عنوان پایان‌نامه
آنالیز و مشخصه یابی فرایند نفوذ بور
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2712;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69340
- تاریخ دفاع
- ۲۲ دی ۱۳۹۳
- دانشجو
- پروین ابراهیمی
- استاد راهنما
- ابراهیم اصل سلیمانی, محمدرضا کلاه دوز اصفهانی
- چکیده
- افزایش جمعیت جهان و نیاز روز افزون به انرژی از یک طرف، کاهش منابع سوخت‌های فسیلی و آلودگی روز افزون محیط زیست از سوی دیگر، محققان را به پژوهش درخصوص جایگزین جدید انرژی وا داشت؛ در این میان انرژی خورشیدی با توجه به در دسترس بودن و عدم آلودگی جایگاه ویژه‌ای دارد. سلول‌خورشیدی با استفاده از اثر فتوولتائیک، انرژی فوتون‌های نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. برای ساخت سلول‌خورشیدی یکی از مراحل مهم ایجاد ساختار p-n است. یکی از روش‌های ایجاد ساختار p-n استفاده از کوره‌ی نفوذ است. در این پایان‌نامه نفوذ بور بر روی بسترهای نوع n با استفاده از منبع برون تری برماید صورت گرفته است. همچنین، اثر تغییر سیستماتیک دما، زمان و جریان گازها بر مشخصه‌ی نفوذ بررسی شد. بهینه سازی مشخصات امیتر بور می‌تواند بازدهی سلول خورشیدی سیلیکونی نوع n را بهبود بخشد. پس از فرآیند نفوذ پارامترهای: مقاومت سطحی، یکنواختی، طول‌عمر، تراکم و عمق نفوذ حامل‌ها اندازه‌گیری شد. به منظور بررسی اثر هر یک از متغیرهای ورودی بر روی مقادیر اندازه‌گیری شده از طرح فاکتوریل بهره گرفتیم. طرح فاکتوریل یک روش مهم برای تعیین اثر سطوح مختلف متغیرهای چند سطحی و نیز اثرهای متقابل آن‌ها بر روی یک متغیر پاسخ است. طرح فاکتوریل می‌تواند تعداد آزمایش‌های انجام شده به منظور مطالعه‌ی عوامل چندگانه را کاهش دهد. با استفاده از تحلیل واریانس، روابط بین هر یک از متغیرهای پاسخ (مقاومت‌سطحی، یکنواختی، طول‌عمر، تراکم و عمق حامل‌ها) و متغیرهای ورودی تعیین شد. تحلیل‌ها حاکی از تاثیر گذاری بیشتر دما و جریان BBr3 بر روی خروجی‌ها بودند. بر این اساس افزایش دما از 900 به 950 درجه‌ی سانتیگراد باعث: کاهش مقاومت سطحی به میزان 46/295، کاهش یکنواختی به مقدار 53/39، افزایش معکوسِ مجذورِ طول عمر(1/^2 ) به میزان (µs)^(-2)05/0، کاهش معکوسِ جذرِ عمق نفوذ (1/(x_j )) به میزان (µm)^(-0/5)45/0 و افزایش جذر تراکم سطح ((C_s )) به میزان0/95(×10^19 cm^(-3))^(0/5) می‌شود. همچنین افزایش جریان BBr3 از sccm200 به sccm 300 منجر به کاهش مقاومت سطحی به میزان / 39/51، کاهش معکوسِ جذرِ عمق نفوذ به میزان(µm)^(-0/5)09/0 و افزایش جذر تراکم سطح به میزان 0/3(×10^19 cm^(-3))^(0/5) می‌شود. نفوذ بور با استفاده از برون تری برماید احتیاج به یک مرحله زدایش برای نفوذ تنها در یک سمت نمونه دارد؛ از این رو در ادامه برای نفوذ بور، روش SOD را با استفاده از منبع اسیدبوریک به‌کار بردیم. ترکیب اسیدبوریک و آب طی چرخش با دورهای مختلف بر روی نمونه قرار گرفت. با استفاده از این منبع، دمای مناسب جهت خروج حلال و سرعت چرخش را مورد بررسی قرار دادیم. با ترکیب نسبت‌های متفاوت اسید بوریک و آب پارامترهای مقاومت‌سطحی، طول‌عمر، تراکم و عمق نفوذ حامل‌ها را مشخصه‌یابی کردیم؛ همچنین این روش به ساخت نمونه‌هایی با نواحی نفوذ انتخابی منجر شد.
- Abstract
- Growth in the world’s population increasing need for energy and on the one hand decrease in fossil fuel resources and increasing environmental pollution, have made research’s look for new energies to replace the old ones, among which solar energy is of particular significance due to its availability and being a clean source of energy which doesn’t pollute the environment. Solar cells turn the energy of the photon to electric energy using photovoltaic. To make solar cells, creating p-n structure is one of the most important processes. One of the methods of creating p-n structure is using diffusion furnace. In this thesis, boron diffused in n-type substrate using Boron triboromide source. In this study the effect of changes in temperature, time and gas flow on diffusion characteristics were investigate. Optimizing the characterization of boron emitter characteristics can increase the efficiency of n-type solar cell. After diffusion process the parameters of sheet resistance, uniformity, lifetime, surface concentration and junction depth were measured. In order to investigate the effect of each input variable on the measure amount, we used factorial design method. Factorial design is a significant method to determine the effects of different levels of multi-level variable and the effects of their interaction on a response variable. Factorial design can reduce the number of the experiments which are carried out to study multiple factors. Using the analysis of variance, we determined the interaction between each response variable (sheet resistance, uniformity, lifetime, surface concentration and junction depth) and input variables. Statistical models show that Temp and BBr3 flow have more effects on responses. In this regard, an increasing in temperature from 900 to 950 C leads to a decrease in sheet resistance by 295.46 , a decrease in uniformity by 39.53 , an increase in reverse square of lifetime (1/^2 ) by 0.05 (µs)^(-2), a decrese in reverse square root of junction depth (1/(x_j )) by 0.45(µm)^(-0/5) and an increase in square root of surface concentration ((C_s )) by 0.95 (×10^19 cm^(-3))^(0/5). Also an increasing in BBr3 flow from 200 to 300 SCCM can lead to decrease in sheet resistance by 51.39 /, a decrease in reverse square root of junction depth by 0.09 (µm)^(-0/5) and an increase in square root of surface concentration by 0.3(×10^19 cm^(-3))^(0/5). Boron diffusion using BBr3 needs one additional etching step in order to diffuse one side of the sample. Therefore, we used spin-on dopants (SOD) process (using boric acid source). The boric acid solutions with various concentrations can be prepared by dissolving different amount of the boric acid in DI water. The boric acid solution was spin-coated on the wafer; therefore, we investigated the appropriated rotation speed and temperature to drive out the excess solvents. Furthermore, using different concentration of acid boric and DI water, the resulting diffusion samples were characterized by measuring the sheet resistance, lifetime and concentration profile. Finally, using this method, we were able to produced samples with selective diffusion parts.
