Quelles sont les différentes applications du silicium en couche mince?

Il existe des dizaines de méthodes différentes pour le dépôt de silicium en couche mince, mais elles peuvent généralement être classées en trois catégories. Il existe des processus de dépôt par réaction chimique, tels que le dépôt chimique en phase vapeur, l'épitaxie par jet moléculaire et l'électrodéposition. Le dépôt physique en phase vapeur est un processus de dépôt dans lequel une seule réaction physique a lieu. Il existe également des procédés hybrides qui utilisent des moyens physiques et chimiques, notamment les méthodes de dépôt par pulvérisation et de décharge gazeuse ou luminescente.

Le dépôt physique en phase vapeur est lié à la variété de technologies de pulvérisation utilisées et implique l’évaporation du matériau d’une source puis son transfert sous forme de couches minces de silicium à un substrat cible. Le matériau source est évaporé dans une chambre à vide, ce qui provoque la dispersion et le revêtement uniformes de toutes les surfaces de la chambre. Les deux méthodes de dépôt physique en phase vapeur utilisées à cet effet sont les faisceaux d'électrons, ou faisceaux d'électrons, permettant de chauffer et d'évaporer le matériau source, ou l'évaporation résistive à l'aide d'un courant électrique élevé. Le dépôt par pulvérisation utilise un vide partiel chargé avec un gaz inerte mais ionisé, tel que l'argon, et les ions chargés sont attirés par les matériaux cibles utilisés, qui cassent des atomes qui se déposent ensuite sur le substrat sous forme de silicium en couche mince. Il existe de nombreux types de pulvérisation cathodique, notamment la pulvérisation ionique réactive, par magnétron et par faisceau, qui représentent toutes des variantes de la manière dont le bombardement ionique du matériau source est effectué.

Le dépôt chimique en phase vapeur est l’un des procédés les plus couramment utilisés pour produire du silicium en couche mince et il est plus précis que les méthodes physiques. Un réacteur est rempli d'une variété de gaz qui interagissent les uns avec les autres pour produire des sous-produits solides qui se condensent sur toutes les surfaces du réacteur. Le silicium en couche mince produit de cette manière peut avoir des caractéristiques extrêmement uniformes et une très grande pureté, ce qui rend ce procédé utile pour l'industrie des semi-conducteurs ainsi que pour la production de revêtements optiques. L'inconvénient est que ces types de méthodes de dépôt peuvent être relativement lents, nécessitent souvent des chambres de réacteur fonctionnant à des températures allant jusqu'à 1 100 ° C (2 012 ° Fahrenheit) et utilisent des gaz très toxiques, tels que le silane.

Lors de la fabrication de silicium en couches minces, chacun des dizaines de processus de dépôt différents doit être pris en compte, chacun présentant des avantages, des coûts et des risques uniques. Les premières chambres d'ionisation réactives étaient suspendues au sol du laboratoire pour les isoler, car elles devaient être alimentées à 50 000 volts et pouvaient court-circuiter le matériel informatique même si elles étaient simplement assises sur du béton à proximité. Des tuyaux de cuivre de douze pouces de diamètre qui partaient de ces réacteurs et se trouvaient dans le socle situé sous le plancher de fabrication étaient familièrement appelés "bâtons de Jésus" par les ouvriers du laboratoire, en référence au fait que quiconque le toucherait parlerait à Jésus car il tuerait lui ou elle. Des produits tels que les cellules solaires sensibles aux colorants offrent une nouvelle approche moins dangereuse et moins coûteuse de la fabrication de couches minces, car ils ne nécessitent pas de substrats semi-conducteurs précis en silicium et peuvent être produits à des températures beaucoup plus basses, environ 248 ° F (100 ° C). Celsius).

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