Was sind die verschiedenen Anwendungen von Dünnschicht-Silizium?
Es gibt Dutzende verschiedener Methoden zur Abscheidung von Dünnschichtsilicium, die jedoch im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt werden können. Es gibt chemische Reaktionsabscheidungsprozesse, wie chemische Gasphasenabscheidung, Molekularstrahlepitaxie und elektrolytische Abscheidung. Die physikalische Gasphasenabscheidung ist ein Abscheidungsprozess, bei dem nur eine physikalische Reaktion stattfindet. Es gibt auch Hybridprozesse, die sowohl physikalische als auch chemische Mittel verwenden, einschließlich Sputter-Abscheidungs- und Gas- oder Glimmentladungsmethoden.
Das physikalische Aufdampfen hängt mit der Vielzahl der verwendeten Sputtertechnologien zusammen und beinhaltet das Verdampfen von Material von einer Quelle und das Übertragen dieses Materials in Dünnfilmsiliziumschichten auf ein Zielsubstrat. Das Ausgangsmaterial wird in einer Vakuumkammer verdampft, wodurch die Partikel gleichmäßig verteilt und alle Oberflächen in der Kammer beschichtet werden. Die beiden Methoden der physikalischen Gasphasenabscheidung sind Elektronenstrahlen oder Elektronenstrahlen zum Erhitzen und Verdampfen des Quellenmaterials oder Widerstandsverdampfung unter Verwendung von hohem elektrischen Strom. Bei der Sputterabscheidung wird ein Teilvakuum verwendet, das mit einem inerten, jedoch ionisierten Gas wie Argon beladen ist, und die geladenen Ionen werden von den verwendeten Targetmaterialien angezogen, die Atome abbrechen, die sich dann als Dünnschichtsilicium auf dem Substrat absetzen. Es gibt viele verschiedene Arten des Sputterns, einschließlich reaktivem Ionen-, Magnetron- und Clusterstrahl-Sputtern. Dies sind alles Variationen der Art und Weise, wie Ionen auf das Ausgangsmaterial beschossen werden.
Die chemische Gasphasenabscheidung ist eines der häufigsten Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtsilizium und genauer als physikalische Verfahren. Ein Reaktor ist mit einer Vielzahl von Gasen gefüllt, die miteinander interagieren, um feste Nebenprodukte zu erzeugen, die auf allen Oberflächen im Reaktor kondensieren. Auf diese Weise hergestelltes Dünnschichtsilicium kann äußerst gleichmäßige Eigenschaften und eine sehr hohe Reinheit aufweisen, was dieses Verfahren sowohl für die Halbleiterindustrie als auch für die Herstellung optischer Beschichtungen nützlich macht. Der Nachteil ist, dass diese Arten von Abscheidungsverfahren relativ langsam sein können, häufig Reaktorkammern erfordern, die bei Temperaturen bis zu 1100 ° Celsius (2.012 ° Fahrenheit) arbeiten, und sehr giftige Gase wie Silan verwenden.
Bei der Herstellung von Dünnschichtsilizium muss jedes der Dutzenden verschiedener Abscheidungsprozesse berücksichtigt werden, da jeder seine eigenen spezifischen Vorteile, Kosten und Risiken mit sich bringt. Frühe reaktive Ionenkammern wurden vom Laborboden abgehängt, um sie zu isolieren, da sie auf 50.000 Volt aufgeladen werden mussten und Computerausrüstung kurzschließen konnten, selbst wenn sie nur auf Beton in der Nähe saßen. Kupferrohre mit einem Durchmesser von 12 Zoll, die von diesen Reaktoren in das Gestein unterhalb des Produktionsbodens führten, wurden von den Laboranten umgangssprachlich als "Jesus-Stöcke" bezeichnet, in Bezug auf die Tatsache, dass jeder, der sie berührte, mit Jesus sprach, da dies töten würde ihm oder ihr. Produkte wie farbstoffsensibilisierte Solarzellen bieten einen neuen, weniger gefährlichen und kostengünstigen Ansatz für die Herstellung von Dünnfilmen, da sie keine präzisen Siliziumhalbleitersubstrate erfordern und bei viel niedrigeren Temperaturen von etwa 120 ° C (248 ° Fahrenheit) hergestellt werden können Celsius).