Разработка источников диффузионного легирования для производства кремниевых солнечных элементов

Образования таких пленок можно избежать, применяя разбавленный раствор борной кислоты. Результаты можно считать удовлетворительными, если после проведения процесса диффузии на поверхности полупроводниковой пластины кремния образуется цветная пленка, которая легко травится в водном растворе плавиковой кислоты.

3.2. Разработка и испытание поверхностного источника фосфора на основе спиртового раствора ортофосфорной кислоты

Для приготовления источника на основе спиртового раствора ортофосфорной кислоты растворы этилового спирта и кислоты смешивались в отношении 1:1.

Данный раствор наносился на полупроводниковые пластины кремния методом центрифугирования. После нанесения раствора пластины помещались на электропечь для удаления растворителя.

Далее проводился диффузионный отжиг при температуре 950°С. После проведения процесса диффузии на поверхности пластин кремния образовывалась цветная пленка фосфоросиликатного стекла. Опыт показал, что p - n переход в полупроводниковой пластине кремния при использовании данного источника примеси получится только в том случае, если после диффузии на поверхности пластин образуется цветная пленка.

Окрашивание после шлифовки лунок удобно проводить в смеси плавиковой и азотной кислот. При этом в раствор плавиковой кислоты необходимо добавить несколько капель разбавленной азотной кислоты. В результате на поверхности пластины кремния ободок у лунок потемнеет и можно под микроскопом легко определить хорду.

Для исследований источника были взяты четыре образца кремния p-типа с удельным сопротивлением с = 7 Ом•см, ориентации (111). После нанесения источника описанным способом данные образцы выдерживались в диффузионной печи заданное время.

Далее в таблице 3.2 приводятся результаты по определннию глубины залегания p - n перехода.

Таблица 3.2.

Зависимость глубины залегания p - n перехода от времени проведения диффузии для источника на основе ортофосфорной кислоты

По результатам, приведенным в таблице 3.2, можно построить график зависимости xj от времени диффузии.

Рис. 3.2. Зависимость глубины залегания p - n перехода от времени проведения диффузии (Т=950°С).

3.3. Исследование твердого планарного источника на основе нитрида бора

Диффузия с использованием твердого планарного источника носит также название диффузии из параллельного источника, так как полупроводниковые пластины кремния и твердый источник размещаются параллельно друг другу.

Для исследований был взят кремний n-типа (111) с удельным сопротивлением с = 2 Ом•см.

Особенностью твердого планарного источника на основе BN является то, что перед проведением процесса диффузии его необходимо окислить, чтобы на поверхности образовался тонкий слой B2O3. Во время проведения процесса диффузии пары B2O3 переходят в газовую фазу, реагируют с кремнием с образованием слоя боросиликатного стекла, из которого уже и идет диффузия бора в кремний.

Окисление твердого планарного источника на основе нитрида бора проводилось в диффузионной печи в атмосфере воздуха при температуре 950°С в течение 40 - 60 мин.

Расстояние между пластинами кремния и твердым источником нитрида бора выбиралось равным 1 -1,5 мм.

Диффузия проводилась в диффузионной печи в атмосфере воздуха, где пластины с источником выдерживались заданное время. Для исследований было взято двенадцать образцов, чтобы выявить зависимость глубины залегания p - n перехода не только от времени проведения, а также и от температуры проведения процесса.

Результаты по испытанию твердого планарного источника на основе нитрида бора приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3.

Зависимость глубины залегания p - n перехода от времени проведения диффузии для ТПИ на основе нитрида бора

Продолжение таблицы 3.3.

Продолжение таблицы 3.3.

Результаты, приведенные в таблице 3.3 можно представить на графике (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Зависимость глубины залегания p - n перехода от времени проведения диффузии: 1 - Т = 920°С; 2 - Т = 950°С; 3 - Т = 980°С.

Следует заметить, что дифузию с использованием твердого планарного источника на основе нитрида бора необходимо проводить в окислительной среде, для чего необходима газовая система. Это объясняется тем, что в процессе испытаний данного источника (при диффузии в атмосфере воздуха) после диффузии на поверхности полупроводниковых пластин кремния можно было наблюдать темные пленки, которые не удаляются химической обработкой. Эти пленки аналогичны приведенным в пункте 3.1 для диффузии с использованием поверхностного источника на основе спиртового раствора борной кислоты.

3.4. Разработка и испытание источника на основе легированного окисла

Для устранения недостатков диффузии с применением простых неорганических соединений их смешивают с SiO2, используя метод совместного осаждения из тетраэтоксисилана (ТЭС) - Si(OC2H5)4.

Здесь будет рассмотрен метод диффузии из легированного окисла при использовании в качестве исходного легирующего соединения ортофосфорной кислоты.

Исследование этого метода диффузии показало, что исключительно важное значение имеет технология приготовления пленкообразующего раствора. В исходный раствор на основе смеси этилового спирта, ортофосфорной кислоты, воды и нескольких капель сильно разбавленной соляной кислоты добавляется ТЭС. Количества взятых C2H5OH, H3PO4, H2O и Si(OC2H5)4 были взяты в соотношении соответственно 4 : 10 : 5 : 1.

