请问：硅片退火处理是怎么回事？为什么要进行退火？退火对电阻率和少子寿命有影响吗？

硅片退火处理，是工艺的一个环节。是按一定的程序对硅片进行升温、降温......的过程；

为什么要进行退火？原因之一是，硅片中含有氧，氧有吸取杂质的作用。退火时可以将硅片表面附近的氧，从其表面挥发脱除，使表面附近的杂质数量减少。有利于器件的制造；

退火对电阻率和少子寿命有一定的影响：使其升高。

供参考。

另：如果事实同“问题补充”的一样，可以理解为：氧从表面脱除后，表面附近的杂质数量减少，缺陷也减少，使载流子的平均自由程增加，迁移率也增加，这样导致了电阻率的下降。

高硼硅玻璃可以等凉了之后再退火

高硼硅玻璃高硼硅玻璃具有非常低的热膨胀系数 耐高温,耐200度的温差剧变。 高硼硅玻璃制品是利用玻璃在高温状态下导电的特性，通过在玻璃内部加热来实现玻璃熔化，经先进生产工艺加工而成。 用于微波炉专用玻璃转盘、滚筒洗衣机观察窗、等耐热茶壶茶杯。 高硼硅玻璃视镜 具体的物理化学性能如下： 含硅量 80%以上 应变温度520℃ 退火温度 560℃ 软化温度 820℃ 折射率 1.47 透光率(2mm) 92% d性模量 67KNmm-2 抗张强度 40-120Nmm-2 加工温度（104dpas）1220℃ 热膨胀系数（20-300℃）3.3×10-6K-1，所以耐急冷急热性能优越。 耐热温差：270度（这个数据很关键） 密度（20℃）2.23gcm-1 比热0.9Jg-1K-1 导热率 1.2Wm-1K-1 耐水性能（ISO 719）1级 耐酸性能（ISO 195）1级 耐碱性能（ISO 695）2级 耐热急变玻棒法 玻棒Φ6×30mm 300℃ 关于玻璃的说明： 玻璃制造的仪器如需长期加热和加压，它的最高安全 *** 作温度不应超过应变温度（520℃）。它在加热到退火温度时，不易变形，如放在适当支架上，且内部不受压力情况下，可以在短时间内加热到600℃，在此情况下，应使仪器缓慢冷却，藉以减少产生永久应力的程度 高硼硅玻璃视镜 Φ5---Φ600 视镜规格及误差： 1. 圆板最大直径Φ500mm 矩形板最大规格600*1100mm 厚度3-6mm，可按要求尺寸定做。 2. 误差：允许正负0.25mm 使用领域： 1. 家用电器（烤箱内部的玻璃面板，微波炉托盘，火炉面板等） 2. 环境工程 化学工程 （抵抗性衬层，化学反应釜，安全视镜） 3. 照明 （聚光灯和大功率泛光照明灯具的保护玻璃） 4. 太阳能发电（太阳能电池基板） 5. 精密器械（光学滤光片） 6. 半导体技术（晶片，显示玻璃） 7. 医学技术 生物工程 8. 安全防护（防d玻璃）

　第5卷第6期2006年12月　江南大学学报(自然科学版)Journal of Southern Yangtze U niversity(N atural Science Edition)

　Vol.5　No.6Dec.　2006　

文章编号:1671-7147(2006)06-0749-04收稿日期:2005-03-10　修订日期:2005-04-04.作者简介：石湘波(1980-)，女，河南洛阳人，检测技术与自动化装置专业硕士研究生.

3通讯联系人：朱拓(1957-)，男，江苏苏州人，教授，硕士生导师.主要从事现代光学理论与成像技术的研究.

Email :tzhu @sytu.edu.cn

施正荣(1963-)，男，江苏镇江人，高级工程师，工学博士，硕士生导师.主要从事太阳电池转化效

率等研究.Email :zrshi @suntechpower.com 铸造多晶硅的吸杂

石湘波1,　许志强1,　施正荣2,33,　朱　拓23,　汪义川3

(1.江南大学通信与控制工程学院，江苏无锡2141222.江南大学理学院，江苏无锡214122

3.无锡尚德太阳能电力有限公司，江苏无锡214028)

摘　要：吸杂是减少多晶硅中有害金属杂质的一种有效手段.比较了在800℃、900℃和1000℃条件下经2h 的磷吸杂、铝吸杂和磷铝共吸杂处理后的多晶硅少子寿命、电性能差异.实验结果表明，磷铝共吸杂少子寿命的增加比仅用磷、铝单独吸杂都明显，但3种吸杂方式对太阳电池电性能都没太大影响；同时发现退火到700℃的热处理并不能有效地改善磷吸杂效果.

