TOPCon-дағы лазермен кесілген шеттер: көлденең қиманы пассивациялау

Қысқа жауап: Элементті ширектерге кесу оны лазерлік ойық бойымен бөледі, ал бұл ойық екі қабырғада да таза кремний қалдырады. Жарияланған тәсіл — қабырғада жұқа туннельдік оксид өсіру, оның үстіне n⁺ легирленген поли-Si тұндыру және поли-Si-ді AlOₓ-мен қаптау, осылайша кесілген бет рекомбинация орталығының орнына селективті контакт сияқты әрекет етеді. Әрбір қосылған қадам төмен температуралы, бұл оны LPCVD қолданып жатқан желі үшін қызықты етеді.

Төрт бөлікке кесілген және көп бөлікке кесілген элементтер қазір қарапайым өндіріс болып табылады, және себебі арифметикалық: элементті төртке бөлу әр лента тасымалдайтын токты азайтады, саусақшалар арқылы өтетін жолды қысқартады және өзара қосылымдағы резистивтік шығынды азайтады. Пайда нақты және ол төрт бөлікке кесілген TOPCon элементтері ешкім құны туралы дауласпай тұрып әдепкіге айналғанының себебі.

Шығын кесудің өзінде. Лазерлік ойық ширектерді бөледі, ал ол ашатын қабырға — ешқашан пассивация қабаты болмаған кремний. Ондағы беттік күйлер тыйым салынған аймақтың ортасында орналасады, ал қабырғаға жеткен тасымалдаушылар рекомбинацияланады. Бұл кернеу шығыны, көлеңкелеу шығыны емес, және ол кесу қадамына дейін алынған ешбір өлшемде көрінбейді.

Төменде сипатталған тәсіл бұл қабырғаны азайтуға тиіс зақым ретінде қарауды тоқтатып, оны қаптауға тиіс бет ретінде қарайды. Бұл TOPCon пластина бетінде қолданатын селективті контакт идеясының өзі, кесу бірнеше технологиялық қадам бұрын жасаған бетке қолданылған.

Кесілген жиек — бет, және ол элементтегі ең нашар бет

Дайын модульдегі қалған барлық кремний беттері толық пассивация тізбегінен өткен: текстуралау, тазалау, диэлектрик қабаты, кейде оның астында легирленген қабат. Ойық қабырғасы бұның ешқайсысын алмайды. Ол алдыңғы өткел қалыптасқаннан кейін және артқы қабат тұндырылғаннан кейін жасалады, сондықтан лазер қалдыратын нәрсе — шикізат.

Мұндай бет үшін әдетте келтірілетін сандар көңіл құлатады. Интерфейстік күй тығыздығы шамамен 1 × 10¹² см⁻² эВ⁻¹ және 500 см/с-тан жоғары беттік рекомбинация жылдамдығы, екеуі де осы мақала сүйенетін дереккөзде кесілген күйі үшін келтірілген. Бір таңбалы см/с-пен өлшенетін пассивацияланған бетпен салыстырғанда, өңделмеген кесілген жиек шамамен екі реттікке жылдамырақ рекомбинацияланады.

Маңызды ететін нәрсе — аудан емес. Көлденең ойық ені 30 µм және тереңдігі шамамен 1,5 µм, ал M10 элементті төртке кесу 33,000 мм² пластина бетіне қарсы шамамен бір шаршы миллиметр қабырға ашады. Керісінше, кесудің диффузиялық ұзындығы шегінде пайда болған тасымалдаушылар оған жете алады, ал қабырға элементтің бүкіл ұзындығы бойына екі бағытта да жүреді. Шығын сызық ұзындығына байланысты масштабталады, ал көлденең үлгі әр ширектің ортасынан ұзын сызық өткізеді.

