CN212128340U - 一种改进型磷扩散炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及太阳能电池片的制造领域，尤其是涉及的是一种改进型磷扩散炉，包括：扩散炉炉体、气源装置、尾气收集装置，所述扩散炉炉体的头部设置有炉门，所述扩散炉炉体的内部设置有炉管，所述气源装置与扩散炉炉体连通且为扩散炉炉体提供气源，所述尾气收集装置与扩散炉炉体连通，以收集扩散炉炉体内的尾气，所述气源装置以不同气体流速的多个气路为扩散炉炉体提供气源。本实用新型结构简单，有效地避免了三氯氧磷热分解过程中的中间产物对扩散炉的腐蚀及炉管尾的堵塞，大大延长了扩散炉的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池片的制造领域，尤其是涉及的是一种改进型的磷扩散炉。
背景技术
磷扩散工序是太阳能电池片制造工艺中的一道关键工艺。太阳能电池片的核心结构—PN结的形成就是在该工序中完成的。
磷扩散技术目前主要有以下三种工艺方式：三氯氧磷(POCl3)液态源扩散、喷涂磷酸水溶液后链式扩散、丝网印刷磷浆料后链式扩散。目前以三氯氧磷 (POCl3)液态源扩散方式最为常见。这种方法的优点在于生产效率较高，能够制造得到均匀、平整和扩散面良好的PN结，因此应用范围更广，适合进行大批量生产。
磷扩散技术的原理以及涉及到的化学反应方程式如下：
POCl3在高温下(>600℃)分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷 (P2O5)，其反应式如下：
5POCl3→3PCl5+P2O5
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅(SiO2)和磷原子(P)，其反应式如下：
2P2O5+5Si→5SiO2+4P
生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态，
由以上可知，在磷扩散工艺中，中间产物PCl5不易分解，容易堆积在炉管内，对硅片、石英设备产生腐蚀作用，而且容易堆积堵塞炉管，影响气流的顺畅性，从而造成返工片增加。
另外，在磷扩散工艺中，三氯氧磷往往会出现热分解不完全，导致尾气中含有较多的三氯氧磷气体，三氯氧磷气体是一种有毒的气体，若没有经过尾气处理，直接排放出来，会严重影响环境及人们的身体健康。现有的磷扩散炉对磷扩散工艺中产生的尾气只是做到集中收集的作用，尾气在收集之后还需要做进一步的处理，操作繁琐，成本增加。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种降低了五氯化磷对硅片、石英设备的腐蚀，有效避免了偏磷酸在流通管道内沉积，同时也减少了偏磷酸对石英设备的腐蚀的磷扩散炉，而且还提供了使用该磷扩散炉排除三氯氧磷的方法。
为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：一种改进型磷扩散炉，包括：
扩散炉炉体，所述扩散炉炉体的头部设置有炉门，所述扩散炉炉体的内部设置有炉管，所述炉管内设置有用于承载光伏硅片的石英舟；
气源装置，其与扩散炉炉体连通且为扩散炉炉体提供气源；
尾气收集装置，其与扩散炉炉体连通，以收集扩散炉炉体内的尾气；
其中，所述气源装置以不同气体流速的多个气路为扩散炉炉体提供气源。
优选的，所述气源装置包括磷源瓶、导气管、小流量氮气导入管、大流量氮气和氧气导入管，所述导气管的首端与磷源瓶相通，所述导气管的末端与扩散炉炉体的炉口连通，所述小流量氮气导入管的首端接通外界气体，所述小流量氮气导入管的末端与磷源瓶相通，所述大流量氮气和氧气导入管的首端接通外界气体，所述大流量氮气和氧气导入管的末端与导气管连通，其中，小流量氮气导入管、磷源瓶、导气管构成第一气路，小流量氮气导入管、磷源瓶、导气管、大流量氮气和氧气导入管构成第二气路，第一气路的气体流速低于第二气路。本实用新型通过设置了两条气路，第一气路在将氮气吹入扩散炉炉体内的同时携带三氯氧磷气体，将磷源从磷源瓶中携带到扩散炉炉体内，第二气路氮气和氧气进入扩散炉炉体内，使三氯氧磷和氧气均匀地分布在扩散炉炉体内，从而提高三氯氧磷的热分解效率，大大增加了生产速度，同时，导入大量氧气，使得三氯氧磷热分解后的产物五氯化磷在有氧的条件下分解成五氧化二磷和氯气，使得五氯化磷分解后的产物能够继续与硅片进行反应，从而形成-PN结，提高生产效率。
