硅片扩散中的POCl3分解与氧气通入

扩散目的是在P型硅的表面形成p-n结。采用三氯氧磷（POCl₃）液态源扩散。

1.POCl₃特性POCl₃是一种易燃、易爆、无色、透明的液体，具有刺激性气味。如果纯度不高则呈红黄色。其相对密度为1.67，熔点为2℃，沸点为107℃，在潮湿空气中发烟。POCl₃很容易发生水解，极易挥发，高温下蒸气压很高。为了保持蒸气压的稳定，通常把源瓶放在0℃的冰水混合物中。磷有剧毒性，换源时应在抽风厨内进行，且不要在尚未倒掉旧源时就用水冲，这样易引起源瓶炸裂。

2.原理 图7-13示出扩散原理。硅片装在石英管内，携带气体氮气将汽化的磷带入石英管内，均匀扩散，渗入硅片。扩散在恒温状态下进行。

图7-13 扩散原理

POCl₃在大于600℃的高温下分解成五氯化磷（PCl₅）和五氧化二磷（P₂O₅）。其反应式如下：

由式（7-24）可以看出，如果没有氧参与，其分解是不充分的，生成的PCl₅不易分解，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有氧存在的情况下，PCl₅会进一步分解成P₂O₅，并放出氯气。其反应式如下：(www.xing528.com)

4PCl₅+5O₂=2P₂O₅+10Cl₂ （7-25）

生成的P₂O₅又进一步与硅作用，生成SiO₂和磷原子。因此，在磷扩散时，为了促使POCl₃充分地分解和避免P₂O₅对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时，通入一定流量的氧气。在有氧气存在时，POCl₃热分解反应式为

4POCl₃+3O₂=2P₂O₅+6Cl₂↑ （7-26）

POCl₃分解产生的P₂O₅沉积在硅片表面，P₂O₅与硅反应生成SiO₂和磷原子，并在硅片表面形成一层磷硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散，反应式如下：

2P₂O₅+5Si=5SiO₂+4P （7-27）

POCl₃液态源扩散方法具有生产效率较高，得到p-n结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大的结面积的光伏电池是很重要的。