Полікристалічний кремній або мультикристалічний кремній, також полікремній, poly-Si або mc-Si, — це полікристалічна форма кремнію високої чистоти, яка використовується як сировина для сонячної фотоелектричної та електронної промисловості.
Полікремній виробляється з кремнію металургійного класу за допомогою процесу хімічного очищення, який називається процесом Сіменса. Цей процес включає дистиляцію летких сполук кремнію та їх розкладання на кремній при високих температурах. Новий, альтернативний процес очищення використовує реактор із псевдозрідженим шаром. Фотоелектрична промисловість також виробляє оновлений металургійний кремній (UMG-Si), використовуючи металургійні процеси замість хімічного очищення. Коли полікремній виробляється для електронної промисловості, рівень домішок становить менше однієї частки на мільярд (ppb), тоді як полікристалічний сонячний кремній (SoG-Si), як правило, менш чистий. Кілька компаній з Китаю, Німеччини, Японії, Кореї та Сполучених Штатів, таких як GCL-Poly, Wacker Chemie, та Hemlock Semiconductor, а також норвезька штаб-квартира , склали більшу частину світового виробництва близько 230 000 тонн у 2013 році.
Полікремнієва сировина — великі стрижні, зазвичай розбиті на шматки певного розміру та упаковані в чистих приміщеннях перед транспортуванням — безпосередньо відливають у мультикристалічні злитки або піддають процесу перекристалізації для вирощування монокристалів. Монокристали потім нарізають на тонкі кремнієві пластини та використовують для виробництва сонячних елементів, інтегральних схем та інших напівпровідникових пристроїв.
Полікремній складається з дрібних кристалів, також відомих як кристаліти, що надає матеріалу типовий ефект металевих лусочок. Хоча полікремній і мультикремній часто використовуються як синоніми, мультикристалічний зазвичай належить до кристалів розміром більше одного міліметра. Мультикристалічні сонячні батареї є найпоширенішим типом сонячних елементів на швидкозростаючому фотоелектричному ринку, і вони споживають більшу частину виробленого в усьому світі полікремнію. Для виготовлення одного звичайного сонячного модуля потужністю 1 мегаватт (МВт) потрібно близько 5 тонн полікремнію. Полікремній відрізняється від та .
Полікристалічний проти монокристалічного кремнію
У монокристалічному кремнії, кристалічний каркас є однорідним, що можна розпізнати за рівномірним зовнішнім забарвленням. Весь зразок є одним єдиним суцільним і нерозбитим кристалом, оскільки його структура не містить зерен. Великі монокристали рідко зустрічаються в природі, і їх також важко отримати в лабораторії (див. також перекристалізація). Навпаки, в аморфній структурі порядок в атомних позиціях обмежений коротким діапазоном.
Полікристалічна і паракристалічна фази складаються з ряду більш дрібних кристалів або кристалітів. Полікристалічний кремній (або напівкристалічний кремній, полікремній, полі-Si або просто «полі») — це матеріал, що складається з кількох малих кристалів кремнію. Полікристалічні клітини можна розпізнати за видимою зернистістю, «ефект металевої лусочки». Напівпровідниковий (також сонячний) полікристалічний кремній перетворюється на монокристалічний кремній — це означає, що довільно пов'язані кристаліти кремнію в полікристалічному кремнії перетворюються на великий монокристал. Для виготовлення більшості мікроелектронних пристроїв на основі кремнію використовується монокристалічний кремній. Полікристалічний кремній може мати до 99,9999 % чистоти. Ультрачистий поліетилен використовується в напівпровідниковій промисловості, починаючи з поліетиленових стрижнів довжиною від двох до трьох метрів. У мікроелектронній промисловості (промисловості напівпровідників) поліетилен використовується як на макрорівні, так і на мікрорівні (компонент). Монокристали вирощують методом Чохральського, зонної плавки та методом Бріджмена.
Компоненти полікристалічного кремнію
На рівні компонентів полікремній вже давно використовується як матеріал провідного затвора в технологіях обробки MOSFET і CMOS. Для цих технологій він осаджується за допомогою реакторів хімічного осадження з газової фази низького тиску (LPCVD) при високих температурах і зазвичай сильно легований n-типу або p-типу.
Зовсім недавно власний і легований полікремній використовується в електроніці великої площі як активний і/або легований шар у тонкоплівкових транзисторах. Хоча його можна осадити за допомогою LPCVD, плазмового хімічного осадження з парової фази (PECVD) або твердофазної кристалізації аморфного кремнію в певних режимах обробки, ці процеси все ще вимагають відносно високих температур принаймні 300 °C. Ці температури роблять осадження полікремнію можливим для скляних підкладок, але не для пластикових підкладок.
Осадження полікристалічного кремнію на пластикових підкладках мотивовано бажанням мати можливість виготовляти цифрові дисплеї на гнучких екранах. Таким чином, була розроблена відносно нова техніка, яка називається лазерною кристалізацією, щоб кристалізувати вихідний аморфний кремнієвий (a-Si) матеріал на пластиковій підкладці без плавлення або пошкодження пластику. Короткі ультрафіолетові лазерні імпульси високої інтенсивності використовуються для нагрівання осадженого матеріалу a-Si до температури вище температури плавлення кремнію без плавлення всієї підкладки.