优选的，还包括连接到尾气收集装置后端的真空泵，用于抽取扩散炉炉体内的气体，使得气体朝尾气收集装置方向流动，保证了炉体内气流的稳定性及顺畅性，避免气体在炉体内滞留而影响扩散后片电阻的均匀度。
优选的，还包括炉体保护装置，所述炉体保护装置包括与炉口相通的炉口氮气导入管。所述炉口氮气导入管将氮气吹入扩散炉炉体内，使得三氯氧磷、氮气、氧气在扩散炉炉体内的扩散速度更快，分散更均匀，提高了三氯氧磷的热分解效率，提高了生产效率，同时也对炉门起到保护作用。
优选的，还包括炉体保护装置，所述炉体保护装置包括氮气导入管，所述氮气导入管包括与炉口相通的炉口氮气导入管、与尾气收集装置相通的炉尾氮气导入管。通过在炉口吹入氮气，大大加快了扩散炉炉体内的气体分散速度，大大提高了三氯氧磷的热分解率，大大提高了生产效率，同时，增加了炉尾氮气导入管，使得扩散炉炉体内所产生的尾气更加快速的流入尾气收集装置内，消除堵塞。
优选的，所述炉尾氮气导入管上设置有水源瓶。所述水源瓶中的水为常温的。通过在炉口吹入氮气和炉尾与尾气收集装置之间吹入氮气，与此同时，还在炉尾氮气导入管上设置了水源瓶，使得炉尾氮气导入管在将氮气吹入流通管道内的同时，携带水，使得扩散炉炉体内所产生的五氧化二磷进行完全的水解，消除偏磷酸堵塞流通管道，同时，炉体内的未完全热分解的三氯氧磷在流入尾气收集装置的途中遇到常温的水，液化形成液体，在真空泵的作用下，流入尾气收集装置中，降低了三氯氧磷对人们和环境的危害，从而简化了尾气的处理工序，炉口氮气的吹入，防止五氯化磷在炉口堆积，保护炉门，同时防止腐蚀石英设备，保护扩散炉炉体、石英舟及炉门，大大延长了扩散炉的使用寿命。
优选的，所述大流量氮气和氧气导入管中氮气和氧气的比例为7～9:3～1。
优选的，所述氮气导入管、炉口氮气导入管、炉尾氮气导入管之间通过三通阀门连接。
优选的，所述小流量氮气导入管、大流量氮气和氧气导入管上均设置有第一阀门流量计，用于控制氮气、氧气的流量，提高生产质量及精确度。
优选的，所述水源瓶与尾气收集装置之间设置有第二阀门流量计，用于控制炉尾氮气携带水的流量。
本实用新型磷扩散技术的工作原理以及涉及到的化学反应式如下：
POCl3在高温下(>600℃)分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷 (P2O5)，其反应式如下：
5POCl3→3PCl5+P2O5
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅(SiO2)和磷原子(P)，其反应式如下：
2P2O5+5Si→5SiO2+4P
生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态，所以通入过量氧气，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气(Cl2)，其化学反应方程式如下：
2PCl5+O2→P2O5+5Cl2
生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子。由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气，在有氧气的存在时，POCl3热分解的总反应式为：
2POCl3+O2+2Si→2SiO2+2P+3Cl2
POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散，形成—PN结。
P2O5容易水解成偏磷酸(HPO3)，偏磷酸是一种无色玻璃状体，易潮解，易溶于水并生成正磷酸(H3PO4)。在有水蒸汽的条件下，P2O5的水解反应式为：
P2O5+H2O→2HPO3
HPO3+H2O→H3PO4
