CN216919399U - 一种pecvd设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种PECVD设备。该PECVD设备，包括反应炉，反应炉的一端设有排气端盖；排气端盖上设有若干个淋气管，淋气管为阵列式分布；淋气管上设有若干个喷气孔；喷气孔的相邻间距相等；喷气孔的孔径依次增大。通过该PECVD设备中通过在排气端盖侧设置淋气管控制反应炉中气体的均匀程度，从而使制得的Si₃N₄薄膜厚度更均匀。

Description

一种PECVD设备

技术领域

本实用新型属于涉及太阳能技术领域，特别涉及一种PECVD设备。

背景技术

自20世纪80年代以来，光伏产业得以飞速发展，晶体硅太阳能电池居主导性地位，为了使清洁的太阳能成为更常用的能源正在进行以下三个方面的主要工作：(1)增加太阳能电池的能量转化效率，(2)提高长期稳定性(最大限度降低降解)，(3)降低制造成本。为了进一步提高工业规模生产的太阳能电池的功率转换效率和降低生产成本，国际上涌现了大量不同的制作工艺方法和电池结构。为了更好的利用太阳能，需要研发具有更高转换效率的太阳能电池。晶体硅太阳能电池凭靠其制造技术成熟，材料成本低，产品性能稳定，、使用寿命长，光电转化效率较高和环保无毒等优势，在众多太阳能电池中，晶体硅太阳能电池始终是商业化太阳能电池的主流。为了制造出效率高的电池就要求将反射光和透射光的损失降到最小，因此常在晶体硅表面沉积一层或是多层氮氧化硅、二氧化硅或氮化硅减反射膜。

等离子体增强化学的气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，简称PECVD)设备原理是将一种或多种气体从炉管的一端流向另一端，在较低的压力下，用热能和高频电能激活反应气体，发生热分解或化学反应，沉积在衬底表面形成所需的薄膜。利用PECVD技术沉积得到的钝化膜不仅能起到减反射膜的作用，也能起到表面钝化和体钝化的作用。随着光伏产业的不断发展，硅片电池结构对薄膜均匀性要求和膜厚误差要求不断提高。由于PECVD设备直立密排插片方式的特点，优化反应管气流场能有效提升薄膜生长均匀性。

相关技术中，PECVD采用从炉口进气，炉尾抽气的进气方式。该进气方式中，反应气体从反应管的一端流向另一端，由于气体的耗尽效应，从气体进入方向到气体排出方向反应气体的浓度形成由厚到薄的分布，从而导致薄膜生长速度越来越低，片间膜厚均匀性很难保持一致。

因此，需要开发一种用于PECVD设备，该设备能够改善反应炉内气流场分布，提升薄膜生长均匀性。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种PECVD设备，该设备能够改善反应炉内气流场分布，提升薄膜生长均匀性。

本实用新型提供了一种PECVD设备进气装置，包括反应炉，所述反应炉的一端设有排气端盖；所述排气端盖上设有若干个淋气管，所述淋气管为阵列式分布；

所述淋气管上设有若干个喷气孔；所述喷气孔的等间距设置；

所述喷气孔的孔径从靠近排气端盖侧依次增大。

根据本实用新型的至少一种实施方式，具备如下有益效果：

本实用新型实施方式中通过在排气端盖上设置淋气管，通过淋气管对反应炉中进行补气；提高反应炉中均匀性；同时还通过在淋气管上设置孔径依次增大的喷气孔，在靠近排气端盖侧，喷气孔的孔径大，气体流量大，从而补气效果强；而在远离排气端盖侧，喷气孔的孔径小，气体流量小，从而补气效果弱；从而实现了对反应炉中反应气体的再次分配，提高了反应炉中气体的均一性；最终提高了镀膜的均匀性。经检测生产的Si₃N₄薄膜，厚度上更均匀。