Данный раствор обладает пленкообразующей способностью и применение его следует после некоторого времени, которое называется временем созревания раствора. В нашем случае раствор наносился на полупроводниковую пластину кремния после 1 - 2 минут отстаивания. Опыт показал, что после приготовления раствора в нем происходят изменения, которые приводят к существенному увеличению вязкости раствора.

В качестве исходной пластины кремния была взята пластина p-типа (100) с удельным сопротивлением 10 Ом•см. Раствор наносился на пластину методом центрифугирования при скорости вращения центрифуги 2750 об/мин.

Далее проводился процесс термодеструкции, в результате которого на пластине кремния должен образоваться слой фосфоросиликатного стекла. Для этого пластины кремния помещались в диффузионную печь при температуре 600 - 700°С и выдерживались в ней 1 - 2 мин.

Затем проводился диффузионный отжиг в атмосфере воздуха при температуре 950°С в течение 30 минут. После извлечения пластины кремния из печи ее необходимо обработать в водном растворе плавиковой кислоты. В результате химической обработки удаляется пленка фосфоросиликатного стекла, из которой шла диффузия фосфора в кремний.

Контроль параметров осуществлялся путем измерения глубины залегания p - n перехода методом сферического шлифа. В таблице 3.4 приведены результаты измерений.

Таблица 3.4.

Значение глубины залегания p - n перехода при диффузии из легированного окисла (Т = 950°С, t = 30 мин)

Если сравнить значение глубины залегания от времени при использовании поверхностного источника на основе легированного окисла с источником на основе спиртового раствора ортофосфорной кислоты, то можно заметить, что при одинаковых температурах и временах проведения диффузии, глубина залегания p - n перехода при использовании легированного окисла значительно выше. Это может быть объяснено зависимостью коэффициента диффузии от поверхностной концентрации легирующей примеси. В результате применения легированного окисла возможно получать более высокие поверхностные концентрации примеси, чем при использовании источника на основе спиртового раствора ортофосфорной кислоты.

Применение этого источника даст возможность получать диффузионные слои с заданными глубинами переходов при сравнительно низких температурах и меньшем времени проведения процесса диффузии, что очень важно в технологии изготовления кремниевых солнечных элементов.

4.ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ДИФФУЗАНТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУР КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Источники для диффузии бора и фосфора, разработанные в результате выполнения дипломного проекта могут быть применены в технологии изготовления кремниевых солнечных элементов. Так как были созданы источники как для диффузии бора, так и для диффузии фосфора, то это позволяет создавать кремниевые СЭ на основе исходных пластин кремния n- и p-типов. Кроме того данные источники можно применять для создания кремниевых солнечных элементов на основе кремния p-типа с текстурированной поверхностью.

4.1. Изготовление кремниевого СЭ на основе кремния p-типа

В качестве исходных пластин кремния были взяты пластины p-типа (100) с удельным сопротивлением 10 Ом•см. Особенностью создания солнечного элемента на таких пластинах является возможность проведения процесса диффузии на пластинах с текстурированной поверхностью. Были созданы как n+-p, так и n+-p-p+ СЭ. В качестве поверхностного источника для диффузии фосфора использовался спиртовый раствор ортофосфорной кислоты, в качестве поверхностного источника для диффузии бора - спиртовый раствор борной кислоты. Технология диффузии из этих источников описана в 3 разделе.

При создании СЭ с тыльным подлегированием диффузия проводилась в один процесс. Необходимо заметить, что при таком способе создания диффузионной структуры на фронтальной поверхности пластины образуются затеки после нанесения диффузанта для тыльной стороны пластины кремния.

Режимы проведения процесса диффузии были выбраны таким образом, что глубина эмиттерного перехода в n+-p СЭ составила 1 мкм, а в n+-p-p+ - 0,5 мкм.

4.2. Создание омических контактов на структурах солнечных элементов электрохимическим осаждением никеля

Для создания токосъемных контактов к структуре кремниевого солнечного элемента использовался метод электрохимического осаждения никеля. Фронтальный контакт выполнялся в виде сетки, а тыльный контакт - сплошным слоем.

Для создания маски для последующего осаждения никеля использовался химически стойкий лак ХСЛ. До нанесения ХСЛ пластины кремния обезжиривались кипячением в изопропиловом спирте в течение 10 - 25 сек с последующей сушкой в парах изопропилового спирта.

Осаждение контактного слоя никеля на свободные от ХСЛ участки структуры осуществляли электрохимическим способом с использованием электролита следующего состава (в пересчете на 1 л дистилированной воды):

NiSO47H2O - 45,4 г/л;

Na2SO410H2O - 60 г/л;

Н3ВО4 - 30 г/л.

Схема установки для электрохимического осаждения никеля приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема установки для электрохимического осаждения никеля: 1 - ванна; 2 - электролит; 3 - пластина кремния; 4 - пластинка никеля; 5 - амперметр; 6 - электронагреватель; 7 - блок питания.

В качестве анода электролитической ванны использовалась никелевая фольга толщиной порядка 200 мкм. Катодом служила сама кремниевая структура. В качестве источника постоянного тока использовался блок питания Б5-47/1, работающий в режиме стабилизации тока. Осаждение производилось при плотности тока 2 - 5 мА/см2 и температуре электролита 35°С в течение 2 - 3 мин.

