些結(jié)果對太陽能電池生產(chǎn)的擴散工藝有一定的指導意義。 

引言：目前，在國際環(huán)境和能源問題日趨嚴重的大背景下，新型無污染的新能源得到的快速的發(fā)展，而太陽能電池能夠?qū)⑻柲苤苯愚D(zhuǎn)化成電能得到了大力的發(fā)展，到目前為止，晶體硅太陽能電池仍占據(jù)著整個太陽能電池的主要市場[1-3]。然而到目前為止使用太陽能電池的成本依然較高，雖然成本每年都在降低。降低太陽能電池發(fā)電的生產(chǎn)成本和提高其轉(zhuǎn)換效率一直是研究的熱點[4]。

擴散形成p-n結(jié)實太陽能生產(chǎn)中的重要的環(huán)節(jié)，p-n結(jié)是整個太陽能電池的心臟部分，通過改變擴散生產(chǎn)工藝，來提高太陽能電池性能的研究有很多。李等通過改變擴散的時間和溫度來改變多晶硅擴散的電阻在發(fā)現(xiàn)，當方阻小于70Ω/sq的時候，電池效率隨著方阻的增加而增加，當大于70Ω/sq的時候隨著方阻的增加而減小[ 5 ]。

Betezen等從實驗中得出，降低溫度和延長擴散時間有利于硅片的吸雜作用[6]。豆等通過改變多晶硅中氣體流量的大小與RIE制絨工藝進行匹配，在方阻為80Ω/sq的情況下得到了轉(zhuǎn)換效率為17 . 5%的太陽能電池，比相應(yīng)的酸制絨效率提高了0.5%[7]。

在一些重參雜的研究中發(fā)現(xiàn)，重參雜會增加發(fā)射極載流子的復合速率[8-9]。上述的研究表明了擴散方阻對電池最終的轉(zhuǎn)換效率有重要的影響，這些結(jié)果對生產(chǎn)中擴散工藝都具有重要的知道意義。然而，上述的研究，都是通過改變擴散的時間或者源流量的大小來改變擴散后方阻的大小。到目前為止，對不同電阻率硅片擴散后方阻的研究還比較少。

擴散層質(zhì)量是個關(guān)鍵問題。質(zhì)量的要求，主要體現(xiàn)在擴散的深度（結(jié)深），擴散層的表面雜質(zhì)濃度等方面。結(jié)深是在硅片中摻入不同導電類型的雜質(zhì)時，在距離硅片表面xj的地方，摻入的雜質(zhì)濃度與硅片的本體雜質(zhì)濃度相等，即在這一位置形成了pn結(jié)。表面濃度（Nx）是做完擴散后在硅片表面的擴散層中的雜質(zhì)含量，擴散結(jié)深用（Xj）表示。

電化學C-V是當前測量半導體載流子濃度分布的非常重要的方法。在在硅半導體中ECV的應(yīng)用也越來越廣泛，逐漸成為光伏行業(yè)電池技術(shù)研究和發(fā)展的必要工具之一。

ECV測量是利用合適的電解液既可以作為肖特基接觸的電極測量C-V特性，又可以進行電化學腐蝕，因此可以層層剝離測量電激活雜質(zhì)的濃度分度，剖面深度不受反向擊穿的限制，并可以測量pn結(jié)。

針對與此，該工作采用不同電阻率硅片進行實驗，得到了擴散后不同擴散方阻的硅片，并對擴散硅片的表面濃度和結(jié)深進行了研究。

1、實驗方法

實驗采用本研究采用電阻率為2.15、3 . 1 4 、3 . 8 4 、4 . 4 7 Ω · c m 4 組1 5 6 ×156mm單晶硅片，厚度為200μｍ。每組取5片進行實驗。

擴散采用七星華創(chuàng)設(shè)備來進行。擴散工藝分別采用恒定源擴散和限定源擴散。恒定源表面擴散是硅片表面雜質(zhì)濃度始終不變，它與時間無關(guān)，只與擴散的雜質(zhì)和擴散的溫度有關(guān)。硅片內(nèi)部的雜質(zhì)濃度則隨時間增加而增加隨距離增加而減少。限定源表面擴散是在整個擴散過程中，硅片內(nèi)的雜質(zhì)總量保持不變，沒有外來雜質(zhì)補充，只依靠擴散前在硅片表面上已淀積的那一薄層內(nèi)有限數(shù)量的雜質(zhì)原子，向硅片體內(nèi)擴散。隨著擴散時間的增長，表面雜質(zhì)濃度不斷下降，并不斷地向內(nèi)部推進擴散，這時表面雜質(zhì)深度都發(fā)生了變化。

擴散后采用美國4D公司的四探針方塊電阻測試設(shè)備(型號280SI)對方塊電阻進行測量，使用德國半導體技術(shù)研究所研制的電化學電容電壓分析設(shè)備(型號ECV CVP21)進行表面濃度和發(fā)射極結(jié)深的測量。

2、ECV測試原理


ECV利用電解液氟化銨形成勢壘并對半導體加以正向偏壓（p型）或反向偏壓（n型并加以光照）進行表面腐蝕去除已經(jīng)電解的材料，通過自動裝置重復“腐蝕-測量”循環(huán)得到測量曲線，然后利用法拉第定律，對腐蝕電流進行積分就可以連續(xù)得到腐蝕深度。盡管這種方法是破壞性的，但是理論上它的測量深度是無限的。

ECV測試分為2步：首先是測量電解液/半導體界面形成肖特基勢壘的微分電容來得到載流子濃度，然后利用陽極電化學溶解反應(yīng)，按照設(shè)定的速率去除測量處的樣品。設(shè)備測量示意如圖1所示。