專利名稱：一種p型半導體、p型摻雜劑的制備方法
技術領域：
本發明屬于半導體制備技術領域，尤其涉及一種P型半導體、P型摻雜劑的制備方法。
背景技術：
在本征半導體硅或鍺中摻雜微量的其它適當元素后所形成的半導體為雜質半導體，根據摻雜的不同，雜質半導體可分為N型半導體和P型半導體。P型半導體也稱為空穴型半導體，即空穴濃度遠大于自由電子濃度的雜質半導體。在純凈的硅晶體中摻入三價元素(如硼)使之取代晶格中硅原子的位置，即可形成P型半導體。在P型半導體中，空穴為多子，自由電子為少子，主要依靠空穴導電。空穴主要由雜質 原子提供，自由電子由熱激發形成，因此摻入的雜質越多，多子(空穴)的濃度就越高，導電性能也就越強。N型半導體與之相反，其自由電子濃度遠大于空穴電子濃度，摻入的雜質為五價元素，自由電子主要由雜質原子提供，空穴由熱激發形成。采用不同的摻雜工藝，將P型半導體與N型半導體制作在同一塊硅片上，使之交界面形成空間區P-N結。P-N結具有單向導電性,此為光伏電池的核心結構。光伏用P型多晶硅、準(類)單晶硅在鑄錠或拉制過程中需要對硅料進行電阻率補償處理，使鑄造多晶硅錠、準(類)單晶硅錠電阻率控制在O. 5 Ω ^cm至6Ω -cm以適合制作光伏電池。在鑄造過程中，一般使用低阻硼硅母合金作為摻雜劑對太陽能級原硅料進行摻雜，硼硅母合金摻雜劑電阻率一般控制在O. 0001 Ω · cm至O. 01 Ω · cm。目前，硼硅母合金主要通過在高純原硅料中添加單質硼，使用單晶爐采用直拉法拉制摻雜劑硅棒，在保證硅料純度的同時，使硼元素均勻的分散在硅棒中，從而降低原硅料電阻率，使拉制的硅棒符合摻雜劑的要求。但此方法中硼單質成本較高，并且直拉法單晶爐拉制摻雜劑硅棒時，單棒重量為12(Tl30kg，能耗約為120元/kg，且拉制過程中控制難度較大，導致硅棒成品率較低，拉制失敗的硅料需重新破碎進行拉制，導致拉制成本較高。光伏電池制作過程中，導電類型為N型的原硅片需經過硼擴散工序，即在N型原硅片表面擴散一層硼原子，以形成P-N異質結，使原硅片具有發電作用。在光伏電池硼擴散工序，擴散硼源后，由于設備或硅片自身質量問題會產生部分不合格電池片，其表面存在大量硼原子。本發明考慮將此類不合格N型擴散硅片用于制備P型半導體或P型摻雜劑。
發明內容
有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種P型半導體、P型摻雜劑的制備方法，本方法制備的P型半導體及P型摻雜劑成本較低。本發明提供了一種P型半導體的制備方法，包括以下步驟將不合格N型硅片與硅料摻雜進行鑄錠，得到P型半導體；所述不合格N型硅片為N型硅片硼擴散后的不合格硅片。優選的，所述硅料的要求為CN 102925964 A書明說2/5頁
純度彡6N,施主< 5ppba,受主< Ippma ；
表面金屬Fe^ IOppbw，Cu ^ 2ppbw, Ni ^ 2ppbw, Cr ^ 2ppbw, Zn ^ 4ppbw, Na ^ 15ppbw ；
電阻率彡50 Ω · cm。
優選的，所述不合格N型硅片的用量滿足以下條件
測試不合格N型娃片的重量為α ；
跟蹤硼擴散工藝計算不合格N型硅片表面硼元素的含量為β ；
根據硅料用量及P型半導體的電阻率計算鑄造P型半導體所需硼元素的量為Θ ；
不合格N型硅片的用量為δ，δ滿足以下條件δ = θ*α/β。
本發明還提供了一種P型摻雜劑的制備方法，包括以下步驟
將不合格N型硅片與硅料摻雜進行拉制，得到P型摻雜劑；
所述不合格N型硅片為N型硅片硼擴散后的不合格硅片。