关键词：磷吸杂；铝吸杂；磷铝共吸杂；太阳电池；多晶硅太阳电池；少子寿命

中图分类号:TM 914.41文献标识码:A

Study on C ast Multicrystalline Sijicon W afer by G ettering

SHI Xiang Οbo 1,　XU Zhi Οqiang 1,　SHI Zheng Οrong 2,3,　ZHU Tuo 33,　WAN G Y i Οchuan 2

(1.School of Communication and Control Engineering ,Southen Yangtze University ,Wuxi 214122,China 2.School of Science ,Southen Yangtze University ,Wuxi 214122,China 3.Wuxi Suntech Power Co ,Ltd ,Wuxi 214028,China )Abstract :Gettering is an effective met hod to reduce t he deleterious metal imp urity from multicrystalline silicon (mc ΟSi ).The paper co mpares t he differences of lifetime ,elect rical performance of mc ΟSi after being t reated by p ho sp hor gettering ,aluminium gettering and Al/P Οcogettering under 800℃、900℃and 1000℃,2hours ’condition.The experimental demonst rates t hat Al/P Οcogettering is much better t han aluminium and p hosp horus gettering.But ,t here is some effect of t hree gettering met hods on t he elect rical performance of mc ΟSi.The hot t reat ment of annealing to 700

℃has some benefit on t he effect of p ho sp hor gettering.

K ey w ords :t ransition metal p hosp horus gettering aluminium gettering P/AL Οcogettering multicrystalline silicon (mc ΟSi )solar cell minority carrier lifetime

20世纪70年代铸造多晶硅的出现逐渐打破了

单晶硅材料长期垄断的地位，它以高性价比不断排

挤单晶硅市场.在20世纪80年代末，其市场占有率

仅为10%左右，而到了2003年，其占有率就高达

56.3%，成为最主要的光伏材料.但是多晶硅中铁、铜、镍等重金属杂质含量很高[1].这些杂质形成深能级，成为少数载流子的复合中心，影响了少子寿命和太阳电池的电性能.通常采用吸杂来提高硅片

的质量，国内外许多科研人员对多晶硅的吸杂进行了研究[2Ο5].

太阳电池制作中常用的吸杂方式为磷吸杂、铝吸杂和磷铝共吸杂.

磷吸杂是利用浓磷扩散形成重扩散层，它的吸杂原理包括驰豫吸杂和分凝吸杂，分凝吸杂部分是由于费米能级效应和离子成对效应而形成的在重扩散层的增强溶解；驰豫吸杂部分是由重扩散形成的位错网络，同时由于硅扩散时形成过量的自间隙原子而导致金属杂质从替位位置移动到间隙位置，导致了扩散速度的增加，从而加速磷吸杂的完成[1,6].由于POCl3能形成1021cm-3的浓磷吸杂层，所以文中使用POCl3为磷源进行磷吸杂.

铝吸杂是利用金属杂质在铝硅合金中的固溶度大于在硅中的固溶度(最少为103，而铁的分凝系数在750～950℃范围时为105～106[7])，并且金属杂质在硅中的扩散速度远大于磷硼等替位式元素.当存在铝吸杂层后，进行一段时间的高于磷铝共熔点(577℃)的热处理，金属杂质就被吸附到铝层，以此来改变硅片的性能[8].

磷吸杂要比铝吸杂快，而铝吸杂的吸杂稳定性又高于磷吸杂.磷铝共吸杂兼顾了两者的优点.通常磷铝共吸杂是在一侧为磷源另一侧为铝源的条件下进行吸杂的.

文中研究了不同温度下磷吸杂、铝吸杂和磷铝共吸杂对少子寿命、太阳电池电性能影响.同时分析了缓慢降温对磷吸杂的影响.

1　实　验

1.1　实验材料

实验过程中采用A公司的铸造多晶硅片，氧炭含量中等，面积为125mm×125mm，厚度为330μm左右，电阻率为0.5～2Ω・cm.

