Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Эпитаксиалдық пластинка (эпи пластинка, эпи пластинка немесе эпипластинка деп те аталады) – фотоника, микроэлектроника, спинтроника немесе фотовольтаика салаларында қолдану үшін эпитаксиялық өсу (эпитаксия) арқылы жасалған жартылай өткізгіш материалдан жасалған пластинка. Эпи қабаты субстраттан жасалған материалмен бірдей болуы мүмкін, әдетте монокристалды кремний, немесе кремний диоксиді (SoI) немесе белгілі бір қасиеттері бар экзотикалық материал болуы мүмкін. Эпитаксияның мақсаты – төмендегі негізгі субстраттың кристалл құрылымын жетілдіріп, пластинка бетінің электрлік қасиеттерін жақсарту, осы арқылы оны өте күрделі микропроцессорлар мен жад құрылғылары үшін қолайлы ету.
An epitaxial wafer (also called epi wafer, epi wafer, or epiwafer) is a wafer of semiconducting material made by epitaxial growth (epitaxy) for use in photonics, microelectronics, spintronics, or photovoltaics. The epi layer may be the same material as the substrate, typically monocrystaline silicon, or it may be a silicon dioxide (SoI) or a more exotic material with specific desirable qualities. The purpose of epitaxy is to perfect the crystal structure over the bare substrate below and improve the wafer surface's electrical characteristics, making it suitable for highly complex microprocessors and memory devices.
Тарих
Кремнийлі эпи пластиналар алғаш рет 1966 жылы жасалып, 1980 жылдардың басында коммерциялық қолданысқа енді. Монокристалл кремний немесе басқа пластиналарға эпитаксиалды қабатты өсіру әдістеріне мыналар жатады: атмосфералық қысымдағы химиялық бу фазасы (APCVD) немесе металл-органикалық химиялық бу фазасы (MOCVD) сияқты химиялық бу фазасының (CVD) түрлі нұсқалары, сондай-ақ молекулалық сәулелі эпитаксия (MBE). Эпитаксиалды қабатты субстраттан бөлудің екі "қырсыз" әдісі (абразивті кесусіз) – "имплантациялық айыру" және "кернеу арқылы көтеру" деп аталады. Эпи қабаты мен субстрат бір материал болған жағдайда қолданылатын әдіс, иондық имплантация арқылы кристалл қоспа атомдарының жұқа қабатын және осымен байланысты механикалық кернеуді, жоспарланған эпи қабатының қалыңдығына сәйкес тереңдікке енгізеді. Тудырылған жергілікті кернеу, келесі айыру кезінде жарық таралуына бақыланатын жол ашады. Эпи қабаты мен субстрат әртүрлі материалдардан жасалған жағдайда қолданылатын құрғақ кернеу арқылы көтеру процесінде, эпи қабаты мен пластина арасындағы интерфейсте температураның өзгеруі арқылы, эпи қабаты мен субстраттың жылулық кеңею коэффициенттерінің айырмашылығына байланысты туындаған жылулық кернеулермен басқарылатын жарық пайда болады, жарықты таратуға қосымша сыртқы механикалық күш немесе құрал қажет емес. Бұл процесте бір атомдық жазықтықта айыру жүзеге асады, бұл көтеруден кейін жылтырату қажеттілігін азайтады және субстратты 10 ретке дейін қайта пайдалануға мүмкіндік береді.
Silicon epi wafers were first developed around 1966 and achieved commercial acceptance by the early 1980s. Methods for growing the epitaxial layer on monocrystalline silicon or other wafers include: various types of chemical vapor deposition (CVD) classified as Atmospheric pressure CVD (APCVD) or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), as well as molecular beam epitaxy (MBE). Two "kerfless" methods (without abrasive sawing) for separating the epitaxial layer from the substrate are called "implant cleave" and "stress liftoff". A method applicable when the epi layer and substrate are the same material employs ion implantation to deposit a thin layer of crystal impurity atoms and resulting mechanical stress at the precise depth of the intended epi layer thickness. The induced localized stress provides a controlled path for crack propagation in the following cleavage step. In the dry stress lift off process applicable when the epi layer and substrate are suitably different materials, a controlled crack is driven by a temperature change at the epi/wafer interface purely by the thermal stresses due to the mismatch in thermal expansion between the epi layer and substrate, without the necessity for any external mechanical force or tool to aid crack propagation. It was reported that this process yields single atomic plane cleavage, reducing the need for post lift off polishing and allowing multiple substrate reuses up to 10 times.
Түрлері
Эпитаксиалдық қабаттар галлий нитриді (GaN), галлий арсениді (GaAs) немесе галлий, индий, алюминий, азот, фосфор немесе мырыш элементтерінің белгілі бір қажетті қасиеттері бар қосылыстардан құралуы мүмкін.
The epitaxial layers may consist of compounds with particular desirable features such as gallium nitride (GaN), gallium arsenide (GaAs), or some combination of the elements gallium, indium, aluminum, nitrogen, phosphorus or arsenic.