優選的，所述拉制為直拉法拉制。
優選的，所述所述硅料的要求為
純度彡6Ν,施主< 5ppba,受主< Ippma ；
表面金屬Fe^ IOppbw，Cu ^ 2ppbw, Ni ^ 2ppbw, Cr ^ 2ppbw, Zn ^ 4ppbw, Na ^ 15ppbw ；
電阻率彡50 Ω · cm。
優選的，所述不合格N型硅片的用量滿足以下條件
測試不合格N型硅片的重量為α ；
跟蹤硼擴散工藝計算不合格N型硅片表面硼元素的含量為β ；
根據硅料用量及P型半導體的電阻率計算拉制P型摻雜劑所需硼元素的量為Θ
不合格N型硅片的用量為δ’，6’滿足以下條件6’=0’*0/^。
本發明提供了一種P型半導體的制備方法，該方法將不合格N型娃片與娃料摻雜進行鑄錠，得到P型半導體，所述不合格N型硅片為N型硅片硼擴散后的不合格硅片。與現有技術制備硼硅母合金作為P型摻雜劑相比，首先，本發明使用硼擴散后的不合格N型硅片與硅料直接摻雜進行鑄錠，避免了硼硅母合金的高成本單晶爐拉制過程，降低了成本；其次，使不合格的N型硅片得到再利用，其成本與單質硼相比，也較低；再次，此制備過程較簡單，操作方便。
具體實施方式
本發明提供了一種P型半導體的制備方法，包括以下步驟將不合格N型硅片與硅料摻雜進行鑄錠，得到P型半導體；所述不合格N型硅片為N型硅片硼擴散后的不合格硅片。
N型硅片制作電池工藝的流程需經過制絨、硼擴散、等離子體增強化學氣相沉積、 印刷與燒結。
制絨工藝是利用硅片的損傷層，通過硝酸與氫氟酸的混合溶液對硅片表面進行制絨，在硅片表面形成高低不平的表面及大量的孔洞，以增加電池片表面的受光面積，降低反射率，從而提高太陽能電池的轉換效率。4CN 102925964 A書明說3/5頁
硼擴散是在N型硅片的表面滲入很薄的一層硼元素，使前表面變成P型，形成一個 PN結。由于設備或硅片自身質量問題，此步驟會產生部分不合格的N型硅片，此即為本發明所用的不合格N硅片。
所述不合格N型硅片可為單晶硅、多晶硅或非晶硅，并無特殊的限制。
按照本發明，所述不合格N硅片使用前需經過清洗干凈，所述清洗的方法為本領域技術人員熟知的方法即可，并無特殊的限制。
本發明中，所述娃料的要求為純度彡6N,施主< 5ppba,受主< Ippma ;表面金屬 Fe ^ IOppbw，Cu ^ 2ppbw, Ni ^ 2ppbw, Cr ^ 2ppbw, Zn ^ 4ppbw, Na ^ 15ppbw ；電阻率 ^ 50 Ω · cm。
按照本發明，所述不合格N型硅片的用量滿足以下條件含單位量硼元素的不合格N型硅片的重量乘以鑄造P型半導體所需硼元素的量。
所述不合格N型硅片用量滿足的條件具體為
測試不合格N型硅片的重量為α ；
跟蹤硼擴散工藝計算不合格N型硅片表面硼元素的含量為β ；
根據硅料用量及P型半導體的電阻率計算鑄造P型半導體所需硼元素的量為Θ ；
不合格N型硅片的用量為δ，δ滿足δ = θ*α/β。α/β為含單位量硼元素的不合格N型娃片的重量。
所述硼擴散工藝為本領域技術人員熟知的硼擴散工藝，并無特殊的限制，通過跟蹤所述硼擴散工藝即可計算不合格N型硅片表面硼元素的含量，所述計算方法為本領域技術人員熟知的計算方法，并無特殊的限制。
其中所述鑄造P型半導體所需硼元素的量根據硅摻雜軟件進行計算，所述計算方法為本領域技術人員熟知的計算方法即可，并無特殊的限制。
硼擴散后的不合格N型硅片表面的硼元素均勻分布，因此可利用上述計算方法從而得到需要加入的不合格N型硅片的重量。
本發明中，所述鑄造P型半導體的方法為本領域技術人員熟知的鑄造方法，并無特殊的限制。
