Wat zijn de verschillende toepassingen van dun filmsilicium?

Er zijn tientallen verschillende methoden voor het neerslaan van dunne film silicium, maar ze kunnen in het algemeen in drie categorieën worden onderverdeeld. Er zijn chemische reactie-afzettingsprocessen, zoals chemische dampafzetting, moleculaire bundelepitaxie en elektrodepositie. Fysieke dampafzetting is een afzettingsproces waarbij alleen een fysieke reactie plaatsvindt. Er zijn ook hybride processen die zowel fysische als chemische middelen gebruiken, waaronder sputterafzetting en gas- of glimontladingsmethoden.

Fysieke dampafzetting is gerelateerd aan de verscheidenheid aan gebruikte sputtertechnologieën en omvat het verdampen van materiaal uit een bron en het overbrengen in dunne film siliciumlagen naar een doelsubstraat. Het bronmateriaal wordt verdampt in een vacuümkamer, waardoor deeltjes zich gelijkmatig verspreiden en alle oppervlakken in de kamer bedekken. De twee methoden die fysische dampafzetting hiervoor gebruikt, zijn elektronenstralen, of e-stralen, om het bronmateriaal te verwarmen en te verdampen, of resistieve verdamping met behulp van hoge elektrische stroom. Sputterdepositie maakt gebruik van een gedeeltelijk vacuüm geladen met een inert maar geïoniseerd gas, zoals argon, en de geladen ionen worden aangetrokken door de gebruikte doelmaterialen, die atomen afbreken die vervolgens op het substraat neerslaan als dunne film silicium. Er zijn veel verschillende soorten sputteren, waaronder sputteren met reactieve ionen, magnetron en clusterbundels, allemaal variaties op de manier waarop ionenbombardement op het bronmateriaal wordt uitgevoerd.

Chemische dampafzetting is een van de meest voorkomende processen die worden gebruikt om dunne film silicium te produceren en is nauwkeuriger dan fysische methoden. Een reactor is gevuld met verschillende gassen, die op elkaar inwerken om vaste bijproducten te produceren die condenseren op alle oppervlakken in de reactor. Dun silicium dat op deze manier wordt geproduceerd, kan extreem uniforme eigenschappen en een zeer hoge zuiverheid hebben, wat deze methode nuttig maakt voor de halfgeleiderindustrie en voor de productie van optische coatings. Het nadeel is dat dit soort afzettingsmethoden relatief langzaam kan zijn, vaak reactorkamers vereisen die werken bij temperaturen tot 2.012 ° Fahrenheit (1.100 ° Celsius), en gebruikmaken van zeer giftige gassen, zoals silaan.

Elk van de tientallen verschillende depositieprocessen moet worden overwogen bij het vervaardigen van dunne-film-silicium, omdat elk zijn eigen unieke voordelen, kosten en risico's met zich meebrengt. Vroege reactieve ionenkamers waren opgehangen aan de laboratoriumvloer om ze te isoleren, omdat ze tot 50.000 volt moesten worden opgeladen en computerapparatuur konden kortsluiten, zelfs als ze alleen op beton in de buurt zaten. Koperen buizen met een diameter van twaalf inch die van deze reactoren in het gesteente onder de productievloer liepen, werden door de laboratoriummedewerkers in de volksmond door de laboratoriummedewerkers 'Jesus sticks' genoemd, met verwijzing naar het feit dat degene die het aanraakte met Jezus zou praten omdat het zou doden hem of haar. Producten zoals kleurstofgevoelige zonnecellen bieden een nieuwe, minder gevaarlijke en minder dure aanpak voor de productie van dunne films, omdat ze geen nauwkeurige silicium halfgeleidersubstraten vereisen en kunnen worden geproduceerd bij veel lagere temperaturen van ongeveer 248 ° Fahrenheit (120 ° Celsius).