Jakie są różne zastosowania krzemu cienkowarstwowego?
Istnieją dziesiątki różnych metod osadzania cienkowarstwowego krzemu, ale ogólnie można je podzielić na trzy kategorie. Istnieją procesy osadzania reakcji chemicznych, takie jak chemiczne osadzanie z fazy gazowej, epitaksja z wiązki molekularnej i osadzanie elektrolityczne. Fizyczne osadzanie z fazy gazowej to proces osadzania, w którym zachodzi sama reakcja fizyczna. Istnieją również procesy hybrydowe, które wykorzystują zarówno środki fizyczne, jak i chemiczne, które obejmują metody napylania jonowego i metody wyładowania gazowego lub jarzeniowego.
Fizyczne osadzanie z fazy gazowej jest związane z różnorodnością stosowanych technologii napylania i obejmuje odparowywanie materiału ze źródła i przenoszenie go w cienkowarstwowych warstwach krzemu na docelowe podłoże. Materiał źródłowy odparowuje się w komorze próżniowej, powodując równomierne rozproszenie cząstek i pokrycie wszystkich powierzchni w komorze. Dwiema metodami stosowanymi w tym celu do fizycznego osadzania z fazy gazowej są wiązki elektronów lub e-wiązki w celu ogrzania i odparowania materiału źródłowego lub odparowania rezystancyjnego przy użyciu wysokiego prądu elektrycznego. Nanoszenie przez rozpylanie wykorzystuje częściową próżnię obciążoną obojętnym, ale zjonizowanym gazem, takim jak argon, a naładowane jony są przyciągane do użytych materiałów docelowych, które odrywają atomy, które następnie osadzają się na podłożu w postaci cienkowarstwowego krzemu. Istnieje wiele różnych rodzajów rozpylania, w tym rozpylanie jonów reaktywnych, magnetronów i wiązek klastrowych, które wszystkie są odmianami sposobu bombardowania jonów materiałem źródłowym.
Chemiczne osadzanie z fazy gazowej jest jednym z najczęstszych procesów wykorzystywanych do produkcji cienkowarstwowego krzemu i jest bardziej precyzyjne niż metody fizyczne. Reaktor jest wypełniony różnymi gazami, które oddziałują ze sobą, tworząc stałe produkty uboczne, które kondensują na wszystkich powierzchniach reaktora. Cienkowarstwowy krzem wytwarzany w ten sposób może mieć wyjątkowo jednolite właściwości i bardzo wysoką czystość, co czyni tę metodę przydatną w przemyśle półprzewodników, a także w produkcji powłok optycznych. Wadą jest to, że tego rodzaju metody osadzania mogą być stosunkowo powolne, często wymagają komór reaktora pracujących w temperaturach do 2012 ° Fahrenheita (1100 ° Celsjusza) i wykorzystują bardzo toksyczne gazy, takie jak silan.
Każdy z dziesiątek różnych procesów osadzania musi być brany pod uwagę przy wytwarzaniu cienkowarstwowego krzemu, ponieważ każdy ma swoje własne unikalne zalety, koszty i ryzyko. Wczesne reaktywne komory jonowe zostały zawieszone na podłodze laboratorium w celu ich izolacji, ponieważ musiały zostać naładowane do 50 000 woltów i mogły spowodować zwarcie sprzętu komputerowego, nawet jeśli tylko siedzieli na betonie w pobliżu. Miedziane rury o średnicy 12 cali, które biegły z tych reaktorów do podłoża skalnego poniżej podłogi produkcyjnej, były potocznie nazywane przez pracowników laboratorium „kijami Jezusa”, w odniesieniu do faktu, że ktokolwiek go dotknął, rozmawiałby z Jezusem, ponieważ zabiłby go on albo ona. Produkty takie jak barwione ogniwa słoneczne oferują nowe, mniej niebezpieczne i tańsze podejście do wytwarzania cienkich warstw, ponieważ nie wymagają precyzyjnych krzemowych podłoży półprzewodnikowych i mogą być wytwarzane w znacznie niższych temperaturach około 248 ° Fahrenheita (120 ° Celsjusz).