本發明利用硼擴散后的不合格N型硅片為摻雜劑，與硅料混合鑄造，從而得到P型半導體，避免了傳統摻雜劑使用單晶爐拉制摻雜劑硅棒，降低了生產成本，并且通過簡單的計算也可以實現不合格品的回收再利用。不合格N型硅片的使用只需要將表面清洗干凈即可，無需其他的處理，回收率高，操作簡單方便，可用于P型半導體的批量生產。
本發明還提供了一種P型摻雜劑的制備方法，包括以下步驟將不合格N型硅片與硅料摻雜進行拉制，得到P型摻雜劑；所述不合格N型硅片為N型硅片硼擴散后的不合格N 型硅片。
所述不合格N型硅片與硅料同上所述，在此不再贅述。
其中，所述不合格N型硅片的用量滿足以下條件含單位量硼元素的不合格N型硅片的重量乘以鑄造P型摻雜劑所需硼元素的量。
所述不合格N型硅片的用量需滿足的條件具體為
測試不合格N型硅片的重量為α ；
跟蹤硼擴散工藝計算不合格N型硅片表面硼元素的含量為β ；5
根據硅料用量及P型半導體的電阻率計算拉制P型摻雜劑所需硼元素的量為Θ
不合格N型硅片的用量為δ ’，δ ’滿足以下條件δ ’ = θ ’ *α/β。
所述根據硼擴散工藝計算及所述計算拉制P型摻雜劑所需硼元素的重量同上所述，在此不再贅述。
所述拉制的方法為直拉法拉制，優選為使用單晶爐采用直拉法拉制。
本發明中制備P型摻雜劑的拉制方法同現有的摻雜劑的制備方法相同，不同之處在于其中摻雜的不是單質硼元素，而摻雜硼擴散工藝后不合格的N型硅片，降低了原料的成本。
為了進一步說明本發明，以下結合實施例對本發明提供的一種P型半導體、P型摻雜劑的制備方法進行詳細描述。
以下實施例中所用試劑及硅料均為市售。
實施例I
I. I利用硅料硼磷含量檢測儀測得硼擴散后不合格N型硅片的表面硼含量β為 I. 2Χ IO21個，不合格N型硅片的大小為156mmX 156mm，重量α為10g。
I. 2P型半導體電阻率的摻雜目標為I. 5Ω · cm,娃料的重量為400kg,根據娃摻雜軟件計算得到所需要硼原子Θ的個數為1.7X1021。
I. 3根據公式δ = θ*α/β計算不合格N型硅片用于鑄造P型半導體的添加量為 14g。
I. 4將14g I. I中的不合格N型硅片與400kg硅料混合鑄錠，得到P型半導體。
利用電阻率測試儀對1.4中得到的P型半導體進行測試，得到其實際電阻率為 I. 2 Ω · cm。
實施例2
2. I利用硅料硼磷含量檢測儀測得硼擴散后不合格N型硅片的表面硼含量β為 I. 2Χ IO21個，不合格N型硅片的大小為156mmX 156mm，重量α為10g。
2. 2P型半導體電阻率的摻雜目標為I. 5Ω · cm，硅料的重量為500kg，根據硅摻雜軟件計算得到所需要硼原子Θ的個數為2. 13X1021。
2. 3根據公式δ = θ*α/β計算不合格N型硅片用于鑄造P型半導體的添加量為 17. 75g。
2.4將17.75g 2. I中的不合格N型硅片與500kg硅料混合鑄錠，得到P型半導體。
利用電阻率測試儀對2. 4中得到的P型半導體進行測試，得到其實際電阻率為 I. 3 Ω · cm。
實施例3
3. I利用硅料硼磷含量檢測儀測得硼擴散后不合格N型硅片的表面硼含量β為 I. 2Χ IO21個，不合格N型硅片的大小為156mmX 156mm，重量α為10g。
3. 2P型半導體電阻率的摻雜目標為I. 5Ω · cm，硅料的重量為450kg，根據硅摻雜軟件計算得到所需要硼原子Θ的個數為I. 91 X 1021。
3. 3根據公式δ = θ*α/β計算不合格N型硅片用于鑄造P型半導體的添加量為 15. 75g。
