第五章 晶硅电池酸碱制绒添加剂研究.pdf

晶硅电池酸碱制绒添加剂研究 大章鱼（IEE ） 谨以此拙作(2011)致谢我心飞翔 目录 • IPA与TX简介 • 硅电化学反应 • IPA化学过程 • TX化学过程 IPA与TX简介 目的：硅片经IPA或TX后，表面形成绒面形貌，降低光反射率 单晶IPA碱刻蚀制程-单面： KOH （0.2-2%）+IPA （100ml/L）+添加剂（20-40ml/660pcs, 时创科技） 条件：温度75-85℃，开鼓泡 时间：12-15min 蚀刻形貌：小金字塔（大小1um-3um ，深度3.9-4.2um ） 流程：1.KOH/H2O2预清洗，去离子水清洗2.制绒，清洗 3.HCL清洗，HF清洗，清洗4.烘干 多晶TX酸刻蚀制程-单面： HNO3+HF+H2SO4 （1:3:X）,HON3 ：H2O=1:10，无添加剂 条件：6-8 ℃，无鼓泡 时间：1.73m/min 蚀刻形貌：蚯蚓状蚀刻坑，外观有黑线纹络，对应蚀刻较深处 流程：1.制绒，清洗2.KOH处理，清洗3.HF清洗，清洗 本质：制绒机理主要硅电化学反应，附加一般热化学反应及输运 过程。后面分析会得出IPA制程与TX截然相反的反应速率，从而导 致各向同性与各向异性的差别 硅电化学反应 硅制绒：少子局部电化学反应 1 阳极：表现为Si变为Si2+，主要是吸收空穴缘故 2 阴极：表现为H2的放出，H+得到电子缘故 3 硅体：由于同时供给空穴和电子，有瞬间内部电势产生 4 表面（见右图）：反应产物被外界液体或稀释或扩散或被添加剂络合后扩散 5 反应速率（见右图）：a. 决定于硅与反应物的电势差、温度、PH；b.硅供给 电子或空穴的速率，如掺杂，晶面原子密度；c.反应产物溶解度及输运特性， 主要表现为络合剂的使用，硅表面张力的改善情况等 4 IPA化学过程 H2O反应能斯特方程： 电势差：Si-，H2O-，电势差为0.53V ； H2O作用：反应物；络合剂，产物溶解度极小； KOH作用：强碱，稳定反应PH；与SiO2络合，生成硅酸钾，溶解度小，降低PH； IPA作用：与SiO2络合，生成酯类，溶解度较大，扩散速率快；与硅表-OH键络合， 改变反应速率；与H2络合，改变硅表面张力，影响反应产物离开速率 H2作用：附在硅表面，降低反应物与硅片接触面积。 可见，影响硅制绒的因素有： 1 电势差及温度：根本因素。KOH影响PH值，越多则PH越高， H2O越稳定，反应越慢，温度越高，活化能越高，反应也 加快； 2 IPA及添加剂：催化因素。IPA能与SiO2发生络合反应，能 改变H2在硅片表面的堆积情况。IPA或添加剂越多，络合 的SiO2速率增加，过多会减少反应面积。某类添加剂可以 消泡，增加硅片表面反应面积； 3 H2：H2产生于阴极，堆积越多，反应面积越少，需要添加 添加剂来改善； 4 掺杂及表面状况：掺B硅片体内少子为电子，供给空穴偏 少，表面反应速率也较低；掺P则相反。IPA制程下，原子 密度：(111)(110)(100),所以，初始反应速率： (111)(110)(100),这样SiO2堆积程度： (111)(110)(100),由于SiO2的阻扰，后来反应速率： (111)(110)(100),由此导致H2 ，(111)(110)(100), 即原子密度低的一面反而反应加快，而高的相反。 为什么各向异性？添加剂的机制如何？ 从上面分析可得：当硅片由于掺杂或晶向不同，反应速率会差别极大。 1 在电势差不太高情况下，原子密度：(111)(110)(100),所以，初始反应速率： (111)(110)(100),这样SiO2堆积程度：(111)(110)(100), 由于SiO2 的