После нанесения слоя никеля структуры промывались в дистиллированной воде и производилось механическое удаление защитного слоя лака ХСЛ. Для удаления остатков лака применялось кипячение пластин в толуоле.

4.3. Измерение основных параметров на структурах солнечных элементов

Наиболее важными характеристиками солнечных элементов являются световая и прямая темновая вольт-амперные характеристики (ВАХ) и спектральная чувствительность.

Основной параметр СЭ - световая нагрузочная ВАХ - позволяет определить генерируемую электрическую мощность по произведению Im•Um (максимальные рабочие ток и напряжение), оценить полноту использования потенциала запрещенной зоны по напряжению холостого хода, получить представление об уровне оптических и фотоэлектрических потерь по току короткого замыкания и коэффициенту заполнения ВАХ; рассчитать коэффициент полезного действия преобразования солнечной энергии в электрическую по отношению мощности, генерируемой СЭ, к мощности падающего солнечного излучения, которую можно измерить с помощью отградуированного эталонного солнечного элемента.

ВАХ идеальных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) может быть описана выражением:

(4.1)

где I и V - ток во внешней цепи и напряжение на сопротивлении нагрузки; Iф - фототок, генерируемый в полупроводнике солнечным излучением; Io - ток насыщения ФЭП, определяющийся механизмами генерационно-рекомбинационных явлений; А ? 1 - фактор качества выпрямляющего перехода; е - заряд электрона; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура.

В выражении (4.1) не учитываются некоторые важные характеристики реальных ФЭП, которые могут в значительной степени влиять на эффективность фотоэлектрического преобразования. К числу таких характеристик можно отнести последовательное сопротивление ФЭП Rп, определяющееся сопротивлением объема полупроводниковой базы, контактными сопротивлениями верхнего и нижнего токосъемных электродов и распределенным сопротивлением верхней (освещаемой) области перехода, а также шунтирующее коллекторный переход сопротивление Rш, на величину которого существенно влияют как технологические факторы, так и параметры используемого полупроводникового материала. Эквивалентная схема реального полупроводникового ФЭП с учетом названных паразитных сопротивлений и сопротивления нагрузки показана на рис. 4.2. Нетрудно показать, что в последнем случае ВАХ может быть описана соотношением [18]:

(4.2)

Рис. 4.2. Эквивалентная схема фотопреобразователя.

Рассмотрим более подробно физические процессы, определяющие эффективность преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию. На рис. 4.3 показана типичная ВАХ полупроводникового ФЭП, описываемая выражением 4.2.

Рис.4.3. Вольт-амперная характеристика солнечного фотопреобразователя.

Можно видеть, что по мере увеличения сопротивления нагрузки напряжение V фотопреобразователя монотонно увеличивается и при Rн > ? достигает определенного значения Vхх, величина которого зависит как от интенсивности солнечного излучения, так и от характеристик самого ФЭП. С другой стороны, ток I во внешней цепи при увеличении Rн вначале изменяется слабо, оставаясь примерно равным току короткого замыкания Iкз, а затем достаточно резко уменьшается при дальнейшем увеличении Rн . На ВАХ существует единственная точка M, в которой мощность Pm, отдаваемая ФЭП во внешнюю цепь, оказывается максимальной и равной площади следующего прямоугольника:

. (4.3)

Для характеристики внутренних потерь ФЭП обычно используют так называемый коэффициент заполнения ВАХ F, равный отношению Pm к произведению тока короткого замыкания ФЭП на напряжение холостого хода:

(4.4)

С учетом (4.4) КПД з полупроводникового фотопреобразователя может быть определен как отношение максимальной мощности, отдаваемой ФЭП во внешнюю нагрузку, к суммарной мощности солнечного излучения Pи, падающей на фотоприемную поверхность:

(4.5)

Определим коэффициент полезного действия n+-p СЭ с текстурированной поверхностью (см. 4.1). Для измерения мощности падающего на СЭ солнечного излучения использовался измеритель мощность ИМО 3. В момент измерений мощность падающего излучения составляла P0 ~ 70 мВт/см2.

При измерении световой нагрузочной ВАХ солнечного элемента были получены следующие значения напряжения и тока (табл. 4.1):

Таблица 4.1.

Результаты измерения световой нагрузочной ВАХ

По этим данным строится ВАХ фотопреобразователя (рис. 4.4):

Рис. 4.4. ВАХ n+-p СЭ с текстурированной поверхностью.

Из графика на рис. 4.2 определяем, что Vm=0,028 B, Im=0,3 mA. Площадь поверхности СЭ составила S=16 мм2, соответственно Pист=P0·S= 70 мВт/см2· 0,16 см2 = 11,2 мВт.

Фактор заполнения F считаем по формуле (4.4):

Коэффициент полезного действия солнечного элемента определяем по формуле (4.5):

Такой низкий КПД полученного солнечного элемента в большой степени определяется тем, что не удалось создать хорошего омического контакта. Кроме того, при диффузии с применением поверхностного источника на основе спиртового раствора ортофосфорной кислоты при нанесении раствора на пластину на тыльной стороне пластины образуются затеки. При проведении процесса диффузии на тыльной стороне пластины образуется p - n переход. Для снятия с тыльной стороны подложек слоя кремния с находящимся в нем в результате диффузии фосфором, приводящим к увеличению последовательного сопротивления СЭ на тыльном контакте необходимо применять, например, плазмохимическую обработку. Так как такой операции не было проведено, то можно сделать заключение, что образование на тыльной стороне p - n перехода существенно ухудшает электрофизические параметры СЭ.