通过增加水，有效减少了偏磷酸在流通管道内的沉积，大大降低了返工片，同时减少五氯化磷对石英设备的腐蚀。
另外，通过炉尾氮气携带水，使得扩散炉炉体内未分解的三氯氧磷气体流出，遇上水，温度降低，液化形成液体，流入尾气收集装置，降低了三氯氧磷对人体和环境的危害，也简化了尾气的处理工序。
本实用新型还提供了一种改进型的磷扩散炉排除三氯氧磷的方法，包括以下步骤：
A.打开炉门，将硅片送入炉管内，关闭炉门，加热扩散炉炉体；
B.向小流量氮气导入管通入氮气，使得氮气携带三氯氧磷沿着第一气路流入炉管内；
C.向大流量氮气和氧气导入管按照7～9:3～1的比例通入氮气和氧气，使得氮气和氧气携带三氯氧磷沿着第二气路流入炉管内；
D.三氯氧磷在炉管内发生热分解反应，生成五氯化磷和五氧化二磷，五氯化磷在有氧的条件下继续分解成五氧化二磷和氯气，五氧化二磷与硅反应生成二氧化硅和磷原子，磷原子再向硅片中扩散形成-PN结；
E.炉管内的尾气(如氯气、未分解完的五氯化磷、未分解完的五氧化二磷、未分解完的三氯氧磷等)在真空泵的抽取下流入尾气收集装置内；
F.当尾气收集装置装满尾气后，直接更换尾气收集装置即可。
优选的，一种改进型的磷扩散炉排除三氯氧磷的方法，包括以下步骤：
A.打开炉门，将硅片送入炉管内，关闭炉门，加热扩散炉炉体；
B.向小流量氮气导入管通入氮气，使得氮气携带三氯氧磷沿着第一气路流入炉管内；
C.向大流量氮气和氧气导入管按照7～9:3～1的比例通入氮气和氧气，使得氮气和氧气携带三氯氧磷沿着第二气路流入炉管内；
D.三氯氧磷在炉管内发生热分解反应，生成五氯化磷和五氧化二磷，五氯化磷在有氧的条件下继续分解成五氧化二磷和氯气，五氧化二磷与硅反应生成二氧化硅和磷原子，磷原子再向硅片中扩散形成-PN 结；
E.打开三通阀门，向氮气导入管导入氮气，一部分的氮气通过炉口氮气导入管从炉口导入炉管中，另一部分的氮气通过炉尾氮气导入管，经过水源瓶携带水，在流向尾气收集装置的过程中遇上从炉管内出来的高温的五氧化二磷和三氯氧磷，五氧化二磷与水发生水解反应生成偏磷酸，偏磷酸再继续与水发生反应生成正磷酸，正磷酸流入尾气收集装置内，消除炉管内的堵塞，高温的三氯氧磷遇到水液化形成液体，在真空泵的作用下，流入尾气收集装置；
F.炉管内的尾气(如氯气、未分解完的五氯化磷、未分解完的五氧化二磷、未分解完的三氯氧磷等)在真空泵的抽取下流入尾气收集装置内；
G.当尾气收集装置装满尾气后，直接更换尾气收集装置即可。
通过采用上述的技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型设置了导气管、小流量氮气导入管、大流量氮气和氧气导入管、磷源瓶，形成了两条气路，通过导入氧气，使得三氯氧磷热分解后的产物五氯化磷在有氧的条件下分解成五氧化二磷和氯气，使得五氯化磷分解后的产物能够继续与硅片进行反应，从而形成-PN结，提高产量。另外，本实用新型还将氮气导入管分成炉口氮气导入管和炉尾氮气导入管，同时还在炉尾氮气导入管中设置了水源瓶。炉口氮气导入管将氮气吹入炉管内，防止五氯化磷在炉口堆积，保护炉门，延长炉门的使用寿命；炉尾氮气导入管将氮气吹入流通管道内，同时携带常温水，进入流通管道中，使得扩散炉尾气中的偏磷酸和三氯氧磷溶解、液化，消除偏磷酸堵塞流通管道，降低三氯氧磷对人体和环境的危害，简化了尾气的处理工序。本实用新型能够将三氯氧磷有效地热分解成二氧化硅、磷原子和氯气，使得磷原子能够充分的在硅片中扩散形成—PN结，同时还能够避免在热分解过程中的中间产物对扩散炉的腐蚀及对环境、人体的危害，有效地将三氯氧磷排除。本实用新型结构简单，有效地避免了三氯氧磷热分解过程中的中间产物对扩散炉的腐蚀及炉管的堵塞，大大延长了扩散炉的使用寿命，同时也提高了太阳能电池片的制造效率；本实用新型排除三氯氧磷的方法简单，成本低，排除效果好，降低尾气对人体和环境的危害，简化了尾气的处理工序，无污染，绿色环保。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型实施例2的结构示意图；
图3为本实用新型实施例3的结构示意图；
图4为本实用新型实施例4的结构示意图。