1.2　试验方案

吸杂通常包括金属杂质的释放、扩散和捕获3个步骤，吸杂的温度、冷却速度、吸杂的时间、金属杂质的类型是吸杂效率的重要影响因素[9]，文中按下列方案进行了磷吸杂、铝吸杂和磷铝共吸杂的研究:

1)在900℃条件下进行2h热处理和2h磷吸杂，分别采用急剧降温和缓慢降温，观察温度变化对磷吸杂的影响

2)在800℃、900℃和1000℃条件下进行2h 的磷吸杂并在氮气中退火到700℃

3)单面蒸镀2μm的铝，然后在800℃、900℃

和1000℃条件下进行2h的铝吸杂.

4)一面蒸镀2μm的铝，一面为预先淀积的磷源，在800℃、900℃和1000℃条件下进行2h的磷铝共吸杂处理，并在氮气中退火到700℃.

1.3　实验过程

样品全部为60片多晶姊妹片(由同一多晶硅砖切下的具有相似晶粒分布的硅片，有相同的晶体结构分布)，在m(HF)∶m(HNO3)∶m(C H3COO H)= 8∶1∶2的混合溶液中共去除了15～20μm的损伤层.清洗干燥后，其中15片硅片3片一组分为a,b, c,d,e5组.a组未进行任何热处理，直接测其少子寿命b组在900℃的氮气中进行2h的热处理c 组在900℃条件的氮气中进行2h的热处理后，并在氮气中退火到700℃(降温速度为5℃/min)d 组在900℃条件下进行了2h的磷吸杂e组在900℃条件下进行了2h的磷吸杂后退火到700℃(降温速度为5℃/min).之后测定a,b,c,d,e5组的少子寿命.另外45片每15片一组共分为f,g,h3组,f组每5片一组在扩散炉中分别在800℃、900℃和1000℃的3种温度条件下进行2h的磷吸杂并在氮气中退火到700℃(降温速度为5℃/ min).由文献[10]知，蒸铝在硅片上铝的厚度为1.2μm时经烧结后铝层的覆盖率为100%，故文中在需蒸镀铝层的实验硅片上均蒸镀层.g组样品在550X 型的真空镀膜机中单面蒸镀2μm的铝，之后每5片一组在通氮气的石英管中将温度控制在800℃、900℃和1000℃条件下进行2h的铝吸杂.h组样品在850℃条件下在扩散炉中采用浓磷单面扩散扩散30min，表面的浓磷层作为磷源；然后在真空镀膜机中对未扩磷面蒸镀2μm的铝；接着5片一组在通氮气的石英管中将温度控制在800℃、900℃、1000℃的条件下进行2h的磷铝共吸杂，并在氮气中退火到700℃(降温速度为5℃/min).吸杂结束后,f组样品在80℃、质量浓度为200g/L 的NaO H溶液中腐蚀5min，确保磷吸杂层彻底去除.g,h两组样品先在体积分数为20%的HCl中腐蚀10min，然后用去离子水冲洗干净，接着在m(H F)∶m(HNO3)∶m(C H3COO H)=8∶1∶2的酸性溶液中腐蚀1min，此时硅片共被去除了20μm 的厚度，确保了吸杂层的完全去除.

f,g,h3组样品清洗干燥后，测其少子寿命，然后按下述工艺将f,g,h3组样品制成太阳电池：清洗干燥→扩散制结→刻蚀→去磷硅玻璃→清洗干燥→PECVD镀减反膜→丝网印刷电极→烧结.

057　江南大学学报(自然科学版)　第5卷　

2　结果和分析

采用暂稳态光电导少子寿命测试仪对热处理后和吸杂后试验硅片的少子寿命进行测试，分析热处理对硅片的影响以及吸杂效果.采用文献[11]的方法，首先在硅片上滴几滴浓度为0.08mol/L的碘酒，把硅片上的碘酒涂均，然后把待测硅片装入一透明的塑料袋中并密封好，确保硅片上没有气泡，用此方法来钝化表面，以确保测得的值完全反映体内少子寿命.在做成太阳电池后，用IΟV测试仪测其电性能，并比较其差异.