根据本实用新型的一些实施方式，若干个所述淋气管上的喷气孔交错分布。

喷气孔交错分布，能进一步实现气体的进一步均匀混合，从而提高薄膜的均匀性。

根据本实用新型的一些实施方式，所述淋气管的数目≥2。

根据本实用新型的一些实施方式，所述阵列式分布为同心圆阵列分布。

根据本实用新型的一些实施方式，所述喷气孔的孔径为1mm～5mm。

根据本实用新型的一些实施方式，所述喷气孔的相邻间距为0.5cm～1cm。

根据本实用新型的一些实施方式，所述喷气孔的相邻间距为0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm和1cm中的一种。

喷气孔的相邻间距的计算方式为相邻喷气孔之间圆周最近距离。

根据本实用新型的一些实施方式，所述PECVD设备进气装置中所述排气孔的孔径从靠近所述排气端盖侧依次增大。

根据本实用新型的一些实施方式，所述反应炉的另一端还设有进气端盖；所述进气端盖上还设有进气口。

根据本实用新型的一些实施方式，所述进气口为环形扩散进气口。

本实用新型的PECVD设备，改变相关技术中仅采用环形进气口的设置，通过设置若干淋气管，从排气端盖侧引入反应气体，使反应气体部分从排气端盖侧进入反应炉、在通过空间上相邻喷气孔喷出的方式，有利于气体混合均匀，同时充分利用化学平衡，使得原料气体反应更加充分，膜厚度可以精准控制。

本实施新型通过依次增大的排气孔，从而控制了从排气端盖侧的气体浓度到进气端盖侧的气体浓度依次增大；从而减轻了由环形扩散进气口中扩散进气从进气端盖侧到排气端盖侧气体浓度依次减小的趋势，从而实现了对气体均匀度的控制。

本实施新型还通过进气端盖侧的环形扩散进气口和排气端盖侧淋气管中比例补气，使得整个炉腔的混合气体更加的均匀；经检测生产的Si₃N₄薄膜，厚度上更均匀。

根据本实用新型的一些实施方式，所述淋气管位置设置为覆盖石墨舟整体。

在前端的环形进气的基础上，在反应炉的排气端盖侧引入PECVD设备进气装置。将采用前端环形进气，尾端补气，使得工艺气体能快速且均匀的分布在反应炉内，使得反应炉内部气体流场稳定性和均匀性大幅度提高，石墨舟的中间位置的硅片减反射膜与两侧位置相比相差不大，整个舟片间均匀性也大大提高。淋气管的长度不受限制，可根据石英炉管和石墨舟的长度综合考虑，将淋气管位置设置为覆盖石墨舟整体。

根据本实用新型的一些实施方式，所述反应炉内设有石墨舟；所述石墨舟靠近排气端盖的一端对角处设有电极；所述电极上连接有电源引线。

根据本实用新型的一些实施方式，所述电源引线与电极杆相连；所述电极杆的一端贯穿所述排气端盖侧面与外接电源电性连接。

根据本实用新型的一些实施方式，所述排气端盖侧面底部连通有抽气管；所述抽气管的一端贯穿所述排气端盖侧面连通所述反应炉。

根据本实用新型的一些实施方式，所述反应炉外周设有炉壳；所述炉壳两端延伸至反应炉的两侧。

根据本实用新型的一些实施方式，所述抽气管外壁距所述石英炉管底面50mm～100mm。

根据本实用新型的至少一种实施方式，具备如下有益效果：

本实用新型在排气端面侧设置PECVD设备进气装置，补充了反应炉的气体，使得反应炉内流场的稳定性和均匀性大幅提高，从而提高了生长薄膜的均匀性。避免了因扩大产量，增大反应炉和石墨舟的体面积所造成表面气流分布不够或不均的现象。使得该反应炉中工艺过程的稳定性和均匀性能大幅提高，十分适用于生产线的大规模应用。

附图说明

图1为本实用新型实施方式中PECVD设备结构示意图。

图2为本实用新型实施方式中第一淋气管的剖面图。

图3为本实用新型实施方式中第二淋气管的剖面图。

附图标记：

100、进气端盖；101、反应炉；102、炉壳；103、电极杆；104、排气端盖；105、第一淋气管；106、软管；107、第二淋气管；108、石墨舟；109、喷气孔。