主要附图标记说明：(1、扩散炉炉体；11、炉门；12、炉管；2、气源装置； 21、磷源瓶；22、导气管；23、小流量氮气导入管；24、大流量氮气和氧气导入管；3、尾气收集装置；4、炉体保护装置；41、炉口氮气导入管；42、炉尾氮气导入管；43、氮气导入管；44、水源瓶；45、三通阀门；5、真空泵)。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来进一步说明本实用新型。
实施例1
如图1所示，一种改进型磷扩散炉，包括：
扩散炉炉体1，所述扩散炉炉体1的头部设置有炉门11，所述扩散炉炉体的内部设置有炉管12，所述炉管12内设置有用于承载光伏硅片的石英舟；
气源装置2，其与扩散炉炉体1连通且为扩散炉炉体1提供气源；
尾气收集装置3，其与扩散炉炉体1连通，以收集扩散炉炉体1内的尾气；
其中，所述气源装置2以不同气体流速的多个气路为扩散炉炉体1提供气源。
所述气源装置2包括磷源瓶21、导气管22、小流量氮气导入管23、大流量氮气和氧气导入管24，所述导气管22的首端与磷源瓶21相通，所述导气管22的末端与扩散炉炉体1的炉口连通，所述小流量氮气导入管23的首端接通外界气体，所述小流量氮气导入管23的末端与磷源瓶21相通，所述大流量氮气和氧气导入管24的首端接通外界气体，所述大流量氮气和氧气导入管24的末端与导气管22 连通，其中，小流量氮气导入管23、磷源瓶21、导气管22构成第一气路，小流量氮气导入管23、磷源瓶21、导气管22、大流量氮气和氧气导入管24构成第二气路，第一气路的气体流速低于第二气路。本实用新型通过设置了两条气路，第一气路在将氮气吹入扩散炉炉体1内的同时携带三氯氧磷气体，将磷源从磷源瓶21中携带到扩散炉炉体1内，第二气路氮气和氧气进入扩散炉炉体1内，使三氯氧磷和氮气均匀地分布在扩散炉炉体1内，从而提高三氯氧磷的热分解效率，大大增加了生产速度，同时，导入大量氧气，使得三氯氧磷热分解后的产物五氯化磷在有氧的条件下分解成五氧化二磷和氯气，使得五氯化磷分解后的产物能够继续与硅片进行反应，从而形成-PN结，提高生产效率。
还包括连接到尾气收集装置3后端的真空泵5，用于抽取扩散炉炉体1内的气体，使得气体朝尾气收集装置3方向流动，保证了炉体内气流的稳定性及顺畅性，避免气体在炉体内滞留而影响制造出来的太阳能电池片的纯度及精确度。
所述大流量氮气和氧气导入管24中氮气和氧气的比例为7:3。
所述小流量氮气导入管23、大流量氮气和氧气导入管24上均设置有第一阀门流量计，用于控制氮气、氧气的流量，提高生产质量及精确度。
本实施例磷扩散技术的工作原理以及涉及到的化学反应式如下：
POCl3在高温下(>600℃)分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷 (P2O5)，其反应式如下：
5POCl3→3PCl5+P2O5
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅(SiO2)和磷原子(P)，其反应式如下：
2P2O5+5Si→5SiO2+4P
生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态，所以通入过量氧气，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气(Cl2)，其化学反应方程式如下：
2PCl5+O2→P2O5+5Cl2
生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子。由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气，在有氧气的存在时，POCl3热分解的总反应式为：
2POCl3+O2+2Si→2SiO2+2P+3Cl2
POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散，形成—PN结。
本实施例排除三氯氧磷的方法，包括以下步骤：
A.打开炉门11，将硅片送入炉管12内，关闭炉门11，加热扩散炉炉体1；