2.1　热处理方式对硅片的影响

比较原始硅片，通入氮气在900℃条件下进行2h热处理，通氮气在900℃条件下进行2h热处理后退火到700℃，在900℃条件下进行2h磷吸杂和在900℃的温度条件下进行2h磷吸杂并退火到700℃后硅片的少子寿命如图1所示.可以看出，硅片在经过900℃高温处理加热后，均会导致少子寿命降低.原始硅片在900℃进行2h热处理后，少子寿命降低到5μs以下.这是因为高温导致位错密度增加从而使间隙金属杂质增多，同时又容易造成金属杂质污染.缓慢降温并未使这一情况得到任何改善，反而因其在高温中时间长而导致少子寿命的进一步降低.为了给磷吸杂中的驰豫吸杂提供充足的沉积时间，故在900℃条件下完成2h磷吸杂后，即退火到700℃(降温速度为5℃/min).图2反映了不同温度条件下吸杂后的少子寿命，可见少子寿命并没有太大改善.这是因为高温过程会导致缺陷密度的增加，使金属在缺陷处被捕获几率增大，削减了由于缓慢降温使金属充分沉积到吸杂区域所形成的硅片少子寿命的增加，故在此缓慢降温并没使少子寿命升高(文中涉及到磷吸杂的均采用了5℃/min的缓慢降温).

图1　900℃下有无吸杂和退火对硅片少子寿命的影响Fig.1　Lifetime of w afers varies with gettering or annealing at900℃2.2　3种吸杂方式吸杂后少子寿命的比较

由图2可以看出,3种吸杂方式在800℃的温度条件下吸杂后，硅片的少子寿命均高于图1所示的初始值.比较3种不同的吸杂方式，发现磷铝共吸杂的效果比磷、铝单独吸杂的效果好，这是由于磷铝共吸杂结合了磷吸杂快速和铝吸杂稳定且吸杂能力强的优点.但是3种吸杂方式从800℃、900℃到1000℃，其少子寿命都明显降低.造成这种现象的原因是随着温度增高，金属杂质在硅中的固溶度增加，导致金属沉积裂解加剧，其中的金属杂质进入硅的间隙位，若此时被吸杂的金属杂质少于由于高温裂解而产生的金属杂质，就会导致整个间隙金属的增多，致使少子寿命的降低.所以文献[7]建议针对多晶硅吸杂，吸杂温度不要超过900℃，否则会导致硅片的退化

.

图2　不同温度条件下吸杂后的少子寿命Fig.2　Lifetime of gettered w afers vary with

temperatures and gettering methods

2.3　3种吸杂方式吸杂后电性能的比较

表1为不同吸杂方式与未吸杂电池电性能的比较.可以看出,1000℃高温的磷吸杂可能是被测硅片在高温过程中受到污染而在电性能方面表现异常外，其余硅片电性能和未吸杂对比片的电性能相比差异没有少子寿命明显.其原因可能是由于吸杂效果的不均匀性或者说是多晶硅片自身的不均匀性所致.S.A.Mc Hugo等已研究了多晶硅片的不良区域中金属沉积物，并识别了铁在沉积中的化学状态，得出Fe在这些不良区域中以氧化物或硅酸盐复合物的形式存在.这些复合物非常稳定，去除这些复合物是去除Fe或FeSi x的108～1016倍.要依赖吸杂来改善整个硅片的性能已不可能.避免这些难以通过吸杂除去金属复合物的产生需要从多晶硅硅片生长过程中控制[12].同时S.A.Mc Hugo 又比较了故意被Fe污染过的半导体级单晶硅和带状多晶硅的磷吸杂效果，发现半导体级单晶硅少子寿命恢复到被污染前，而多晶硅只能得到小于初始值的少子寿命[13].由此可见吸杂是否能在多晶硅上充分发挥其作用取决于硅片的整个热历史、金属杂

157

　第6期石湘波等：铸造多晶硅的吸杂

质含量、易和金属杂质形成复合物的氧炭的含量以及易成为金属沉积中心的位错和缺陷的密度.

表1　各种吸杂方式和未吸杂电池电性能比较

T ab.1　Comp arison of solar cell perform ance with and without gettering

吸附方式I sc/A U oc/V FF/%EFF/%R s/ΩR sh/Ω800℃磷吸杂 4.93680.598976.8414.56390.008324.2136 900℃磷吸杂 4.91720.599676.5314.46230.008521.6585 1000℃磷吸杂 4.79660.588974.7413.53360.009819.6318 800℃铝吸杂 4.92100.596975.2914.10560.008712.7434 900℃铝吸杂 4.86480.597976.4014.31900.008418.1185 1000℃铝吸杂 4.94350.596776.3514.23000.008522.1357 800℃磷铝共吸杂 4.88100.598676.2414.27900.008726.0451 900℃磷铝共吸杂 4.82530.600776.8614.28090.008627.0731 1000℃磷铝共吸杂 4.85530.600476.8614.27690.008425.8745未吸杂对比片 4.98790.596574.6414.21560.009728.8899