具体实施方式

以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

下面详细描述本实用新型的具体实施例。

如图1所示，本实施例的PECVD设备，包括反应炉101、反应炉101一端设有用于进气的进气端盖100，进气端盖100设有进气口(图中未示出)，该进气口能够实现环形扩散进气。

在反应炉101开始反应前，采用氩气携带TMA(Al(CH₃)₃)进入反应炉101内，与氧气发生化学反应，采用氮气用于驱赶反应后的剩余气体和杂质进入粉尘捕捉装置，避免取出石墨舟108时反应炉101内危险气体进入空气和爆炸。

工作时，Al(CH₃)₃在反应炉101内分解并与水汽发生反应，同时利用水汽将粉尘颗粒粘结在一起，从而增加粉尘的粘性和颗粒直径，能够有效地促进粉尘沉降、粘结；然后在冷却区将尾气冷却至真空泵允许的温度范围，同时进一步将一部分粉尘沉降、粘结；最后过滤区对尾气进行过滤，将尾气中的粉尘过滤掉，由于粉尘颗粒的增大，有利于保证粉尘的过滤效果。

进一步地，本实施例中，反应炉101内设有石墨舟108，石墨舟108作为电池片(图中未示出)的载体，电池片竖直插入石墨舟108内，使得电池片与工艺气体流动方向平行，避免反应过程中颗粒物附着在电池片上，进一步提升镀膜质量，石墨舟108远离进气端盖100的一端于对角处设有电极(图中未示出)，电极上连接有电源引线(图中未示出)，电源引线与电极杆103实现电连接；在石墨舟108的一端引入电极，利用电极杆103连接电源引线为电极通电，在电极通电的情况下发生镀膜化学反应，使得原来必须在高温条件下才能进行的化学沉淀反应，可以在较低的温度(400℃)下进行，避免高温条件下掺杂杂质在衬底中扩散，减小薄膜内应力。

进一步地，本实施例中，反应炉101外周设有炉壳102，炉壳102两端延伸至反应炉101的两侧，或者说反应炉101位于炉壳102两端端部之间，进气端盖100与炉壳102一端密封配合，炉壳102另一端配设有排气端盖104。

进一步地，排气端盖104上还设有若干淋气管(图中未示出)；淋气管在排气端盖104上沿周向均匀，淋气管上沿与石英舟108相邻侧的径向设有多个喷气孔109，各喷气孔109沿直线布置，气体首先通过各喷气孔109进入反应炉101内，使得反应气体在反应炉101内混合更加均匀，提高镀膜效果。

进一步地，淋气管包括第一淋气管105和第二淋气管107；第一淋气管105上设有若干个喷气孔109；喷气孔109的相邻间距相等；第二淋气管107上设有若干个喷气孔109；喷气孔109的间距相等；第一淋气管105与第二淋气管107对应设置于反应炉104的内壁上表面。

进一步地，第一淋气管105上的相邻喷气孔109的之间的间距为1cm。

进一步地，第二淋气管107上的相邻喷气孔109的之间的间距为1cm。

进一步地，第一淋气管105上的喷气孔109和第二淋气管107上的喷气孔109对应设置或交错设置。

进一步地，如图2和图3中所示，喷气孔109的孔径依次增大(以靠近排气端盖104侧为起点依次增大)；喷气孔109的孔径为1mm～5mm中任一数字，具体举例如下：1.00mm、1.01mm、1.02mm、1.03mm、1.04mm、1.05mm、1.06mm、1.07mm、1.08mm、1.09mm和1.1mm等。

本实用新型实施方式中通过在淋气管上设置孔径依次增大的喷气孔109，在靠近排气端盖104侧，喷气孔109的孔径大，气体流量大，从而补气效果强；而在靠近进气端盖100侧，喷气孔109的孔径小，气体流量小，从而补气效果弱；从而实现了对反应炉101中反应气体的再次分配，提高反应炉101中气体的均一性；最终提高镀膜的均匀性。

