Quali sono le diverse applicazioni del silicio a film sottile?
Esistono decine di metodi diversi per la deposizione di silicio a film sottile, ma generalmente possono essere suddivisi in tre categorie. Esistono processi di deposizione di reazioni chimiche, quali deposizione di vapore chimico, epitassia da fasci molecolari ed elettrodeposizione. La deposizione fisica da vapore è un processo di deposizione in cui ha luogo una sola reazione fisica. Esistono anche processi ibridi che utilizzano mezzi fisici e chimici, tra cui la deposizione di sputtering e metodi di scarica di gas o bagliore.
La deposizione fisica di vapore è correlata alla varietà delle tecnologie di sputtering utilizzate e comporta l'evaporazione del materiale da una fonte e il trasferimento in strati di silicio a film sottile su un substrato bersaglio. Il materiale sorgente viene evaporato in una camera a vuoto, causando la dispersione equa delle particelle e il rivestimento di tutte le superfici nella camera. I due metodi utilizzati per la deposizione fisica in fase di vapore sono i fasci di elettroni, o fasci elettronici, per riscaldare ed evaporare il materiale sorgente o l'evaporazione resistiva usando una corrente elettrica elevata. La deposizione di sputter utilizza un vuoto parziale caricato con un gas inerte ma ionizzato, come l'argon, e gli ioni caricati sono attratti dai materiali target utilizzati, che rompono gli atomi che poi si depositano sul substrato come silicio a film sottile. Esistono molti tipi diversi di sputtering, tra cui ioni reattivi, magnetron e sputtering del fascio di cluster, che sono tutte variazioni su come viene eseguito il bombardamento ionico del materiale sorgente.
La deposizione chimica da vapore è uno dei processi più comuni utilizzati per produrre silicio a film sottile ed è più precisa dei metodi fisici. Un reattore è riempito con una varietà di gas, che interagiscono tra loro per produrre sottoprodotti solidi che si condensano su tutte le superfici del reattore. Il silicio a film sottile prodotto in questo modo può avere caratteristiche estremamente uniformi e purezza molto elevata, il che rende questo metodo utile per l'industria dei semiconduttori e nella produzione di rivestimenti ottici. Lo svantaggio è che questi tipi di metodi di deposizione possono essere relativamente lenti, spesso richiedono camere del reattore che funzionano a temperature fino a 2.012 ° Fahrenheit (1.100 ° Celsius) e utilizzano gas molto tossici, come il silano.
Ognuna delle dozzine di diversi processi di deposizione deve essere presa in considerazione quando si produce silicio a film sottile, poiché ognuno ha i suoi vantaggi, costi e rischi unici. Le prime camere a ioni reattivi furono sospese dal pavimento del laboratorio per isolarle, poiché dovevano essere caricate a 50.000 volt e potevano cortocircuitare le apparecchiature informatiche anche se si trovavano semplicemente sul cemento lì vicino. Tubi di rame da dodici pollici di diametro che scorrevano da questi reattori nella roccia fresca sotto il pavimento di produzione, erano colloquialmente noti come "bastoncini di Gesù" dagli operai del laboratorio, con riferimento al fatto che chiunque lo avesse toccato avrebbe parlato con Gesù poiché avrebbe ucciso lui o lei. Prodotti come le celle solari sensibili alla tintura offrono un approccio nuovo, meno pericoloso e meno costoso alla produzione di film sottile, poiché non richiedono substrati di semiconduttori di silicio precisi e possono essere prodotti a temperature molto più basse di circa 248 ° Fahrenheit (120 ° Centigrado).