3. 4將15. 75g 3. I中的不合格N型硅片與450kg硅料混合鑄錠，得到P型半導體。
利用電阻率測試儀對3. 4中得到的P型半導體進行測試，得到其實際電阻率為 I. 3 Ω · cm。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種P型半導體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 將不合格N型硅片與硅料摻雜進行鑄錠，得到P型半導體； 所述不合格N型硅片為N型硅片硼擴散后的不合格硅片。
2.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述硅料的要求為 純度彡6N,施主< 5ppba,受主< Ippma ； 表面金屬Fe ^ IOppbw, Cu ^ 2ppbw, Ni ^ 2ppbw, Cr ^ 2ppbw, Zn ^ 4ppbw,Na ^ 15ppbw ； 電阻率彡50 Ω · cm。
3.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述不合格N型硅片的用量滿足以下條件 測試不合格N型硅片的重量為α ； 跟蹤硼擴散工藝計算不合格N型硅片表面硼元素的含量為β ； 根據硅料用量及P型半導體的電阻率計算鑄造P型半導體所需硼元素的量為Θ ； 不合格N型硅片的用量為δ，δ滿足以下條件δ = θ*α/β。
4.一種P型摻雜劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 將不合格N型硅片與硅料摻雜進行拉制，得到P型摻雜劑； 所述不合格N型硅片為N型硅片硼擴散后的不合格硅片。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述拉制為直拉法拉制。
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述所述硅料的要求為 純度彡6Ν,施主< 5ppba,受主< Ippma ； 表面金屬Fe ^ IOppbw, Cu ^ 2ppbw, Ni ^ 2ppbw, Cr ^ 2ppbw, Zn ^ 4ppbw,Na ^ 15ppbw ； 電阻率彡50 Ω · cm。
7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述不合格N型硅片的用量滿足以下條件 測試不合格N型硅片的重量為α ； 跟蹤硼擴散工藝計算不合格N型硅片表面硼元素的含量為β ； 根據硅料用量及P型半導體的電阻率計算拉制P型摻雜劑所需硼元素的量為Θ ’ ； 不合格N型硅片的用量為δ’，6’滿足以下條件6’=0’*0/3。
全文摘要
本發明提供了一種P型半導體的制備方法，該方法將不合格N型硅片與硅料摻雜進行鑄錠，得到P型半導體，所述不合格N型硅片為N型硅片硼擴散后的不合格硅片。與現有技術制備硼硅母合金作為P型摻雜劑相比，首先，本發明使用硼擴散后的不合格N型硅片與硅料直接摻雜進行鑄錠，避免了硼硅母合金的高成本單晶爐拉制過程，降低了成本；其次，使不合格的N型硅片得到再利用，其成本與單質硼相比，也較低；再次，此制備過程較簡單，操作方便。
文檔編號C30B29/06GK102925964SQ20121049614
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者潘家明, 何廣川 申請人:英利能源(中國)有限公司