4.3.3. Введение легирующей примеси путем диффузии
Введение легирующей примеси в базовую область осуществляют, как правило, в процессе выращивания кристалла. Затем, например, слой 
-типа на базе 
-типа можно получить диффузионным введением донорных примесных атомов в базовый слой, концентрация которых должна превышать долю акцепторов в базовом слое, а также выращиванием дополнительного 
-слоя (например, химическим осаждением из паровой фазы) или методом ионной имплантации. Подробное обсуждение способа диффузионного легирования кремния проведено Грувом [Grove, 1967].
В настоящее время фактически все кремниевые солнечные элементы создают с помощью диффузионного легирования. Легирующая примесь может быть доставлена в область диффузии одним из следующих способов:
1) введением в поток в газообразной или паровой фазе (например, 
в увлажненный поток 
или 
или 
в осушенный газ) [Runyan, 1965];
2) диффузией из тонкой пленки легирующей примеси, осажденной вакуумно-термическим испарением или электролитически;
3) диффузией из инертного твердого слоя, содержащего легирующую примесь (например, из боросодержащих стеклообразных слоев силикатов и боратов калия);
4) диффузией из слоев порошкообразного легированного оксида 
нанесенных намазыванием, центрифугированием, разбрызгиванием или трафаретной печатью [Shah, Fuller, 1976; Chandler е. а., 1976];
5) диффузией из легированного слоя 
полученного методом химического осаждения из паровой фазы.
Диффузионное введение фосфора в кремний обычно выполняют при температуре 950° С в течение 10 мин, толщина диффузионного слоя при этом равна 0,25 мкм.
Процесс диффузии идеально подчиняется законам Фика, в соответствии с которыми концентрационный профиль примеси для источника примеси бесконечной мощности можно описать выражением
В большинстве случаев, однако, профиль более сложен из-за зависимости коэффициента диффузии от концентрации примеси и вакансий и ввиду отклонения температурной зависимости коэффициента диффузии от закона Аррениуса [Shewmon, 1963].
С ростом длительности диффузионного процесса формируется концентрационное плато, отвечающее пределу растворимости диффузанта, как в случае диффузии атомов Р, показанном на рис. 4.13. При охлаждении кремния высокая концентрация легирующей примеси приводит к нарушениям в кристаллической решетке с образованием дислокаций и других дефектов, которым соответствуют глубокие уровни, резко снижающие время жизни носителей заряда (до 1010 с) в сильно легированной области [Lindmayer, Allison, 1973].
Этот эффект обусловливает наличие на поверхности так называемого мертвого слоя, ограничивающего фотоотклик многих ранних конструкций
Рис. 4.13. Диффузионные профили фосфора в кремнии при различных длительностях процесса диффузии (температура 950 °С, источник примеси 
, исходная концентрация примеси в подложке 
концентрация атомов Р на расстоянии 
от поверхности
кремниевых солнечных элементов (в 
) в коротковолновой области спектра. Избежать наличие мертвого слоя можно путем:
1) снижения концентрации легирующей примеси на поверхности в процессе диффузии, например используя стеклообразный источник примеси, поддерживающий поверхностную концентрацию при значении ниже предела растворимости примеси в кремнии;
2) диффузии из источника ограниченной мощности (например, применяя тонкую пленку, полученную вакуумно-термическим испарением);
3) проведения кратковременной диффузии (называемой разгонкой), удаления источника примеси и последующего продолжения процесса (называемого загонкой) фактически из источника ограниченной мощности;
4) удаления нарушенного слоя после диффузии.