ВЫВОДЫ

Одним из наиболее перспективных методов диффузионного легирования кремния для производства кремниевых солнечных элементов является диффузия из поверхностного источника. Особенностью этого метода является то, что создание слоя примесносиликатного стекла, из которого будет идти диффузия примеси в кремний, осуществляется до проведения процесса диффузии. Метод прост, не требует сложного оборудования, возможно проведение диффузионного отжига в атмосфере воздуха. Всвязи с этим, применение метода диффузии из поверхностного источника может удешевить технологию производства кремниевых СЭ.

В данном дипломном проекте рассматривалось несколько поверхностных источников диффузии, также был рассмотрен твердый планарный источник. Из поверхностных источников для диффузии бора и фосфора были достаточно полно изучены источники на основе спиртовых растворов борной и ортофосфорной кислот. Предложена технология проведения диффузии с использованием таких источников, которая позволяет надежно получать p - n переход в полупроводниковой пластине кремния.

Также были проведены опыты по наиболее перспективному из поверхностных источников - легированному окислу. Именно метод диффузии из легированного окисла представляет повышенный интерес в связи с промышленным применением в технологии производства кремниевых солнечных элементов. Большое внимание необходимо уделять технологии приготовления пленкообразующего раствора, соотношение компонентов смеси.

При использовании разработанного источника на основе ортофосфорной кислоты создан СЭ на кремнии с текстурированной поверхностью, измерены его электрофизические характеристики.

5. ОХРАНА ТРУДА

Закон Украины "Об охране труда" (новая редакция 2002 г.) определяет основные положения по реализации конституционного права граждан на охрану их жизни и здоровья в процессе трудовой деятельности, регулированием отношений между работником и владельцем предприятия и устанавливает единый порядок организации охраны труда Украины.

Охрана труда - это система правовых, социально-экономических, организационно-технических, санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических мер и средств, направленных на сохранение здоровья и трудоспособности человека в процессе труда.

5.1. Анализ условий труда

Во время выполнения экспериментальной части дипломного проекта требуется присутствие в лаборатории технологии полупроводниковых приборов. В лаборатории, где происходит изготовление солнечных элементов согласно определенному технологическому процессу, существует несколько опасных и вредных групп факторов, которые согласно ГОСТ 12.0.003-74, можно разделить на:

- физические;

- химические;

- биологические;

- психологические;

В рабочем помещении имеют место следующие факторы:

1. Группа физических факторов: а) недостаток естественного света; б) электроопасность; в) пожароопасность.

2. Группа химически опасных факторов: а) химические жидкости, например, кислоты (HCI, HNO3, HF), щелочи (KOH, NaOH) и другие вещества; б) горючие и легковоспламеняющиеся вещества (спирты, ацетон, бензин); в) наличие оловянно-свинцовых припоев в разогретом состоянии.

3. Психологические факторы: а) нервно-психологические перегрузки; б) монотонная работа; в) работа, требующая повышенного внимания.

Недостаток освещения приводит к перенапряжению и быстрому утомлению органов зрения, что влечет за собой производственные травмы, снижает общую работоспособность организма, снижается производительность труда, увеличивается количество брака, способствует потере зрения.

Воздействие электрического тока может вызвать тяжелые последствия для организма человека, вплоть до смертельных случаев.

Химические вещества, используемые в технологических процессах, представляют опасность для здоровья, вызывают ожоги, головную боль, тошноту, различного рода отравления, сердцебиения. Например, специфика дипломного проекта предусматривает частое использование плавиковой и азотной кислот. Плавиковая кислота сильно ядовита, пары вызывают раздражение кожи, глаз и дыхательных путей. Азотная кислота при непосредственном контакте с кожей вызывает кислотный ожог, при вдыхании паров слабое отравление выражается в головной боли, головокружении, шума в ушах, сонливости.

Не правильное применение легковоспламеняющихся веществ может привести к пожару. Пожар опасен как вследствие возможности получения термического ожога, так и вдыхание вредных продуктов горения.

Нервно-психологические перегрузки, монотонная работа могут привести к депрессии, перевозбуждения мозга и как следствие - к снижению производительности труда.

Выявленные опасные и вредные факторы вызывают необходимость технических, технологических, организационных и противопожарных мероприятий.

Технические мероприятия: оснащение технического и вспомогательного оборудования ограждениями, предупредительными приспособлениями, сигнальными приборами, постоянный контроль за состоянием узлов и механизмов, органов управления, своевременный ремонт и испытания, применение спецодежды.

Организационные мероприятия: улучшение работы по обучению и инструктажу персонала, усиление надзора по охране труда, правил и норм безопасности.

Противопожарные мероприятия: блокировки, сигнализация, герметизация электроустановок.

5.2. Электробезопасность

Согласно ПУЭ и ГОСТ 12.1.013-78 помещение лаборатории технологии полупроводниковых приборов относится к первому классу - без повышенной опасности. Основным оборудованием, используемым в экспериментальной части дипломного проекта является электропечь СУОЛ-044 12-М2-У42. Технические характеристики электропечи: напряжение 220 В, мощность 2,5 кВт. Согласно ГОСТ 12.2.007.0-75.ССБТ. данная электропечь относится к I классу.

Согласно ГОСТ 12.1.019-79 электробезопасность в рабочем помещении обеспечивается: конструкцией установок и технически-организационными мероприятиями.

Должны применяться следующие технические способы и средства: защитное заземление, малое напряжение, выравнивание потенциалов.

5.3. Расчет защитного заземления

Согласно ГОСТ 12.1.030-81 защитное заземление должно обеспечить защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением.

Заземлением называется преднамеренное соединение электроустановок с заземляющим устройством.

Заземлителем называется проводник, находящийся в соприкосновении с землей или ее эквивалентом.

Заземляющим проводником называется проводник, соединяющий заземленные части с заземлителем.

Совокупность соединяющих проводников и заземлителей называется заземляющим устройством. Для установок мощностью не более 100 кВт сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 10 Ом, для установок мощностью более 100 кВт - 4 Ом.

Рассчитаем сопротивление одиночного заземлителя (электрода). Для вертикального электрода из круглой арматуры сопротивление растекания тока одиночного заземлителя рассчитывается по формуле :

, (5.1)

где - удельное сопротивление грунта, Ом м;

l - длина электрода, м;

t- заглубление электрода, м;

d - диаметр одиночного вертикального заземлителя, м.

Заглубление электрода t равно:

, (5.2)

где h - расстояние от вершины электрода до поверхности земли, м.

При проектировании заземляющих устройств учитывается коэффициент сезонности (f), который показывает изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от погодных и климатических условий. С учетом длины электрода и климатической зоны III f =1,2

;

l = 5 м;

d = 0,03м;

h = 0,6 м;

0= 100 .

Подставим указанные значения в формулу (5.2) и вычислим значение t:

м

Подставляем найденные значения в формулу (5.1) и получаем результат:

Необходимое количество заземлителей определим, исходя из наибольшего допустимого сопротивления заземляющего устройства. Примем коэффициент использования заземлителей равным 0,63.

; (5.3)

где NЗ - необходимое количество заземлителей, шт.;

RЗАЗ - наибольшее допустимое сопротивление заземления, Ом;

З - коэффициент использования заземлителей.

Примем значение RЗАЗ = 10 Ом ; З= 0,63.

Рассчитаем теперь сопротивление растекания тока горизонтальных заземляющих соединительных проводников:

, (5.4)

где RГ - сопротивление горизонтальных соединительных проводников, Ом;

- удельное сопротивление грунта с учетом f, Омм;

l1 - длина заземляющего проводника, м;

b - ширина стальной соединительной полосы (горизонтального соединителя);

b = 0,02 м;

t1 - глубина заземляющего проводника, м.

t1 = h = 0,6м.

Длина заземляющего проводника рассчитывается по формуле:

, (5.5)

где l' - расстояние между заземлителями, м;

NЗ - необходимое количество заземлителей.

Расстояние между заземлителями определим по формуле :

, (5.6)

где l - длина электрода, м.

Найденное значение l' подставляем в формулу (5.5) и находим значение l1:

.

Подставим найденные значения l1 и l' в формулу (5.4) и найдем значение сопротивления горизонтальных соединительных проводников:

.

Общее сопротивление группового заземления Rгр рассчитаем по формуле :

, (5.7)

где Г = 0,77 - коэффициент использования горизонтального полюсового электрода для 4 вертикальных электродов размещенных в ряд (круглая арматура).

.

Поскольку R ГР< RЗАЗ (5,52 < 10), значит заземляющее устройство рассчитано верно.

5.4. Техника безопасности при работе с химическими веществами

При выполнении дипломной работы приходилось работать с различными химическими реактивами.

Во время работы в химической лаборатории необходимо соблюдать следующие мероприятия:

- не пробовать на вкус химические вещества;

- на операциях, где выделяются вредные вещества, работу производить только при включенной вентиляции;

- использовать при работе специальную одежду;

не хранить, не принимать пищу в рабочих помещениях.

Хранение химических веществ должно производиться с учетом их свойств и правил совместного хранения. Общая вентиляция должна включаться за 15 - 20 минут до начала работы и выключаться за 20 - 30 минут до окончания рабочего дня. Вытяжное устройство рассчитывается так, чтобы скорость всасывания воздуха в сечении открытых дверцах шкафа была в пределах 0,5 - 0,7 м/с, а при работе с особо вредными веществами до 1 - 1,5 м/с.

В работе из кислот используются плавиковая, азотная и фосфорная кислоты. При попадании на кожу они могут вызвать ожог, поэтому операции с использованием этих кислот необходимо проводить в резиновых перчатках. Переливать кислоты из бутылки неосходимо используя качалки, сифоны и другие приспособления, предотвращающие разбрызгивание их. Пролитые на пол кислоты или другие химические растворы следует немедленно нейтрализовать специальным раствором и при уборке использовать опилки.

Безопасная работа с органическими растворителями, кислотами, щелочами включает:

При использовании давления оно не должно превышать 0,2 атмосферы.

Бутылки с кислотами и щелочами должны находиться в исправных корзинах, устланых соломой или другими материалами (стружка), пропитанных раствором хлористого кальция.

Фтористоводородная (плавиковая) кислота разъедает стекло, поэтому должна храниться в парафиновых или эбонитовых сосудах.

Безопасная работа с легко воспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ):

1. Все операции с ЛВЖ должны производиться с малым количеством в вытяжных шкафах.

2. Для нагрева ЛВЖ следует применять закрытые электронагревательные приборы.

3. При случайных проливах ЛВЖ необходимо выключать нагревательные приборы, место пролива засыпать песком.

4. В случае воспламенения горючей жидкости необходимо:

а) немедленно выключить вентиляцию и нагревательные приборы;

б) вынести из помещения все сосуды с огнеопасными веществами;

в) применить наиболее эффективные средства тушения, руководствуясь противопожарной инструкцией.

5. Запрещается выливать в канализацию горючие жидкости, не смешивающиеся с водой, так как они легче воды и образуют на поверхности пленку.

5.5. Освещенность рабочего места

Правильно спроектированное и выполненное производственное освещение улучшает условия зрительной работы, снижает утомляемость, способствует безопасности труда, снижает травматизм.

В лаборатории технологии полупроводниковых приборов, где выполняется экспериментальная часть дипломного проекта, имеет место совмещенное освещение, которое состоит из естественного бокового и искуственного (представленного газоразрядными лампами). Искуственное освещение имеет равномерный и локализованный характер.

Исходя из выполняемой работы помещения полупроводникового производства согласно СНиП П-4-49 относятся к помещениям с высокой точностью - объект различения 0,3 - 0,5 мм.

Непостоянство - большой недостаток естественного освещения. Величина естественного освещения зависит от времени года, времени суток и технологических условий. Естественное освещение характеризуется отвлеченной величиной - коэффициентом естественной освещенности (КЕО), равным отношению освещенности точки внутри помещения к одновременной наружной горизонтальной освещенности, создаваемой рассеянным светом полностью открытого небосвода, в процентах:

l=(Eвн/Eнар)•100 (5.8)

Нормированное значение КЕО для зданий, располагаемых в I, II, IV и V поясах светового климата, в зависимости от характеристик зрительных работ, системы и вида освещения определяется согласно СНиП II-4-79 по формуле [19]:

lнI,II,IV,V=lнIII•m•C, (5.9)

где lнIII - значения КЕО для зданий, располагаемых в I, II, IV и V полосах светового климата; m - коэффициент светового климата; С - коэффициент солнечного климата.

По данным таблиц [20] определяем, что Херсонская область принадлежит к IV поясу светового климата, lнIII=3 %, m=0,9, C=0,85 (при зрительной работе, относящейся к III категории). Подставляя значения в (5.9) получим:

lнIV=3•0,9•0,85=2,3 %

При боковом естественном освещении нормируется минимальное значение КЕО lmin. Для III категории зрительных работ lmin=2,0 [20].

Следует отметить, что зрительные работы, которые проводятся в вытяжных шкафах, относятся согласно СНиП П-4-79 к I группе.

5.6. Оздоровление воздушной среды

Одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда является обеспечение чистоты воздуха и нормальных метеорологических условий в рабочих помещениях.

Согласно ГОСТ 12.1.005-76.ССБТ. производственные цеха и лаборатории полупроводникового производства относятся к помещениям с незначительным избытком тепла (до 23 Дж/м2) и категории I (легкие физические работы).

Согласно ГОСТ 12.1.005-76.ССБТ. устанослены оптимальные нормы метеоусловий в рабочих зонах:

Таблица 5.1

Нормальные параметры воздушной среды

Для обеспечения нормальных температурных условий труда применяется водяное отопление. Следует заметить, что дополнительный источник тепла может создавать электропечь, работа которой будет повышать температуру воздуха в помещении. В холодное время года температура в лаборатории технологии полупроводниковых приборов ниже значений, приведенных в таблице 5.1. Поэтому необходимо в таком случае использовать электронагревательные приборы для поддержания нормальной рабочей температуры.

Ввиду наличия вредных веществ в воздухе производственного помещения или лаборатории, применяется общеобменная и местная механическая вентиляция, а в местах больших скоплений (на участках химической обработки материалов) применяются вытяжные шкафы.

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны согласно ГОСТ 12.1.005-76 не должно превышать установленных ПДК. В экспериментальной части дипломного проекта использовались плавиковая (HF), азотная (HNO3) и ортофосфорная(H3PO4) кислоты. ПДК в воздухе в рабочем помещении для HF составляет 1мг/м3, для HNO3 - 25 мг/м3, для H3PO4 ПДК не определен, так как благодаря своим физико-химическим свойствам она имеет ничтожно малое давление паров. Согласно ГОСТ 12.1.005-76.ССБТ. пары HF относятся к 2 классу опасности , пары HNO3 - к 4 классу опасности.

5.7. Пожарная безопасность

Пожары представляют опасность не только для человека, но и для окружающей среды, ввиду вредных выбросов как продуктов горения, так и вредных веществ, используемых в данном производстве. Пожарная безопасность может быть обеспечена мерами пожарной профилактики и активной пожарной защиты.

Цеха и лаборатории, в которых имеются легковоспламеняющиеся и взрывоопасные вещества относятся к взрывоопасному производству. Согласно СНиП П-90-81 лаборатории и цеха электронной промышленности относятся к категории Б, потому что химические вещества, применяемые в технологическом процессе, а также их модификации, в которых они участвуют в производственном цикле, представляют собой опасность возгорания и взрыва. Согласно СНиП П-2-80 такие цеха и лаборатории также требуют конструкцию зданий, которые относятся к I категории огнестойкости.

При проведении экспериментов из огнеопасных химических веществ используются изопропиловый и изобутиловый спирты. При классификации жидкостей по воспламеняемости, а также при классификации производств, помещений и установок по пожаровзрывоопасности используется такая характеристика, как температура вспышки, которая для различных веществ определена в ГОСТ 12.1.021-80. Также, согласно ГОСТ 12.1.004-76 в зависимости от температуры вспышки горючие вещества подразделяются на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ). Исходя из вышеприведенных ГОСТов определяем:

- изопропиловый спирт относится к категории ЛВЖ, II разряду, характеристика - постоянно опасный;

- изобутиловый спирт относится к категории ЛВЖ, III разряду, характеристика - опасен при повышенной температуре.

Основной способ прекращения горения в производственном помещении - механический срыв пламени в результате воздействия на него струи воды. Запас воды в емкостях всегда присутствует в помещении лаборатории технологии полупроводниковых приборов. Также в лаборатории присутствует огнетушитель порошковый унифицированный ОПУ-2-03.

Кроме того, пожарная защита обеспечивается максимально возможным применением негорючих веществ и материалов; ограничением количества горючих веществ, изоляцией горючей среды; предотвращением распространения пожара за пределы очага; эвакуацией людей; применением средств индивидуальной и коллективной защиты; применением средств пожарной сигнализации и средств извещения о пожаре.

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Основной задачей экономических расчетов является определение себестоимости получаемой продукции (в данной работе создание p-n переходов в солнечном элементе методом диффузии из поверхностного источника). Для этого производится калькуляция затраченных средств на производство данного продукта в расчете на 5000 пластин (пластины диаметром 100 мм).

Данные расчетов сведены в следующих таблицах:

таблица 6.1 - основная таблица,

таблица 6.1,а - налоги,

таблица 6.2 - зарплата,

таблица 6.3 - материалы, полуфабрикаты и комплектующие.

Таблица 6.1.

Основная (сводная) таблица

Общая сумма зарплаты берется из таблицы 6.2. Сумма затрат на материалы, полуфабрикаты берется из таблицы 6.3. Транспортные расходы составляют 5 % от заработной платы. Начисления на фонд заработной платы составляет 37 % от заработной платы. Накладные расходы составляют 100 % от заработной платы. Командировочные и работа сторонних организаций отсутствуют. Себестоимость продукта определяется как сумма всех выше перечисленных затрат. Прибыль составляет 25 % от себестоимости. Цена работы считается как сумма себестоимости и прибыли.

Таблица 6.1,а

Налоги

Налоги на добавленную стоимость (НДС) составляют 20 % от суммы заработной платы, накладных расходов, командировочных, работы сторонних организаций и прибыли. Так как командировочные и робота сторонних организаций отсутствует, то следовательно и затраты на эти статьи будут равны нулю.

Налоги на прибыль определяются как 30 % от заработной платы.

Все налоги вычисляются согласно Закону Украины «О налогообложении прибыли».

Таблица 6.2.

Зарплата

Оклады у работников и специалистов выбираются согласно штатному расписанию ДП “Дніпро-напівпровідники”. Инженер-технолог и оператор за месяц выпускают 5000 пластин с созданной диффузионной структурой.

Калькуляция и количество затраченных материалов приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3.

Полуфабрикаты и расходные материалы (в расчете на 5000 пластин)

Данные химические вещества необходимы для проведения процесса диффузионного легирования при создании n+-p-p+ кремниевого солнечного элемента. Приведенные количества веществ позволяют создать 5000 таких пластин.

В полупроводниковой промышленности экономические параметры удобнее определить в расчете на 1000 пластин. При пересчете на 1000 пластин себестоимость составит 493,02 грн, прибыль - 123,26 грн, цена работы - 616,28 грн, налоги - 99,27 грн.

ЛИТЕРАТУРА

1. Литовченко В.Г., Попов В.Г., Свечников С.В. Солнечные фотоэлементы на основе аморфного кремния // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 1983, вып. 3, с. 3 - 12.

2. Августимов В.Л., Белоусова Т.Н., Власкина С.И., Свечников С.В., Шаповал З.И., Шейкман М.К. Современное состояние фотопреобразования энергии с использованием кремниевых солнечных элементов (обзор) // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 1995, вып. 30, с. 120 - 147.

3. Готра З.Ю., Осадчук В.В., Кучмий Г.Л. Диффузионное легирование в современной технологии кремниевых ИС // Зарубежная электронная техника. - 1990.-№ 5(348). - с. 5 - 63.

4. Богдановский Ю.Н., Гасько Л.З., Коледов Л.А., Пих В.С. Твердые планарные источники для диффузии в технологии полупроводниковых приборов и ИС // Зарубежная электронная техника. - 1982.-№ 8(254),-с.60 - 90.

