Каковы различные применения тонкопленочного кремния?

Существуют десятки различных методов нанесения тонкопленочного кремния, но их обычно можно разделить на три категории. Существуют процессы химического осаждения, такие как химическое осаждение из паровой фазы, молекулярно-лучевая эпитаксия и электроосаждение. Физическое осаждение из паровой фазы представляет собой процесс осаждения, при котором происходит только физическая реакция. Существуют также гибридные процессы, в которых используются как физические, так и химические средства, которые включают осаждение распылением и методы газового или тлеющего разряда.

Физическое осаждение из паровой фазы связано с разнообразием используемых технологий распыления и включает испарение материала из источника и перенос его в тонкопленочных слоях кремния на целевую подложку. Исходный материал испаряется в вакуумной камере, заставляя частицы равномерно распределяться и покрывать все поверхности в камере. Для этого используются два метода физического осаждения из паровой фазы: электронные пучки или электронные пучки для нагрева и испарения исходного материала или резистивное испарение с использованием высокого электрического тока. При осаждении распылением используется частичный вакуум, нагруженный инертным, но ионизированным газом, таким как аргон, и заряженные ионы притягиваются к используемым материалам мишени, которые отщепляют атомы, которые затем оседают на подложке в виде тонкопленочного кремния. Существует много различных типов распыления, включая распыление с помощью реактивного иона, магнетрона и кластерного пучка, которые представляют собой различные варианты ионной бомбардировки исходного материала.

Химическое осаждение из паровой фазы является одним из наиболее распространенных процессов, используемых для получения тонкопленочного кремния, и является более точным, чем физические методы. Реактор заполнен различными газами, которые взаимодействуют друг с другом, образуя твердые побочные продукты, которые конденсируются на всех поверхностях реактора. Тонкопленочный кремний, полученный таким способом, может иметь чрезвычайно однородные характеристики и очень высокую чистоту, что делает этот метод полезным для полупроводниковой промышленности, а также для изготовления оптических покрытий. Недостатком является то, что эти типы методов осаждения могут быть относительно медленными, часто требуют реакторных камер, работающих при температурах до 2,012 ° по Фаренгейту (1100 ° С), и используют очень токсичные газы, такие как силан.

Каждый из десятков различных процессов осаждения должен учитываться при изготовлении тонкопленочного кремния, поскольку каждый имеет свои уникальные преимущества, затраты и риски. Ранние реактивные ионные камеры были подвешены к лабораторному полу, чтобы изолировать их, так как они должны были заряжаться до 50 000 вольт и могли отключать компьютерное оборудование, даже если они просто сидели на бетоне поблизости. Медные трубы диаметром в двенадцать дюймов, которые проходили от этих реакторов до скалы под производственным полом, были в разговорной речи известны как «палки Иисуса» со стороны работников лаборатории, со ссылкой на тот факт, что тот, кто прикоснется к нему, будет говорить с Иисусом, потому что он убьет его или ее. Такие продукты, как сенсибилизированные красителем солнечные элементы, предлагают новый, менее опасный и менее дорогой подход к производству тонких пленок, поскольку они не требуют точных кремниевых полупроводниковых подложек и могут быть изготовлены при гораздо более низких температурах, около 248 ° по Фаренгейту (120 °). Цельсия).