进一步地，喷气孔109的分布密度为5个/dm、6个/dm、7个/dm、8个/dm、9个/dm和10个/dm中的一种，其中，“5个/dm”指每分米距离上的喷气孔109数量为5个。

本实用新型的PECVD设备，改变相关技术中仅采用环形进气口的设置，通过设置若干淋气管，从排气端盖104侧引入反应气体，使反应气体部分从排气端盖104侧进入反应炉101、在通过空间上相邻喷气孔109喷出的方式，有利于气体混合均匀，同时充分利用化学平衡，使得原料气体反应更加充分，膜厚度可以精准控制。

在前端的环形进气的基础上，在反应炉101的排气端盖104侧引入淋气管。将采用前端环形进气，尾端补气，使得工艺气体能快速且均匀的分布在反应炉101内，使得反应炉101内部气体流场稳定性和均匀性大幅度提高，石墨舟108的中间位置的硅片减反射膜与两侧位置相比相差不大，整个舟片间均匀性也大大提高。淋气管的长度不受限制，可根据石英炉管101和石墨舟108的长度综合考虑，将淋气管位置设置为覆盖石墨舟整体。

进一步地，排气端盖104侧上还设有抽气管(图中未示出)和软管106，以使工艺气体能在抽真空系统的作用下，工艺气体能从排气端盖104侧的淋气管和进气端盖100侧迅速充分且均匀的流经石墨舟108间，使得反应腔室内流场的稳定性和均匀性大幅提高，从而降低了薄膜的翘曲度。

石英管中的气体由炉口到炉尾方向均匀扩散，增加了排气端盖104侧的淋气管。淋气管均伸入石英内管中，两根管分上下布置。淋气管采用MFC单独控制气体总流量。

综上所述，本实用新型在排气端盖104侧设置PECVD设备进气装置，补充了反应炉101的气体，使得反应炉101内流场的稳定性和均匀性大幅提高，从而提高了生长薄膜的均匀性。避免了因扩大产量，增大反应炉101和石墨舟108的体面积所造成表面气流分布不够或不均的现象。使得该反应炉中工艺过程的稳定性和均匀性能大幅提高，十分适用于生产线的大规模应用。

上面结合具体实施方式对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种PECVD设备，包括反应炉(101)，其特征在于：所述反应炉(101)的一端设有排气端盖(104)；所述排气端盖(104)上设有若干个淋气管，所述淋气管为阵列式分布；

所述淋气管上设有若干个喷气孔(109)；所述喷气孔(109)的等间距设置；

所述喷气孔(109)的孔径从靠近排气端盖(104)侧依次增大。

2.根据权利要求1所述的PECVD设备，其特征在于：所述淋气管的数目≥2。

3.根据权利要求1所述的PECVD设备，其特征在于：所述阵列式分布为同心圆阵列式分布。

4.根据权利要求1所述的PECVD设备，其特征在于：所述喷气孔(109)的孔径为1mm～5mm。

5.根据权利要求1所述的PECVD设备，其特征在于：所述喷气孔(109)的相邻间距为0.5cm～1cm。

6.根据权利要求1所述的PECVD设备，其特征在于：所述排气端盖(104)上还设有抽气装置。

7.根据权利要求6所述的PECVD设备，其特征在于：所述反应炉(101)的另一端还设有进气端盖(100)；所述进气端盖(100)上还设有进气口。

8.根据权利要求7所述的PECVD设备，其特征在于：所述进气口为环形扩散进气口。

9.根据权利要求6所述的PECVD设备，其特征在于：所述反应炉(101)内设有石墨舟(108)；所述石墨舟(108)靠近所述排气端盖(104)的一端对角处设有电极；所述电极上连接有电源引线。

10.根据权利要求7所述的PECVD设备，其特征在于：所述反应炉(101)外周设有炉壳(102)；所述炉壳(102)两端延伸至反应炉(101)的两侧。

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