Бұл сондай-ақ шығынның неге кернеу мәселесі сияқты әрекет ететінін түсіндіреді. Жиектегі рекомбинация тасымалдаушыларды көлемнен алып кетеді, ал ашық тізбек кернеуі элемент бойындағы жалпы рекомбинация жылдамдығына жауап береді. Толтыру коэффициенті де өзгереді. Көлеңкелеу токта көрінер еді; бұл Voc және FF-те көрінеді, бұл кесу процесін біліктіліктен өткізу кезінде қарауға азырақ айқын орын.

Қаптама шын мәнінде не

Жарияланған құрылым кесілген қабырғаға белгілі бір ретпен үш қабат салады. Кремнийден сыртқа қарай оқығанда: тасымалдаушылар туннельден өте алатын өте жұқа кремний оксиді, оларды алып кететін қатты легирленген поликремний қабаты және интерфейстің химиялық пассивациясын аяқтайтын алюминий оксиді қақпағы.

Бұны оксидті жай ғана қайта өсіруден екі деталь ажыратады. Біріншіден, жиынтық тек диэлектрик емес; оның құрамында легирленген жартылай өткізгіш бар, сондықтан ол өткізе де алады. Таза оксид қабырғаны пассивациялап, оны электрлік өлі күйде қалдырар еді, бұл ештеңе жинамайтын бет үшін жарайды, бірақ мұндағы қабырға екеуі де ток өткізуі қажет екі ширек элементтің арасында орналасқан. Екіншіден, қалыңдықтар тегіс пластинадағыдай емес, маңызды. Поли-Si түбі дөңгелектелген 1,5 µм терең ойық үстінде үздіксіз болып қалу үшін жеткілікті қалың болуы керек. Ол сондай-ақ өз кернеуі оны жарып немесе қабырғадан сыпырып алмайтындай жеткілікті жұқа болуы керек.

Дереккөз құрылым сипаттамасында поли-Si үшін 120 нм және процесс тізбегінде 80 нм келтіріп, 80 нм өрістік пассивация әсері үшін жеткілікті екенін атап өтеді. Бұл айырмашылықты тегістеудің орнына атап өткен жөн: ол қабат қалыңдығы процесс терезесінде реттелетін шама екенін, бекітілген мақсат емес екенін және екі мән де авторлар жарамды деп санайтын диапазонда екенін көрсетеді.

Неге жұқа оксид пен легирленген қабат тасымалдаушыларды сүзеді

Механизм химия емес, аймақтық инженерия, және ол TOPCon-ды бәсекеге қабілетті еткен механизмнің өзі. Таза қабырғада интерфейстік күйлер тыйым салынған аймақ бойына таралған. Осы күйлердің біріне жеткен электронның отыратын орны бар, ал сол күйге келген кемтік тізбекті жабады: екеуі рекомбинацияланады, жұп жоғалады.

Оксид пен легирленген поли-Si орнына қойылғаннан кейін интерфейстегі зоналық құрылым енді тегіс емес. Жұқа оксид кремний мен легирленген қабат арасындағы тікелей жолды бөгеп, электрондардың ол арқылы туннельдеуі үшін жеткілікті жұқа болып қалады. Легирленген қабаттағы заряд интерфейстің дәл астындағы кремнийдегі зоналарды майыстырады, бұл асимметрияны тудырады: бір тасымалдаушы түрі төмен тосқауылды көріп өтеді, екіншісі жоғары тосқауылды көріп кері қайтады.

Хабарланған нәтиже — кесілген шетіндегі беттік рекомбинация жылдамдығының шамамен 500 см/с-тан 10 см/с-тан төменге түсуі, бұл шамамен 98%-ға өзгеріс. Бұл үлкен сан, және ол қарапайым себеппен үлкен: бастапқы нүкте — пассивацияланбаған бет, ол қол жетімді ең нашар жағдайға жақын. Пассивацияланған бетті сол коэффициентке жақсарту мүмкін болмас еді.

Жабынның не істемейтінін нақты айту керек. Ол қарықты жоймайды, лазер алып тастаған кремнийді қалпына келтірмейді және қабырғаны оптикалық пайдалы етпейді. Ширек әлі де тар. Мәлімдеме одан да тар: кесілген бет тасымалдаушылар өлетін орын ретінде әрекет етуді тоқтатып, олар жинала алатын орын ретінде әрекет ете бастайды.

