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1、SiNx:H减反射膜 和PECVD技术,2,目录,SiNx:H简介 SiNx:H在太阳电池中的应用 PECVD原理 光学特性和钝化技术 系统结构及安全事项,3,SiNx:H简介,正常的SiNx的Si/N之比为0.75，即Si3N4。但是PECVD沉积氮化硅的化学计量比会随工艺不同而变化，Si/N变化的范围在0.75-2左右。除了Si和N，PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子，即SixNyHz或SiNx:H。,4,SiNx:H简介,物理性质和化学性质： 结构致密，硬度大 能抵御碱金属离子的侵蚀 介电强度高 耐湿性好 耐一般的酸碱，除HF和热H3PO4,5,SiNx:H简介,Si/N比对S
2、iNx薄膜性质的影响 电阻率随x增加而降低 折射率n随x增加而增加 腐蚀速率随密度增加而降低,6,SiNx在太阳电池中的应用,自从1981年（Hezel），SiNx开始应用于晶体硅太阳电池： * 减反射膜 * 钝化薄膜（n+发射极）,7,SiNx在太阳电池中的应用,SiNx的优点： 优良的表面钝化效果 高效的光学减反射性能（厚度和折射率匹配） 低温工艺（有效降低成本） 含氢SiNx:H可以对mc-Si提供体钝化,8,SiNx在太阳电池中的应用,9,PECVD,PECVD =Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 即“等离子增强型化学气相沉积”，是一种
3、化学气相沉积，其它的有HWCVD，LPCVD，MOCVD等。 PECVD是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。,10,PECVD 等离子体定义,地球上，物质有三态，即：固，液，气。 其共同点是由原子或分子组成，即基本单元是原子和分子，且为电中性。 等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态，这种形态就称为等离子态，即第四态。 等离子体从宏观来说也是电中性，但是在局部可以为非电中性。,11,PECVD原理,PECVD技术原理是
4、利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。PECVD方法区别于其它CVD方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的电子，它们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团，因而显著降低CVD薄膜沉积的温度范围，使得原来需要在高温下才能进行的CVD过程得以在低温下实现。,12,CVD各工艺条件的比较,其它方法的沉积温度： APCVD常压CVD，700-1000 L
5、PCVD低压CVD， 750，0.1mbar 对比 PECVD 300-450 ，0.1mbar,13,PECVD的特点,PECVD的一个基本特征是实现了薄膜沉积工艺的低温化（450）。因此带来的好处： 节省能源，降低成本 提高产能 减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减,14,PECVD种类,PECVD的种类： 直接式基片位于一个电极上，直接接触等离子体（低频放电10-500kHz或高频13.56MHz） 间接式基片不接触激发电极（如2.45GHz微波激发等离子）,15,PECVD种类,直接式的PECVD,16,PECVD种类,17,PECVD种类,间接式的PECVD,18,PECVD种类,间接
6、PECVD的特点： 在微波激发等离子的设备里，等离子产生在反应腔之外，然后由石英管导入反应腔中。在这种设备里微波只激发NH3，而SiH4直接进入反应腔。 间接PECVD的沉积速率比直接的要高很多，这对大规模生产尤其重要。,19,光学参数,20,光学参数,厚度的均匀性(nominal 约70 nm) 同一硅片 +/- 5% 同一片盒内的硅片 +/- 5% 不同片盒内的硅片 +/- 5% 折射率 (nominal 约2.1) 同一硅片 +/- 0.5% 同一片盒内的硅片 +/- 0.5% 不同片盒内的硅片 +/- 0.5%,21,钝化技术,对于McSi，因存在较高的晶界、点缺陷（空位、填隙原子、金
7、属杂质、氧、氮及他们的复合物）对材料表面和体内缺陷的钝化尤为重要，除前面提到的吸杂技术外，钝化工艺一般分表面氧钝化和氢钝化。 表面氧钝化：通过热氧化使硅悬挂键饱和是一种比较常用的方法，可使Si-SiO2界面的复合速度大大下降，其钝化效果取决于发射区的表面浓度、界面态密度和电子、空穴的俘获截面。在氢气氛围中退火可使钝化效果更加明显。,22,钝化技术,氢钝化：钝化硅体内的悬挂键等缺陷。在晶体生长中受应力等影响造成缺陷越多的硅材料，氢钝化的效果越好。氢钝化可采用离子注入或等离子体处理。在多晶硅太阳电池表面采用PECVD法镀上一层氮化硅减反射膜，由于硅烷分解时产生氢离子，对多晶硅可产生氢钝化的效果。
8、应用PECVD Si3N4可使表面复合速度小于20cm/s。,23,二氧化硅膜和氮化硅膜的比较,热氧化二氧化硅和PECVD氮化硅钝化效果的比较,24,二氧化硅膜和氮化硅膜的比较,从比较图中看出：二氧化硅膜的表面复合速率明显高于氮化硅膜，也就是说氮化硅膜的钝化效果比二氧化硅膜好。若表面氧钝化采用在氢气氛围中退火，钝化效果会有所改善。,25,钝化技术,26,钝化技术,27,系统结构,28,系统结构,炉体系统： 加热系统、温度测量系统、炉控系统、 炉冷却系统、安全系统。,29,安全事项,使用和维护本设备时必须严格遵守操作规程和安全规则，因为： 本设备的工艺气体为SiH4和NH3，二者均有毒，且SiH4易燃易爆。 本设备运行时会产生微波辐射，每次维护后和停机一段时间再开机前都要检测微波是否泄漏。,30,安全事项,使用和维护本设备时必须严格遵守操作规程和安全规则，因为： 本设备的工艺气体为SiH4和NH3，二者均有毒，且SiH4易燃易爆。 本设备运行时会产生微波辐射，每次维护后和停机一段时间再开机前都要检测微波是否泄漏。,
