一种基于激光氧化法的P型硅太阳能电池PN结结深测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于激光氧化法的P型硅太阳能电池PN结结深测量方法，利用激光能量高，局部加热效果好的特点，在纯氧环境下，对硅表面进行加热氧化，然后逐层去除氧化层，达到逐层剥离表层硅材料的目的；由于激光加热在纯氧环境下进行，形成的氧化物固定了表层的杂质，减少了表层杂质的挥发；并且本发明专利技术利用磷元素易在氧化层/硅界面富集的原理，针对通过热扩散所形成的扩散区表面浓度大，体内浓度小的特点，使得磷元素由于热作用而导致的杂质浓度降低的现象受到抑制，从而降低杂质产生再分布对测量精度的干扰。实验证明，本发明专利技术测深测量方法简单易行，测量精确，测量成本低。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种基于激光氧化法的P型硅太阳能电池PN结结深测量方法，利用激光能量高，局部加热效果好的特点，在纯氧环境下，对硅表面进行加热氧化，然后逐层去除氧化层，达到逐层剥离表层硅材料的目的；由于激光加热在纯氧环境下进行，形成的氧化物固定了表层的杂质，减少了表层杂质的挥发；并且本专利技术利用磷元素易在氧化层/硅界面富集的原理，针对通过热扩散所形成的扩散区表面浓度大，体内浓度小的特点，使得磷元素由于热作用而导致的杂质浓度降低的现象受到抑制，从而降低杂质产生再分布对测量精度的干扰。实验证明，本专利技术测深测量方法简单易行，测量精确，测量成本低。【专利说明】一种基于激光氧化法的P型硅太阳能电池PN结结深测量方法
本专利技术涉及一种基于激光氧化法的PN结结深测量方法，属于太阳能电池性能参数测量方法。
技术介绍
PN结是微电子和太阳能行业器件的基本构成部件，PN结质量的好坏直接影响电子元件性能。因此，对于PN结结构的测试变得非常重要。其中，PN结的结深作为PN结的重要结构参数是测试重点之一。目前，主要的PN结结深测量方法有:染色法、阳极氧化法、电化学电容电压测试法等。染色法主要是利用硫酸铜染色液与硅之间的置换反应，通过适当掌握置换反应的时间将电势更高的N型硅染成铜红色来表征N型区。这个方法的测试成本低，但对于染色的工艺要求高，染色时间控制难度大，工艺复杂程度高，重复性差。阳极氧化法是以硅片为阳极、钼丝为阴极，置于纯水中进行电氧化。该方法需要对样品进行磨角以形成倾斜的PN结光滑斜面，通过电解水在斜面上生成二氧化硅氧化层。由于氧化时不同的杂质含量与氧化层的厚度存在一定的关系，通常杂质浓度高的地方氧化层厚些，杂质浓度低的地方氧化层薄些，而结区的杂质补偿作用使得该处形成的氧化层最薄，通过对于氧化层颜色的比较就可以清晰的分辨PN结的结深。但是该方法需要对硅片进行磨角，工艺要求高，氧化时要使得磨角面恰好接触水面，测试程序复杂，工艺难度高。针对阳极氧化法的缺点，人们开发出了基于四探针测试的阳极氧化法测量结深的测试方法。如论文《四探针测半导体材料杂质分布》——佳木斯大学学报(自然科学版)第19卷第I期和中国专利技术专利CN 101692062A，，提出的在硅片上使用电化学法(阳极氧化法)生长氧化层，然后用氢氟酸腐蚀掉氧化层，清洁干燥后用四探针法测量薄层电阻。该方法与染色法比具有操作相对简单，测试结果较为精确。但上述两种方法因需要多次对硅片进行在液体中的电化学生长，因此对阳极氧化法工艺要求高，难以保留不同深度的测试点，样品测试的可重复性较差，样品制备难度大，样品制备时间长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:克服上述现有技术的缺陷，提出一种基于激光氧化法的P型硅太阳能电池PN结结深测量方法，能够简单易行的实现PN结结深测量。为了达到上述目的，本专利技术提出的基于激光氧化法的P型硅太阳能电池PN结结深测量方法，包括如下步骤: 第I步、去除N-P型硅片表面的氧化层； 第2步、将所述硅片置于激光处理腔体中，并通入纯氧，腔体内纯氧的最佳气压为1.05个大气压； 第3步、利用脉冲型激光对硅片正面进行加热处理，使硅片的上表面层被氧化，每次执行本步骤时，采用的激光波长为980nm或1064nm，激光的脉冲频率为25_35Hz，每平方厘米激光作用的时间为15-25s ； 第4步、取出硅片，利用氢氟酸溶液去除硅片表面的氧化层； 第5步、清洁干燥后，测量硅片最薄处的减薄深度，并利用四探针测量该处硅片表面电阻值，并记录数据； 第6步、重复第2步-第5步直到硅片表面电阻值与衬底的电阻相同，转至第7步； 第7步、将样品电阻值最大的区域划分为4块，并分别在纯氧环境下利用波长为980nm或1064nm，脉冲频率为25_35Hz的激光，进行每平方厘米硅片上5秒、10秒、15秒和20秒的加热处理，然后去除表面氧化层并依次利用四探针测试硅片这4块区域的表面电阻值，硅片表面电阻值突然变小处所对应的硅片减薄深度为PN结结深； 第1次执行第3步时，激光加热硅片的面积为N*A ;第2次执行第三步时，激光加热硅片的面积为(N-1) *A，以此类推，第N次执行第三步时，激光加热硅片的面积为A，第i次激光加热区域在第1-Ι次激光加热区域的范围内，其中，i=2，3，…，N，N的取值范围为10-25。