B.向小流量氮气导入管23通入氮气，使得氮气携带三氯氧磷沿着第一气路流入炉管12内；
C.向大流量氮气和氧气导入管24按照79:3的比例通入氮气和氧气，使得氮气和氧气携带三氯氧磷沿着第二气路流入炉管12内；
D.三氯氧磷在炉管12内发生热分解反应，生成五氯化磷和五氧化二磷，五氯化磷在有氧的条件下继续分解成五氧化二磷和氯气，五氧化二磷与硅反应生成二氧化硅和磷原子，磷原子再向硅片中扩散形成-PN 结；
E.炉管12内的尾气(如氯气、未分解完的五氯化磷、未分解完的五氧化二磷、未分解完的三氯氧磷等)在真空泵5的抽取下流入尾气收集装置3内；
F.当尾气收集装置3装满尾气后，直接更换尾气收集装置3即可。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：还包括炉体保护装置4，所述炉体保护装置4包括与炉口相通的炉口氮气导入管41。所述炉口氮气导入管41将氮气吹入扩散炉炉体1内，使得三氯氧磷、氮气、氧气在扩散炉炉体1内的扩散速度更快，分散更均匀，提高了三氯氧磷的热分解效率，提高了生产效率，同时也对炉门11起到保护作用。
所述大流量氮气和氧气导入管24中氮气和氧气的比例为8:2。
所述小流量氮气导入管23、大流量氮气和氧气导入管24上均设置有第一阀门流量计，用于控制氮气、氧气的流量，提高生产质量及精确度。
本实施例磷扩散技术的工作原理以及涉及到的化学反应式与实施例1相同。
本实施例排除三氯氧磷的方法，包括以下步骤：
A.打开炉门11，将硅片送入炉管12内，关闭炉门11，加热扩散炉炉体1；
B.向小流量氮气导入管23通入氮气，使得氮气携带三氯氧磷沿着第一气路流入炉管12内；
C.向大流量氮气和氧气导入管24按照8:2的比例通入氮气和氧气，使得氮气和氧气携带三氯氧磷沿着第二气路流入炉管12内；
D.三氯氧磷在炉管12内发生热分解反应，生成五氯化磷和五氧化二磷，五氯化磷在有氧的条件下继续分解成五氧化二磷和氯气，五氧化二磷与硅反应生成二氧化硅和磷原子，磷原子再向硅片中扩散形成-PN 结；
E.向炉口氮气导入管41从炉口导入炉管12中，吹扫炉管12，使得炉体内的尾气流向尾气收集装置3更加顺畅，避免尾气在炉体内滞留，影响产品的质量，消除炉管12的堵塞；
F.炉管12内的尾气(如氯气、未分解完的五氯化磷、未分解完的五氧化二磷、未分解完的三氯氧磷等)在真空泵5的抽取下流入尾气收集装置3内；
G.当尾气收集装置3装满尾气后，直接更换尾气收集装置3即可。
实施例3
如图3所示，本实施例与实施例2的区别在于：所述炉体保护装置4包括氮气导入管43，所述氮气导入管43包括与炉口相通的炉口氮气导入管41、与尾气收集装置3相通的炉尾氮气导入管42。通过在炉口吹入氮气，大大加快了扩散炉炉体1内的气体分散速度，大大提高了三氯氧磷的热分解率，大大提高了生产效率，同时，增加了炉尾氮气导入管42，使得扩散炉炉体1内所产生的尾气更加快速的流入尾气收集装置3内，消除堵塞。
所述大流量氮气和氧气导入管24中氮气和氧气的比例为9:1。
所述氮气导入管43、炉口氮气导入管41、炉尾氮气导入管42之间通过三通阀门45连接。
所述小流量氮气导入管23、大流量氮气和氧气导入管24上均设置有第一阀门流量计，用于控制氮气、氧气的流量，提高生产质量及精确度。
本实施例磷扩散技术的工作原理以及涉及到的化学反应式与实施例2相同。
本实施例排除三氯氧磷的方法，包括以下步骤：
A.打开炉门11，将硅片送入炉管12内，关闭炉门11，加热扩散炉炉体1；
B.向小流量氮气导入管23通入氮气，使得氮气携带三氯氧磷沿着第一气路流入炉管12内；
C.向大流量氮气和氧气导入管24按照9:1的比例通入氮气和氧气，使得氮气和氧气携带三氯氧磷沿着第二气路流入炉管12内；
D.三氯氧磷在炉管12内发生热分解反应，生成五氯化磷和五氧化二磷，五氯化磷在有氧的条件下继续分解成五氧化二磷和氯气，五氧化二磷与硅反应生成二氧化硅和磷原子，磷原子再向硅片中扩散形成-PN 结；
E.打开三通阀门45，向氮气导入管43导入氮气，一部分的氮气通过炉口氮气导入管41从炉口导入炉管12中，另一部分的氮气通过炉尾氮气导入管42导入，加快扩散炉炉体1内产生的尾气流入尾气收集装置 3的速度；