Процесс қадамдары қайда орналасады

Осы құрылыммен жарияланған маршрут — бір кірістіруі бар қалыпты TOPCon тізбегі: лазер көлденең қарықты кескеннен кейін, элемент деңгейіндегі пассивация стекі тұндырылмас бұрын қабырға тотықтырылып, қайта легирленеді. Қалғанының бәрі бұрынғы орнында қалады.

TMAH дөңгелектеуі мен кристалдылықты тексеру — бұны зертханалық демонстрация емес, өндірістік маршрутқа ұқсататын екі деталь. 1.5 µm қарықтың бұрышы бар, ал бұрыштар — тұндырылған қабықтар жұқаратын және кернеу шоғырланатын жерлер. Бұрышты екі секунд дөңгелектеу ештеңеге тұрмайды және кейінірек термиялық циклде немесе өңдеуде пайда болатын ақаулар класын жояды.

Желі үшін қызықты жері — қосылған қадамдардың ешқайсысы жаңа құралды қажет етпейді. Тотықтыру, тұндыру және күйдіру — барлығы TOPCon желісінде бұрыннан бар LPCVD қуатына сыйысады, ал қосылған екі қадам төмен температуралы, сондықтан дайын элементтің термиялық бюджеті бұзылмайды. Дереккөз желі тактісінің жоғалуын 3%-дан төмен деп хабарлайды, бұл жаңа қадам ұсынылғанда бірінші тексерілетін сан: тиімділікті жарты пунктке жақсартып, өткізу қабілетінің 10%-ын жоғалтатын қадам 3%-ға тұратын қадамнан басқа ұсыныс.

Тізбектің артқы бөлігі де өзгереді, және бұл жабынға байланысты емес. 12BB орналасуын сақтайтын төрт кесікті элемент ширек элементтерден тізілуі керек, ал кесілген шет енді тізуші өңдейтін бет. Орналастыру толеранттылығы, лентаның қосылыста қолданатын күші және дәнекерлеу кезінде элемент көретін жылу мөлшері — барлығы шетінде 30 µm қарық өтетін бөлікке әсер етеді. Дәл осы жерде жұқа сыммен табтау және тізу жабдығы мен шина жасау қадамы элемент дизайнымен кездеседі, және бұл — жабын шешпейтін ағын бөлігі.

Хабарланған салыстыру нені көрсетеді

Дереккөз стандартты төрт кесікті элемент пен жабынды шеті бар сол элемент үшін алдын-ала және кейінгі салыстыруды басып шығарады. Төмендегі кесте оны қайталайды. Бұл — маршрутпен жарияланған сандар; олар бір дереккөзден келеді, және біз оларды тәуелсіз тексерген жоқпыз.

Жеке мәндерді емес, заңдылықты оқыңыз. Кернеу өсімі ток өсімінен үлкен, бұл механизм болжайтын нәрсе: беттегі рекомбинация ең алдымен кернеуге тұрады. Толтыру коэффициенті сәл өзгереді, бұл электронды түрде өлі аудан үлесінің шамалы азаюына сәйкес келеді. Тиімділік кернеуді ұстанады, ал 0.5 пункт абсолютті — негізгі мәлімдеме.

Екі жақтылық көрсеткіші қалғандарына қарағанда көбірек сақтықты талап етеді. 85%-дан 90%-ға өту — элементтің артқы ауданының шағын үлесі болып табылатын беттегі өзгеріс тудырған бес пункттік секіріс, және дереккөз механизмді түсіндірмейді. Егер кесілген шет бұрын артқы жақтағы жергілікті шунт жолы болса, бұл шынайы болуы мүмкін, бірақ бұл сонымен қатар бір шағын үлгі шығара алатын сан түрі. Оны кестедегі ең аз дәлелденген жол ретінде қарастырыңыз.

