Технологии обработки

Производство кремниевых солнечных элементов начинается с равномерно легированных бором подложек, которые становятся базой p-типа. Эммитер, тонкий слой n-типа, формируют на поверхности с помощью легирования фосфором (см. страницу «Легирование»).

Твердотельная диффузия. Нагревание подложки до высокой температуры в атмосфере, содержащей легирующие атомы, приводит к тому, что некоторые из них внедряются в верхние слои кристалла.

1. Атмосфера в печи содержит атомы легирующей примеси. Обычно это либо фосфор либо бор. При комнатной температуре они не могут диффундировать в кристалл кремния.
2. При нагревании подложки (более 800 градусов) некоторые легирующие атомы диффундируют в решетку кремния. Диффузия проходит очень медленно. Большинство атомов сконцентрировано около поверхности. Перед тем, как перейти к следующему слайду, подождите, пока значительное число легирующих атомов диффундирует в кремний.
3. Чтобы подложка была легирована не очень сильно, а переход залегал глубже от поверхности, атомы примеси удаляются из атмосферы печи и температура подложки увеличивается. При этом атомы примеси распределяются равномерно по всему объему.

где j — плотность потока (см-2), D — коэффициент диффузии (cм2 с-1), N — концентрация (cm-3), x — расстояние (см).

Сечение можно рассчитать для некоторых предельных случаев. Реальную диффузию часто можно описать моделью бесконечного источника. Эта модель справедлива для описания типичного производственного процесса, когда подложка кремния нагревается в присутствии насыщенного газообразного фофора, затем источник закрывается и атомы фосфора распределяются по всему объему подложки.

где N0 концентрация примеси на поверхности (см-3), D — коэффициент диффузии (cм2 с −1 ), x — глубина (см) и t — время (сек). Простую модель одноступенчатой диффузии можно использовать при отсутствии пассивации поверхности.

где Q0 — поверхностная концентрация осажденных атомов, D — коэффициент диффузии, x — глубина, t — время.

Чтобы учесть эффекты второго порядка малости, вызывающие отклонения от этого распределения (Hu), проводится компьютерное моделирование.

Результирующее распределение фосфора после осаздения и последующего перераспределения при высокой температуре. Модель предполагает, что температуре перераспределения выше температуры осаждения. Вычисления являются приближенными и не учитывают эффектов второго порядка, такие как «калышки».