Фотоэлектрлік зерттеулер мен даму
Күн элементтері немесе күн сәулесінен электр қуатын өндіруге арналған фотоэлектр элементтері (ФЭ) химиялық бу жинақтау (КВД) арқылы монокристалл кремнийдің "тұқымдық" пластинкасында қалың эпипластиналар ретінде өсірілуі мүмкін, содан кейін белгілі бір стандартты қалыңдыққа (мысалы, 250 мкм) ие, өздігінен тұрақты пластинкаларға бөлінеді. Оларды қолмен ұстап, монокристалл кремнийден кесілген пластинка жасушаларының орнына тікелей қолдануға болады. Бұл әдіспен жасалған күн элементтері пластинкадан кесілген жасушалармен салыстырылатын тиімділікке ие болуы мүмкін, бірақ КВД жоғары өнімділікті желілік процесте атмосфералық қысымда жүргізілсе, айтарлықтай төмен құнмен. 2015 жылдың қыркүйек айында Фраунгофер Күн Энергиялық Жүйелері институты (Fraunhofer ISE) мұндай жасушалар үшін 20%-дан жоғары тиімділікке қол жеткізгенін хабарлады. Өндіріс тізбегін оңтайландыру Fraunhofer ISE-ден бөлініп, өндірісті коммерцияландыру мақсатымен құрылған NexWafe GmbH компаниясымен бірлесіп жүзеге асырылды. Эпитаксиалдық пластинкалардың беті жарық сіңіруді жақсарту үшін текстуралануы мүмкін. 2016 жылдың сәуір айында Санта-Клара, Калифорниядағы Crystal Solar компаниясы және Еуропалық зерттеу институты IMEC бірлесіп, 6 дюймдік (150 мм) пластинкаларда өсірілген nPERT (n-типті пассивтелген эмитер, артқы жағы толығымен диффузияланған) құрылымы бар эпитаксиалды кремний жасушасының 22,5% тиімділікке қол жеткізгенін мәлімдеді. 2015 жылдың қыркүйегінде Hanwha Q Cells Crystal Solar эпитаксиалды пластинкаларынан жасалған скринингпен басылған күн жасушалары үшін 21,4% (тәуелсіз расталған) түрлендіру тиімділігін ұсынды. 2015 жылдың маусым айында n-типті монокристалл кремний пластиналарында эпитаксиалды өсірілген гетерожүктемелі күн жасушаларының 243,4 см² жасушалық ауданында 22,5% тиімділікке жеткені хабарланды. 2016 жылы III-V көп қиылысты күн жасушаларының жоғары тиімділігін кремниймен байланысты экономикалық артықшылықтармен және тәжірибемен біріктіретін гибридті фотоэлектрлік пластинкаларды өндірудің жаңа әдісі сипатталды. III-V материалды қажетті жоғары температурада кремнийге өсірудегі техникалық қиындықтар, 30 жылдан бері зерттеліп келе жатқан мәселе, кремнийдің GaAs-та төмен температурада плазмалық химиялық бу жинақтау (PECVD) арқылы эпитаксиалды өсуімен шешілді.
Solar cells, or photovoltaic cells (PV) for producing electric power from sunlight can be grown as thick epi wafers on a monocrystalline silicon "seed" wafer by chemical vapor deposition (CVD), and then detached as self supporting wafers of some standard thickness (e. g., 250 μm) that can be manipulated by hand, and directly substituted for wafer cells cut from monocrystalline silicon ingots. Solar cells with this technique can have efficiencies approaching wafer cut cells but at appreciably lower costs if the CVD can be done at atmospheric pressure in a high throughput inline process. In September 2015, the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE) announced the achievement of efficiency above 20% for such cells. Optimizing the production chain was done in collaboration with NexWafe GmbH, a company spun off from Fraunhofer ISE to commercialize production. The surface of epitaxial wafers may be textured to enhance light absorption. In April 2016, the company Crystal Solar of Santa Clara, California, in collaboration with the European research institute IMEC announced that they achieved a 22.5% cell efficiency of an epitaxial silicon cell with an nPERT (n type passivated emitter, rear totally diffused) structure grown on 6 inch (150 mm) wafers. In September 2015 Hanwha Q Cells presented an achieved conversion efficiency of 21.4% (independently confirmed) for screen printed solar cells made with Crystal Solar epitaxial wafers. In June 2015, it was reported that heterojunction solar cells grown epitaxially on n type monocrystalline silicon wafers had reached an efficiency of 22.5% over a total cell area of 243.4 cm. In 2016, a new approach was described for producing hybrid photovoltaic wafers combining the high efficiency of III V multi junction solar cells with the economies and wealth of experience associated with silicon. The technical complications involved in growing the III V material on silicon at the required high temperatures, a subject of study for some 30 years, are avoided by epitaxial growth of silicon on GaAs at low temperature by Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD)