Four de diffusion
Koyo Thermo Systems

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Four de diffusion

Diffusion et Dopage

Un semi-conducteur est un matériau qui est conducteur à des conditions spéciales, contrairement aux métaux qui sont conducteurs permanentes et isolateurs qui sont non-conducteurs. Semi-conducteurs typiques sont le silicium et le germanium (4ème groupe du PSE). Semi-conducteurs composés sont III/V semi-conducteurs comprenant des éléments du groupe 3ème et 5ème du tableau périodique des éléments PSE, comme Galliumarsenide GaAs ou Indiumphosphide InP. Semi-conducteurs composés II/VI sont constituée par des éléments du 2ème et 6ème groupe de PSE comme Cadmiumsulfide CdS. Afin d'ajuster la conductivité de ces semi-conducteurs, des petite quantités de dopants sont injectés dans le matériau en vrac, qui ont généralement un électron de plus ou moins en comparaison avec le matériau principal. Électrons excessifs sont disponibles et le résultat est négatif n-conductivité ou des électrons sont disparues. Trous conduire à un effet positif p-conductivité.
Le silicium est le matériau semi-conducteur le plus utilisé et pour n-dopage phosphore est utilisé fréquemment. P-dopage est effectué avec du bore en général.

Le dopand est insérée dans le silicium par diffusion dans un four de diffusion. Le dopage peut être réalisé par le dopage source solide (dopage des plaquettes), par le liquide source comme par exemple le dopage TMB (triméthylborate, (CH3O)3B) ou TMP (triméthylphosphite, (CH3O)3P) ou d'oxychlorure de phosphore POCl3 et par le dopage gazeux comme borane BH3, phosphane PH3. POCl3, TMB et TMP ont gagné l'acceptation significative. Les prestations sont la facilité de la manipulation d'une source liquide, de moins dangers pour la santé et pureté améliorée. Le liquide est fourni dans un bulleur. L'azote passe à un bien définie température par le liquide et porte le dopant. Les températures typiques de dopage sont de 800 - 900°C. Recuit étapes permettent l'activation et la diffusion des dopants dans le silicium.

Des Fours

2 techniques sont utilisées:
1- Dépôt d'un film de verre de phosphore et diffusion par traitement thermique dans un four à passage : conveyor furnace. Le film préalablement déposé devra être ensuite enlevé.
2- Utilisation d'un gaz réactif (POCl3) dans un four de diffusion à haute température: horizontal furnaces. C'est aujourd'hui cette méthode qui est la plus utilisée.

four à passage   four horizontal

Le modèle de four Koyo Thermo Systems 206, conçu pour ce type d'application et permettant de traiter des plaques jusqu'à 150 mm de diamètre répond tout à fait aux spécifications du procédé de diffusion. Les éléments chauffants (LGO) montés sur le four possèdent une masse thermique très faible et offrent la possibilité de réduire sensiblement le temps de procédé ainsi que de limiter la consommation d'énergie. Le liquide POCl3 est conditionné dans un bulleur à azote. L'azote se charge en POCl3 dans des conditions de température contrôlée et est acheminé jusque dans le tube réacteur. La température de dopage type est comprise entre 800 et 900°C.

Pour des procédés plus exigeants (profil de dopage, homogéneïté) ou des équipements automatiques, des fours verticaux, fours verticaux sont disponibles. La plus petite version d'un tube vertical Koyo Thermo Systems peut être intégrée, de par sa taille et son prix très réduits, dans une ligne de recherche et développement. Le modèle VF1000, conçu comme un four à capacité réduite (mini-batch), permet un chargement manuel et reste très flexible quand à la taille et la forme des substrats pouvant être traités. Ce four est également équipé d'un élément chauffant type LGO. Les performances de ce four en matière de procédé sont comparables à celles des fours de production pour les circuits intégrés.

Pour la production de masse, Koyo Thermo Systems a spécialement développé un four vertical donnant  des résultats meilleurs que ceux obtenus dans un four horizontal sans augmenter pour autant le coût de fabrication des cellules solaires. Ce four a la capacité de traiter 600 à 800 cellules par cycle, soit le même nombre que dans un tube horizontal. L'automatisme en général est plus fiable que celui d'un four horizontal.

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