F.炉管12内的尾气(如氯气、未分解完的五氯化磷、未分解完的五氧化二磷、未分解完的三氯氧磷等)在真空泵5的抽取下流入尾气收集装置3内；
G.当尾气收集装置3装满尾气后，直接更换尾气收集装置3即可。
实施例4
如图4所示，本实施例与实施例3的区别在于：所述炉尾氮气导入管42上设置有水源瓶44。所述水源瓶44中的水为常温的。通过在炉口吹入氮气和炉尾与尾气收集装置3之间吹入氮气，与此同时，还在炉尾氮气导入管42上设置了水源瓶43，使得炉尾氮气导入管42在将氮气吹入流通管道内的同时，携带水，使得扩散炉炉体1内所产生的五氧化二磷进行完全的水解，消除偏磷酸堵塞流通管道，同时，炉体内的未完全热分解的三氯氧磷在流入尾气收集装置3的途中遇到常温的水，液化形成液体，在真空泵5的作用下，流入尾气收集装置3中，降低了三氯氧磷对人们和环境的危害，从而简化了尾气的处理工序，炉口氮气的吹入，防止五氯化磷在炉口堆积，保护炉门，同时防止腐蚀石英设备，保护扩散炉炉体、石英舟及炉门，大大延长了扩散炉的使用寿命。
所述大流量氮气和氧气导入管24中氮气和氧气的比例为8:2。
所述氮气导入管43、炉口氮气导入管41、炉尾氮气导入管42之间通过三通阀门45连接。
所述小流量氮气导入管23、大流量氮气和氧气导入管24上均设置有第一阀门流量计，用于控制氮气、氧气的流量，提高生产质量及精确度。
所述水源瓶44与尾气收集装置3之间设置有第二阀门流量计，用于控制炉尾氮气携带水的流量。
本实施例磷扩散技术的工作原理以及涉及到的化学反应式如下：
POCl3在高温下(>600℃)分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷(P2O5)，其反应式如下：
5POCl3→3PCl5+P2O5
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅(SiO2)和磷原子(P)，其反应式如下：
2P2O5+5Si→5SiO2+4P
生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态，所以通入过量氧气，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气(Cl2)，其化学反应方程式如下：
2PCl5+O2→P2O5+5Cl2
生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子。由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气，在有氧气的存在时，POCl3热分解的总反应式为：
2POCl3+O2+2Si→2SiO2+2P+3Cl2
POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散，形成—PN结。
P2O5容易水解成偏磷酸(HPO3)，偏磷酸是一种无色玻璃状体，易潮解，易溶于水并生成正磷酸(H3PO4)。在有水蒸汽的条件下，P2O5的水解反应式为：
P2O5+H2O→2HPO3
HPO3+H2O→H3PO4
通过增加水，有效减少了偏磷酸在流通管道内的沉积，大大降低了返工片，同时减少五氯化磷对石英设备的腐蚀。
另外，通过炉尾氮气携带水，使得扩散炉炉体内未分解的三氯氧磷气体流出，遇上水，温度降低，液化形成液体，流入尾气收集装置，降低了三氯氧磷对人体和环境的危害，也简化了尾气的处理工序。
本实施例排除三氯氧磷的方法，包括以下步骤：
A.打开炉门11，将硅片送入炉管12内，关闭炉门11，加热扩散炉炉体1；
B.向小流量氮气导入管23通入氮气，使得氮气携带三氯氧磷沿着第一气路流入炉管12内；
C.向大流量氮气和氧气导入管24按照8:2的比例通入氮气和氧气，使得氮气和氧气携带三氯氧磷沿着第二气路流入炉管12内；
D.三氯氧磷在炉管12内发生热分解反应，生成五氯化磷和五氧化二磷，五氯化磷在有氧的条件下继续分解成五氧化二磷和氯气，五氧化二磷与硅反应生成二氧化硅和磷原子，磷原子再向硅片中扩散形成-PN 结；
