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

引言：目前，在國(guó)際環(huán)境和能源問(wèn)題日趨嚴(yán)重的大背景下，新型無(wú)污染的新能源得到的快速的發(fā)展，而太陽(yáng)能電池能夠?qū)⑻?yáng)能直接轉(zhuǎn)化成電能得到了大力的發(fā)展，到目前為止，晶體硅太陽(yáng)能電池仍占據(jù)著整個(gè)太陽(yáng)能電池的主要市場(chǎng)[1-3]。然而到目前為止使用太陽(yáng)能電池的成本依然較高，雖然成本每年都在降低。降低太陽(yáng)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(diǎn)[4]。

擴(kuò)散形成p-n結(jié)實(shí)太陽(yáng)能生產(chǎn)中的重要的環(huán)節(jié)，p-n結(jié)是整個(gè)太陽(yáng)能電池的心臟部分，通過(guò)改變擴(kuò)散生產(chǎn)工藝，來(lái)提高太陽(yáng)能電池性能的研究有很多。李等通過(guò)改變擴(kuò)散的時(shí)間和溫度來(lái)改變多晶硅擴(kuò)散的電阻在發(fā)現(xiàn)，當(dāng)方阻小于70Ω/sq的時(shí)候，電池效率隨著方阻的增加而增加，當(dāng)大于70Ω/sq的時(shí)候隨著方阻的增加而減小[ 5 ]。

Betezen等從實(shí)驗(yàn)中得出，降低溫度和延長(zhǎng)擴(kuò)散時(shí)間有利于硅片的吸雜作用[6]。豆等通過(guò)改變多晶硅中氣體流量的大小與RIE制絨工藝進(jìn)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(yáng)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(huì)增加發(fā)射極載流子的復(fù)合速率[8-9]。上述的研究表明了擴(kuò)散方阻對(duì)電池最終的轉(zhuǎn)換效率有重要的影響，這些結(jié)果對(duì)生產(chǎn)中擴(kuò)散工藝都具有重要的知道意義。然而，上述的研究，都是通過(guò)改變擴(kuò)散的時(shí)間或者源流量的大小來(lái)改變擴(kuò)散后方阻的大小。到目前為止，對(duì)不同電阻率硅片擴(kuò)散后方阻的研究還比較少。

擴(kuò)散層質(zhì)量是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。質(zhì)量的要求，主要體現(xiàn)在擴(kuò)散的深度（結(jié)深），擴(kuò)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(dǎo)電類型的雜質(zhì)時(shí)，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(kuò)散后在硅片表面的擴(kuò)散層中的雜質(zhì)含量，擴(kuò)散結(jié)深用（Xj）表示。

電化學(xué)C-V是當(dāng)前測(cè)量半導(dǎo)體載流子濃度分布的非常重要的方法。在在硅半導(dǎo)體中ECV的應(yīng)用也越來(lái)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(cè)量是利用合適的電解液既可以作為肖特基接觸的電極測(cè)量C-V特性，又可以進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，因此可以層層剝離測(cè)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(cè)量pn結(jié)。

針對(duì)與此，該工作采用不同電阻率硅片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了擴(kuò)散后不同擴(kuò)散方阻的硅片，并對(duì)擴(kuò)散硅片的表面濃度和結(jié)深進(jìn)行了研究。

1、實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

擴(kuò)散采用七星華創(chuàng)設(shè)備來(lái)進(jìn)行。擴(kuò)散工藝分別采用恒定源擴(kuò)散和限定源擴(kuò)散。恒定源表面擴(kuò)散是硅片表面雜質(zhì)濃度始終不變，它與時(shí)間無(wú)關(guān)，只與擴(kuò)散的雜質(zhì)和擴(kuò)散的溫度有關(guān)。硅片內(nèi)部的雜質(zhì)濃度則隨時(shí)間增加而增加隨距離增加而減少。限定源表面擴(kuò)散是在整個(gè)擴(kuò)散過(guò)程中，硅片內(nèi)的雜質(zhì)總量保持不變，沒(méi)有外來(lái)雜質(zhì)補(bǔ)充，只依靠擴(kuò)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(kuò)散。隨著擴(kuò)散時(shí)間的增長(zhǎng)，表面雜質(zhì)濃度不斷下降，并不斷地向內(nèi)部推進(jìn)擴(kuò)散，這時(shí)表面雜質(zhì)深度都發(fā)生了變化。

擴(kuò)散后采用美國(guó)4D公司的四探針?lè)綁K電阻測(cè)試設(shè)備(型號(hào)280SI)對(duì)方塊電阻進(jìn)行測(cè)量，使用德國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)研究所研制的電化學(xué)電容電壓分析設(shè)備(型號(hào)ECV CVP21)進(jìn)行表面濃度和發(fā)射極結(jié)深的測(cè)量。

2、ECV測(cè)試原理


ECV利用電解液氟化銨形成勢(shì)壘并對(duì)半導(dǎo)體加以正向偏壓（p型）或反向偏壓（n型并加以光照）進(jìn)行表面腐蝕去除已經(jīng)電解的材料，通過(guò)自動(dòng)裝置重復(fù)“腐蝕-測(cè)量”循環(huán)得到測(cè)量曲線，然后利用法拉第定律，對(duì)腐蝕電流進(jìn)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(cè)量深度是無(wú)限的。

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