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太阳能硅片清洗及原理

[ Addtime:2015-11-24 Hits: ]

太阳能硅片的清洗很重要,它影响电池的转换效率,如器件的性能中反向电流迅速加大及器件失效等。因此硅片的清洗很重要,下面主要介绍清洗的作用和清洗的原理。

清洗的作用

1.在太阳能材料制备过程中,在硅表面涂有一层具有良好性能的减反射薄膜,有害的杂质离子进入二氧化硅层,会降低绝缘性能,清洗后绝缘性能会更好。

2.在等离子边缘腐蚀中,如果有油污、水气、灰尘和其它杂质存在,会影响器件的质量,清洗后质量大大提高。

3.硅片中杂质离子会影响P-N结的性能,引起P-N结的击穿电压降低和表面漏电,影响P-N结的性能。

4.在硅片外延工艺中,杂质的存在会影响硅片的电阻率不稳定。

清洗的原理

要了解清洗的原理,首先必须了解杂质的类型,杂质分为三类:一类是分子型杂质,包括加工中的一些有机物;二类是离子型杂质,包括腐蚀过程中的钠离子、氯离子、氟离子等;三是原子型杂质,如金、铁、铜和铬等一些重金属杂质。目前最常用的清洗方法有:化学清洗法、超声清洗法和真空高温处理法。

1.目前的化学清洗步骤有两种:

(1)有机溶剂(甲苯、丙酮、酒精等)→去离子水→无机酸(盐酸、硫酸、硝酸、王水)→氢氟酸→去离子水

(2)碱性过氧化氢溶液→去离子水→酸性过氧化氢溶液→去离子水

下面讨论各种步骤中试剂的作用。

a.有机溶剂在清洗中的作用

用于硅片清洗常用的有机溶剂有甲苯、丙酮、酒精等。在清洗过程中,甲苯、丙酮、酒精等有机溶剂的作用是除去硅片表面的油脂、松香、蜡等有机物杂质。所利用的原理是“相似相溶”。

b.无机酸在清洗中的作用

硅片中的杂质如镁、铝、铜、银、金、氧化铝、氧化镁、二氧化硅等杂质,只能用无机酸除去。有关的反应如下:

2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑

Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O

Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2O

2Ag+2H2SO4=2Ag2SO4+SO2↑+2H2O

Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

Ag+4HNO3=AgNO3+2NO2↑+2H2O

Au+4HCl+HNO3=H[AuCl4]+NO↑+2H2O

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

如果HF过量则反应为:SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O

H2O2的作用:在酸性环境中作还原剂,在碱性环境中作氧化剂。在硅片清洗中对一些难溶物质转化为易溶物质。如:

As2S5+20H2O2+16NH4OH=2(NH4)3AsO4+5(NH4)2SO4+28H2O

MnO2+H2SO4+H2O2=MnSO4+2H2O+O2↑

c.RCA清洗方法及原理

在生产中,对于硅片表面的清洗中常用RCA方法及基于RCA清洗方法的改进,RCA清洗方法分为Ⅰ号清洗剂(APM)和Ⅱ号清洗剂(HPM)。Ⅰ号清洗剂(APM)的配置是用去离子水、30%过氧化氢、25%的氨水按体积比为:5:1:1至5:2:1;Ⅱ号清洗剂(HPM)的配置是用去离子水、30%过氧化氢、25%的盐酸按体积比为:6:1:1至8:2:1。其清洗原理是:氨分子、氯离子等与重金属离子如:铜离子、铁离子等形成稳定的络合物如:[AuCl4]-、[Cu(NH3)4]2+、[SiF6]2-。

清洗时,一般应在75~85℃条件下清洗、清洗15分钟左右,然后用去离子水冲洗干净。Ⅰ号清洗剂(APM)和Ⅱ号清洗剂(HPM)有如下优点:

(1)这两种清洗剂能很好地清洗硅片上残存的蜡、松香等有机物及一些重金属如金、铜等杂质;

(2)相比其它清洗剂,可以减少钠离子的污染;

(3)相比浓硝酸、浓硫酸、王水及铬酸洗液,这两种清洗液对环境的污染很小,操作相对方便。

2.超声波在清洗中的作用

目前在半导体生产清洗过程中已经广泛采用超声波清洗技术。超声波清洗有以下优点:

(1)清洗效果好,清洗手续简单,减少了由于复杂的化学清洗过程中而带来的杂质的可能性;

(2)对一些形状复杂的容器或器件也能清洗。

超声波清洗的缺点是当超声波的作用较大时,由于震动磨擦,可能使硅片表面产生划道等损伤。

超声波产生的原理:高频震荡器产生超声频电流,传给换能器,当换能器产生超声震动时,超声震动就通过与换能器连接的液体容器底部而传播到液体内,在液体中产生超声波。

3.真空高温处理的清洗作用

硅片经过化学清洗和超声波清洗后,还需要将硅片真空高温处理,再进行外延生长。真空高温处理的优点:

(1)由于硅片处于真空状态,因而减少了空气中灰尘的玷污;

(2)硅片表面可能吸附的一些气体和溶剂分子的挥发性增加,因而真空高温易除去;

(3)硅片可能玷污的一些固体杂质在真空高温条件下,易发生分解而除去。


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