5. Малышева И.А. Технология производства интегральных микросхем: Учебник для техникумов.- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1991. - 344 с.

6. Мазель Е.З., Пресс Ф.П. Планарная технология кремниевых приборов. -М.: Энергия, 1974. - 384 с.

7. Основы технологии кремниевых интегральных схем. Окисление. Диффузия. Эпитаксия. Пер. с англ. под ред. Р.Бургера и В.Донована. - М.: Мир, 1969. - 452 с.

8. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов. - М.:Высшая школа, 1974. - 400 с.

9. Гук Е.Г., Ельцов А.В., Шуман В.Б., Юрре Т.А. Фоторезисты-диффузанты в полупроводниковой технологии. - Л.: Наука, 1984. -118 с.

10. Евсеев Ю.А. Полупроводниковые приборы для мощных высоковольтных преобразовательных устройств. - М.: Энергия, 1978. - 192 с.

11. Курносов А.И. Материалы для полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Высшая школа, 1980. - 327 с.

12. Аппен А.А. Химия стекла. - Л.: Химия, 1970. - 300 с.

13. Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов. - М.: Высшая школа, 1990. - 423 с.

14. Борисенко А.И., Новиков В.В., Приходько И.Е. и др. Тонкие неорганические пленки в микроэлектронике. - Л.: Наука, 1972. - 114 с.

15. Вредные вещества в промышленности. Спровочник для химиков, инженеров и врачей. Под общ. ред. И.В.Лазарева. - М.-Л.: Химия, 1965, т.2. - 622 с.

16. Гаврилов Р.А., Скворцов А.М. Технология производства полупроводниковых приборов. - Л.: Энергия, 1968. - 240 с.

17. Блинов И.Г., Кожитов Л.В. Оборудование полупроводникового производства. - М.: Машиностроение, 1986. - 264 с.

18. Колтун М.М. Оптика и метрология солнечных элементов. - М.: Наука, 1985. - 280 с.

19. Кузнецов И.Е. и др. Охрана труда в текстильной промышленности. - К.: Техника, 1985. - 167 с.

20. Долин П.А. Справочник по технике безопасности. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 824 с.

 Рецензия

На дипломную работу:

«Разработка источников диффузионного легирования для производства кремниевых солнечных элементов» Гречаника В.А.

студента группы 5Ф специальности 7.0908.04

«физическая и биомедицинская электроника».

Актуальность данной работы заключается в создании источников диффузионного легирования кремния для промышленного изготовления кремниевых солнечных элементов. Основное внимание уделено поверхностным источникам диффузии бора и фосфора в кремний.

Были разработаны и исследованы поверхностные источники бора и фосфора на основе спиртового раствора борной и ортофосфорной кислот. Также был исследован твердый планарный источник на основе нитрида бора.

Помимо поверхностных источников на основе простых неорганических соединений было начато исследование поверхностного источника на основе легированного окисла. Даны рекомендации по приготовлению пленкообразующего раствора.

Пояснительная записка написана грамотным техническим текстом.

Сделаны выводы и даны рекомендации.

Дипломная работа студента группы 5Ф Гречаника В.А. заслуживает оценки «отлично», а сам студент - присвоения квалификации «специалист физической и биомедецинской электронники».

Ведущий инженер

НАН Украины Н.А. Самойлов

ОТЗЫВ

на дипломный проект студента группы 5Ф факультета кибернетики ХГТУ Гречаника Владимира Александровича

на тему: Разработка источников диффузионного легирования для производства кремниевых солнечных элементов

по специальности 7.0908.04 "Физическая и биомедицинская электроника "

Дипломное проектирование студента Гречаника Владимира Александровича посвящено проблемам разработки и исследования источников диффузионного легирования кремния. В нем раскрыты основные источники примесей, имеющие практическое применение в технологии диффузии.

Данный дипломный проект содержит введение, шесть разделов, выводы и список использованных источников. Пояснительная записка содержит 102 страницы текста, 17 иллюстраций, 11 таблиц.

Результатом дипломного проектирования является создание источников примесей бора и фосфора для легирования кремния. Были разработаны и исследованы поверхностные источники на основе спиртовых растворов борной и ортофосфорной кислот.

Результаты дипломного проекта являются актуальными и представляют практическую ценность в технологии изготовления кремниевых солнечных элементов.

В процессе написания дипломного проекта студент выявил способность самостоятельно и творчески работать над научно-технической литературой, показал достаточный уровень инженерной квалификации, дисциплинированность и организованность в решении поставленных перед ним задач.

Дипломный проект имеет творческий и самостоятельный характер, логически структурирован, а также выполнен в полной форме в соответствии с поставленными руководителем задачами в полном объеме и в установленные для этого сроки.

Считаю, что по результатам написанного дипломного проекта студент Гречаник Владимир Александрович полностью подготовлен к самостоятельной инженерной деятельности. Рекомендую оценить дипломный проект как выполненный на "отлично", а студенту присвоить звание специалиста по электронике.

Руководитель дипломного проекта

к.т.н., доцент В.Н. Литвиненко

Страницы: 1, 2, 3, 4