本专利技术基于激光氧化法的P型硅太阳能电池PN结结深测量方法的进一步改进在于: 1、每次执行第3步时，A=IOmmXIOmm ； 2、第5步和第7步中，利用 台阶仪测量硅片最薄处的减薄深度。此外，本专利技术还提供了一种基于激光氧化法的N-P型太阳能电池磷杂质分布测量方法，包括如下步骤: 第I步、去除N-P型硅片表面的氧化层； 第2步、将所述硅片置于激光处理腔体中，并通入纯氧，腔体内纯氧的最佳气压为1.05个大气压； 第3步、利用脉冲型激光对硅片正面进行加热处理，使硅片的上表面层被氧化； 第4步、取出硅片，利用氢氟酸 溶液去除硅片表面的氧化层； 第5步、清洁干燥后，测量硅片最薄处的减薄深度，并利用四探针测量该处硅片表面电阻值，并将硅片表面电阻值转化为磷的浓度，并记录数据； 第6步、重复第2步-第5步直到硅片表面电阻值与衬底的电阻相同，并绘制硅片减薄深度-磷浓度曲线图曲线图，即获得反应杂质浓度分布情况的磷浓度分布曲线； 第1次执行第三步时，激光加热硅片的面积为N*A ;第2次执行第三步时，激光加热硅片的面积为(N-1) *A，以此类推，第N次执行第三步时，激光加热硅片的面积为A，第i次激光加热区域在第i_l次激光加热区域的范围内，其中，i=2，3，…，N，N的取值范围为10-25。本专利技术基于激光氧化法的P型硅太阳能电池磷杂质分布测量方法的进一步改进在于: 1、每次执行第3步时，采用相同波长和脉冲频率的脉冲型激光对硅片正面进行加热处理，采用的激光波长为980nm或1064nm，激光的脉冲频率为25_35Hz，每平方厘米激光作用的时间为15-25s ； 2、每次执行第3步时，A=IOmmXIOmm ； 3、第5步中，利用台阶仪测量硅片最薄处的减薄深度。一般来说，利用扩散方法获得的PN结为缓变结，从硅表面向结的位置，杂质浓度逐步降低，这就意味着如果将硅材料逐层除去，所测得的表面电阻率逐步增加。到达PN结后，电阻率最高，继续去除硅材料，材料的电阻率又会逐步下降到与衬底的电阻率相同。因此利用逐层氧化的手段对硅片减薄，通过测其电阻获取PN结所在位置。与传统方法不同的是，本专利技术利用激光氧化法对硅片进行逐层氧化。本领域技术人员知道，采用热氧化法氧化硅片时，会导致硅片内杂质产生再分布(参见论文《四探针测半导体材料杂质分布》章节1.3)，对测量结果产生严重干扰。考虑到这点，本领域技术人员在测量PN结深或硅片内杂质分布时，皆采用阳极氧化法。而本专利技术克服传统技术的偏见，采用激光热氧化法实现了对N-P型硅片结深的精确测量。本专利技术从几个方面保证测量的准确度，从而使激光氧化法能够适用于N-P型硅片的结深测量。第一，对样品区域进行阵列式扫描激光点加热的方式，使激光的作用时间短，能够良好地控制硅片的热氧化区域及氧化程度，由于硅片是热的良好导体，硅片能够迅速回到低温状态，减少杂质本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于激光氧化法的P型硅太阳能电池PN结结深测量方法，包括如下步骤：第1步、去除N?P型硅片表面的氧化层；第2步、将所述硅片置于激光处理腔体中，并通入纯氧，腔体内纯氧的最佳气压为1.05个大气压；第3步、利用脉冲型激光对硅片正面进行加热处理，使硅片的上表面层被氧化，每次执行本步骤时，采用的激光波长为980nm或1064nm，激光的脉冲频率为25?35Hz，每平方厘米硅片上激光作用的时间为15?25s；第4步、取出硅片，利用氢氟酸溶液去除硅片表面的氧化层；第5步、清洁干燥后，测量硅片最薄处的减薄深度，并利用四探针测量该处硅片表面电阻值，并记录数据；第6步、重复第2步?第5步直到硅片表面电阻值与衬底的电阻相同，转至第7步；第7步、将样品电阻值最大的区域划分为4块，并分别在纯氧环境下利用波长为980nm或1064nm，脉冲频率为25?35Hz的激光，进行每平方厘米硅片上5秒、10秒、15秒和20秒的加热处理，然后去除表面氧化层并依次利用四探针测试硅片这4块区域的表面电阻值，硅片表面电阻值突然变小处所对应的硅片减薄深度为PN结结深；第1次执行第3步时，激光加热硅片的面积为N*A；第2次执行第三步时，激光加热硅片的面积为（N?1）*A，以此类推，第N次执行第三步时，激光加热硅片的面积为A，第i次激光加热区域在第i?1次激光加热区域的范围内，其中，i=2,3，…，?N，N的取值范围为10?25。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：花国然，王强，徐影，邓洁，胡传志，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：