Әлі шешілмеген нәрсе

Жарияланған жағдайда төрт нәрсе жетіспейді, және төртеуі де желі шешім қабылдамас бұрын маңызды.

• Жабынды шеттегі сенімділік деректері. 1 нм оксид және ойық қабырғасындағы 10 нм алюминий оксиді қақпағы элементтің қалған бөлігі сияқты ылғалды жылуға, термиялық циклдеуге және механикалық жүктемеге ұшырайды. Кесілген шеті де термиялық циклдеу кезінде кернеу көзі болып табылады, өйткені екі ширек элемент ойыққа қарсы кеңейеді. Мұның ешқайсысы салыстыру кестесінде көрсетілмеген.
• Қалыңдық мәселесі. Дереккөз бір құрылым үшін екі түрлі поли-Si қалыңдығын береді. Бұл қайшылық емес, бірақ оптимум нақты анықталмағанын білдіреді, ал қалыңдық кернеуге, тұндыру уақытына және тактқа бірге әсер етеді.
• Тәуелсіз қайталау. ПӘК өсімі бір хабарланған деректер жиынтығынан келеді. 0,5 пункттік абсолютті өсім қууға тұрарлықтай үлкен және басқа желіде, басқа паста мен таспа комбинациясында қайта тексеруге тұрарлықтай үлкен.
• Элементтің қалған бөлігімен өзара әрекеттесуі. Ойық қабырғасына легирленген қабат қосу сол қабырғаның екі ширек арасында электрлік тұрғыдан не істейтінін өзгертеді. Оның артқы металдау үлгісімен және ширек элементтерді тізбектеумен қалай әрекеттесетіні — жабын мәселесі емес, жүйелік мәселе.

Сол бағытта кеңірек ой бар. Элементті кесу — тек өзара қосылу өсімінің күшіне сүйеніп қабылданған айырбас. Төрт кесікті негіздеме кесуді берілген нәрсе ретінде қарастырады, ал көп кесікті талдау кішірек элементтің көлеңкелеуге және модуль орналасуына әсерін қарастырады. Кесілген шеті бойынша жұмыс сол айырбастың шығын жағын шешуге бағытталған, және егер ол расталса, ол қолданыстағыны жай жақсартудың орнына кесіктердің оңтайлы санын өзгертеді.

Мұны кесу туралы қалған әңгімемен қалай салыстыруға болады

Төрт кесікті элементтер сөз болғанда әдетте үш бөлек идея араласып кетеді, және оларды бөлек ұстау әдебиетті оқуды жеңілдетеді.

Біріншісі — өзара қосылу өсімі: ширек элементтер токтың төрттен бірін тасымалдайды, сондықтан таспадағы резистивтік шығын күрт төмендейді. Бұл шешілген мәселе және технологияның өндірісте болуының себебі осы. Екіншісі — модуль деңгейіндегі салдар, мұнда кішірек элементтер көлеңкеге төзімділікті, қосылу қорабының талаптарын және ламинаттың механикалық мінез-құлқын өзгертеді; екі бөлікті қосылу қорабы — көрінетін нәтижелердің бірі. Үшіншісі — кесілген беттің өзі, ол осы жердің тақырыбы және алғашқы екі әңгіме оны жиі өткізіп жібереді.

Олардың арасындағы практикалық байланыс — процестік ағын. Ойық жасау лазермен кесу қадамыарқылы орындалады, жабын қадамы желінің өзінде бар LPCVD қуатына кіреді, ал әрлеу қадамдары — металдау және тізбектеу. Бұл бағытты бағалап жатқан желі шын мәнінде кірістірудің өзінде бар екі құралдың арасына сыйып кететінін бағалайды, ал жарияланған такт саны шамамен 3%.

Жиі қойылатын сұрақтар

Жабын кесудің қажеттілігін жоя ма?