3　结　论

通过比较在800℃、900℃和1000℃条件下经2h的磷吸杂、铝吸杂和磷铝共吸杂处理后的多晶硅少子寿命、电性能差异，以及退火到700℃对磷吸杂的影响，可以得出如下结论:

1)高温会造成多晶硅的退化，即使采用磷铝共吸杂，应尽量避免或缩短多晶硅的高温热处理.

2)在磷吸杂、铝吸杂、磷铝共吸杂3种吸杂方式中，磷铝共吸杂结合了磷吸杂和铝吸杂的优点，吸杂效果最好.

3)吸杂能有效地提高硅片的少子寿命，但对多晶硅电性能的改善却不明显.

参考文献:

[1]Périchaud I.Understanding defects in semiconductors as key to advancing device technology[J].Physica B,2003,340:1Ο

14.

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[5]王书荣，陈庭金，刘祖明，等.多晶硅太阳电池的吸杂实验研究[J].云南师范大学学报：自然科学版,2001,21(6):43Ο44.

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(责任编辑：邢宝妹) 257　江南大学学报(自然科学版)　第5卷　

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铸造多晶硅的吸杂

　第5卷第6期2006年12月　江南大学学报(自然科学版)Journal of Southern Yangtze U niversity(N atural Science Edition)

　Vol.5　No.6Dec.　2006　

文章编号:1671-7147(2006)06-0749-04收稿日期:2005-03-10　修订日期:2005-04-04.作者简介：石湘波(1980-)，女，河南洛阳人，检测技术与自动化装置专业硕士研究生.

3通讯联系人：朱拓(1957-)，男，江苏苏州人，教授，硕士生导师.主要从事现代光学理论与成像技术的研究.

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Email :tzhu @sytu.edu.cn

施正荣(1963-)，男，江苏镇江人，高级工程师，工学博士，硕士生导师.主要从事太阳电池转化效

率等研究.Email :zrshi @suntechpower.com 铸造多晶硅的吸杂

石湘波1,　许志强1,　施正荣2,33,　朱　拓23,　汪义川3

(1.江南大学通信与控制工程学院，江苏无锡2141222.江南大学理学院，江苏无锡214122

3.无锡尚德太阳能电力有限公司，江苏无锡214028)

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摘　要：吸杂是减少多晶硅中有害金属杂质的一种有效手段.比较了在800℃、900℃和1000℃条件下经2h 的磷吸杂、铝吸杂和磷铝共吸杂处理后的多晶硅少子寿命、电性能差异.实验结果表明，磷铝共吸杂少子寿命的增加比仅用磷、铝单独吸杂都明显，但3种吸杂方式对太阳电池电性能都没太大影响；同时发现退火到700℃的热处理并不能有效地改善磷吸杂效果.

关键词：磷吸杂；铝吸杂；磷铝共吸杂；太阳电池；多晶硅太阳电池；少子寿命

中图分类号:TM 914.41文献标识码:A

Study on C ast Multicrystalline Sijicon W afer by G ettering

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SHI Xiang Οbo 1,　XU Zhi Οqiang 1,　SHI Zheng Οrong 2,3,　ZHU Tuo 33,　WAN G Y i Οchuan 2

(1.School of Communication and Control Engineering ,Southen Yangtze University ,Wuxi 214122,China 2.School of Science ,Southen Yangtze University ,Wuxi 214122,China 3.Wuxi Suntech Power Co ,Ltd ,Wuxi 214028,China )Abstract :Gettering is an effective met hod to reduce t he deleterious metal imp urity from multicrystalline silicon (mc ΟSi ).The paper co mpares t he differences of lifetime ,elect rical performance of mc ΟSi after being t reated by p ho sp hor gettering ,aluminium gettering and Al/P Οcogettering under 800℃、900℃and 1000℃,2hours ’condition.The experimental demonst rates t hat Al/P Οcogettering is much better t han aluminium and p hosp horus gettering.But ,t here is some effect of t hree gettering met hods on t he elect rical performance of mc ΟSi.The hot t reat ment of annealing to 700

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