E.打开三通阀门45，向氮气导入管43导入氮气，一部分的氮气通过炉口氮气导入管41从炉口导入炉管12中，另一部分的氮气通过炉尾氮气导入管42，经过水源瓶44携带水，在流向尾气收集装置3的过程中遇上从炉管12内出来的高温的五氧化二磷和三氯氧磷，五氧化二磷与水发生水解反应生成偏磷酸，偏磷酸再继续与水发生反应生成正磷酸，正磷酸流入尾气收集装置3内，消除炉管12内的堵塞，高温的三氯氧磷遇到水液化形成液体，在真空泵5的作用下，流入尾气收集装置3；
F.炉管12内的尾气(如氯气、未分解完的五氯化磷、未分解完的五氧化二磷、未分解完的三氯氧磷等)在真空泵5的抽取下流入尾气收集装置3内；
G.当尾气收集装置3装满尾气后，直接更换尾气收集装置3即可。
本实施例排除三氯氧磷的方法简单，成本低，排除效果好，降低尾气对人体和环境的危害，简化了尾气的处理工序，无污染，绿色环保。
以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例而已，不能限定本实用新型实施的范围，凡是依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与装饰，皆应仍属于本实用新型涵盖的范围内。
Claims (7)
1.一种改进型磷扩散炉，其特征在于：包括：
扩散炉炉体，所述扩散炉炉体的头部设置有炉门，所述扩散炉炉体的内部设置有炉管；
气源装置，其与扩散炉炉体连通且为扩散炉炉体提供气源；
尾气收集装置，其与扩散炉炉体连通，以收集扩散炉炉体内的尾气；
其中，所述气源装置以不同气体流速的多个气路为扩散炉炉体提供气源。
2.根据权利要求1所述的改进型磷扩散炉，其特征在于：所述气源装置包括磷源瓶、导气管、小流量氮气导入管、大流量氮气和氧气导入管，所述导气管的首端与磷源瓶相通，所述导气管的末端与扩散炉炉体的炉口连通，所述小流量氮气导入管的首端接通外界气体，所述小流量氮气导入管的末端与磷源瓶相通，所述大流量氮气和氧气导入管的首端接通外界气体，所述大流量氮气和氧气导入管的末端与导气管连通，其中，小流量氮气导入管、磷源瓶、导气管构成第一气路，小流量氮气导入管、磷源瓶、导气管、大流量氮气和氧气导入管构成第二气路，第一气路的气体流速低于第二气路。
3.根据权利要求1所述的改进型磷扩散炉，其特征在于：还包括连接到尾气收集装置后端的真空泵，用于抽取扩散炉炉体内的气体，使得气体朝尾气收集装置方向流动。
4.根据权利要求1或2所述的改进型磷扩散炉，其特征在于：还包括炉体保护装置，所述炉体保护装置包括与炉口相通的炉口氮气导入管。
5.根据权利要求1或2所述的改进型磷扩散炉，其特征在于：还包括炉体保护装置，所述炉体保护装置包括氮气导入管，所述氮气导入管包括与炉口相通的炉口氮气导入管、与尾气收集装置相通的炉尾氮气导入管。
6.根据权利要求5所述的改进型磷扩散炉，其特征在于：所述炉尾氮气导入管上设置有水源瓶。
7.根据权利要求5所述的改进型磷扩散炉，其特征在于：所述氮气导入管、炉口氮气导入管、炉尾氮气导入管之间通过三通阀门连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201922245564.2U CN212128340U (zh) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | 一种改进型磷扩散炉 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111041560A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-21 | 阳光中科（福建）能源股份有限公司 | 一种改进型磷扩散炉及其排除三氯氧磷的方法 |
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2019
- 2019-12-13 CN CN201922245564.2U patent/CN212128340U/zh active Active
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