Жоқ. Ширектер әлі де кесіледі және ойық әлі де бар. Өзгеретіні — ойық ашқан қабырғаның электрлік мінез-құлқы, геометрия емес.

Неге жай ғана неғұрлым жұмсақ процесспен кеспеске?

Тазарақ кесу зақымды азайтады, бірақ пассивтелмеген бетті қалдырады. Рекомбинация кедір-бұдырлықтан да көбірек пассивацияның жоқтығынан туындайды, сондықтан мұнда жауап — жақсырақ лазер рецептісі емес, жабын.

1 нм оксид сенімді ме?

Осы шамадағы туннельдік оксидтер TOPCon өндірісінде қазірдің өзінде қолданылады, сондықтан тұжырымдама вафли бетінде дәлелденген. Сол қалыңдықтың беттік бағдары басқа және бастапқы нүктесі кедір-бұдыр ойық қабырғасында сақталатыны — ашық сұрақтардың бірі.

Бұл тек TOPCon-ға қатысты ма?

Туннельдік оксид пен легирленген поли-Si комбинациясы — TOPCon құрылымы, сондықтан бағыт табиғи түрде оны қазірдің өзінде жүргізетін желілерге бағытталған. Бөліктерге кесілген басқа элемент түрлеріне өз процесімен үйлесімді пассивация стекі қажет болады, бұл басқа инженерлік мәселе.

Сынақта ең алдымен нені тексерер едік?

Бәрінен бұрын шеткі SRV проксиін және кернеуді. Одан кейін 30 µм енді ойық бойымен тұндыру біркелкілігі, қабаттың кристалдылығы және кірістірілген қадамдардың такт құны келеді, ал ойық жасалғаннан кейінгі ширектің механикалық мінез-құлқы — ұмытылуы ең ықтимал тармақ.

Жабын тізбектеушінің не істеуі керектігін өзгерте ме?

Тікелей емес. Жабын электрлік, сондықтан орналастыру дәлдігі, дәнекерлеу температурасы және ұстау күші өзгермейді. Ішінен ойық өткен ширек элементтің өзі ұстауға қиынырақ нысан болып қалады, және бұл осы жұмыс шешетін мәселеден бөлек шектеу.

Қорытынды ойлар

Элементтерді жақсарту үшін кремнийді кесу — біршама оғаш айырбас, және ол өзара қосылу өсімі үлкен болғандықтан жұмыс істейді. Бұл жұмыстың міндеті — айырбастың ешқашан бағаланбаған бөлігін, яғни кесудің жасайтын бетін, тұйықтау. Ойық қабырғасын элементтің басқа жерінде қолданатын сол селективті-контактілі стекпен жабу — үйлесімді жауап, және оны қолданыстағы LPCVD қуатымен және екі төмен температуралы қадаммен жасауға болатыны — оны назарда ұстауға тұрарлық себеп.

Әдеттегі сақтық қолданылады. Механизм дұрыс және қалыптасқан физикадан туындайды; хабарланған жарты пункттік ПӘК өсімі бір дереккөзден келеді және тәуелсіз расталмаған, ал екіжақтылық көрсеткіші әсіресе кестенің қалған бөлігінен әлсіздеу. Желі үшін орынды ұстаным — оны нақты, бірақ тексерілмеген өсімі бар процестік кірістіру ретінде қадағалау және оны механизм болжайтын өлшеммен, яғни кернеумен сынау.

Деректер ескертпесі: қабат қалыңдықтары, процесс шарттары және дейін-кейін салыстыруы осы бағытпен жарияланған мәндер болып табылады және хабарланғандай келтірілген; олар тәуелсіз тексерілмеген. Қабырға ауданының шамамен 1 мм² көрсеткіші — 182 мм элементте 30 µм ойық, 1,5 µм тереңдік және екі толық ұзындықтағы кесік бойынша, 33,124 мм вафли бетіне қарсы, біздің өз бағалауымыз²Шығындардың реттілігі, токтан бұрын кернеу, басып шығарылған саннан емес, механизмнен туындайды.