Методи осадження
Осадження полікремнію, або процес нанесення шару полікристалічного кремнію на напівпровідникову пластину, досягається шляхом хімічного розкладання силану (SiH4) при високих температурах від 580 до 650 °C. Цей процес піролізу виділяє водень.
- SiH
4(g) → Si(s) + 2 H
2(g) CVD at 500—800 °C
Шари полікремнію можна наносити за допомогою 100 % силану при тиску 25—130 Па (0,19—0,98 Торр) або 20–30 % силану (розведеного в азоті) при такому ж загальному тиску. Обидва ці процеси можуть осадити полікремній на 10—200 пластинах за цикл зі швидкістю 10—20 нм/хв і з однорідністю товщини ±5 %. Критичні змінні процесу осадження полікремнію включають температуру, тиск, концентрацію силану та концентрацію допанту. Було показано, що відстань між пластинами та розмір завантаження лише незначно впливають на процес осадження. Швидкість осадження полікремнію швидко зростає з температурою, оскільки вона відповідає поведінці Арреніуса, тобто швидкість осадження = A·exp(–qEa/kT), де q — заряд електрона, а k — стала Больцмана. Енергія активації (Ea) для осадження полікремнію становить близько 1,7 еВ. Виходячи з цього рівняння, швидкість осадження полікремнію зростає зі збільшенням температури осадження. Однак буде мінімальна температура, при якій швидкість осадження стає швидшою, ніж швидкість, з якою силан, що не прореагував, надходить на поверхню. За межами цієї температури швидкість осадження більше не може збільшуватися з температурою, оскільки зараз цьому перешкоджає відсутність силану, з якого буде створено полікремній. Тоді таку реакцію називають «обмеженою масовим транспортом». Коли процес осадження полікремнію стає обмеженим транспортуванням маси, швидкість реакції стає залежною головним чином від концентрації реагентів, геометрії реактора та потоку газу.
Примітки
- https://arxiv.org/pdf/2102.11571.pdf
- (PDF). Bloomberg New Energy Finance. 16 квітня 2014. с. 2—3. Архів оригіналу (PDF) за 30 червня 2014.
- . August 2018. Архів оригіналу за 25 квітня 2015. Процитовано 8 вересня 2022.
- . solarworld.de. Архів оригіналу за 25 січня 2009. Процитовано 10 квітня 2018.
- Morgan, D. V.; Board, K. (1991). An Introduction To Semiconductor Microtechnology (вид. 2nd). Chichester, West Sussex, England: John Wiley & Sons. с. 27. ISBN .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Polikristalichnij kremnij abo multikristalichnij kremnij takozh polikremnij poly Si abo mc Si ce polikristalichna forma kremniyu visokoyi chistoti yaka vikoristovuyetsya yak sirovina dlya sonyachnoyi fotoelektrichnoyi ta elektronnoyi promislovosti Zliva sonyachna batareya z polikristalichnogo kremniyu Sprava polikremniyevij strizhen ugori i shmatki vnizu Polikremnij viroblyayetsya z kremniyu metalurgijnogo klasu za dopomogoyu procesu himichnogo ochishennya yakij nazivayetsya procesom Simensa Cej proces vklyuchaye distilyaciyu letkih spoluk kremniyu ta yih rozkladannya na kremnij pri visokih temperaturah Novij alternativnij proces ochishennya vikoristovuye reaktor iz psevdozridzhenim sharom Fotoelektrichna promislovist takozh viroblyaye onovlenij metalurgijnij kremnij UMG Si vikoristovuyuchi metalurgijni procesi zamist himichnogo ochishennya Koli polikremnij viroblyayetsya dlya elektronnoyi promislovosti riven domishok stanovit menshe odniyeyi chastki na milyard ppb todi yak polikristalichnij sonyachnij kremnij SoG Si yak pravilo mensh chistij Kilka kompanij z Kitayu Nimechchini Yaponiyi Koreyi ta Spoluchenih Shtativ takih yak GCL Poly Wacker Chemie ta Hemlock Semiconductor a takozh norvezka shtab kvartira sklali bilshu chastinu svitovogo virobnictva blizko 230 000 tonn u 2013 roci Polikremniyeva sirovina veliki strizhni zazvichaj rozbiti na shmatki pevnogo rozmiru ta upakovani v chistih primishennyah pered transportuvannyam bezposeredno vidlivayut u multikristalichni zlitki abo piddayut procesu perekristalizaciyi dlya viroshuvannya monokristaliv Monokristali potim narizayut na tonki kremniyevi plastini ta vikoristovuyut dlya virobnictva sonyachnih elementiv integralnih shem ta inshih napivprovidnikovih pristroyiv Polikremnij skladayetsya z dribnih kristaliv takozh vidomih yak kristaliti sho nadaye materialu tipovij efekt metalevih lusochok Hocha polikremnij i multikremnij chasto vikoristovuyutsya yak sinonimi multikristalichnij zazvichaj nalezhit do kristaliv rozmirom bilshe odnogo milimetra Multikristalichni sonyachni batareyi ye najposhirenishim tipom sonyachnih elementiv na shvidkozrostayuchomu fotoelektrichnomu rinku i voni spozhivayut bilshu chastinu viroblenogo v usomu sviti polikremniyu Dlya vigotovlennya odnogo zvichajnogo sonyachnogo modulya potuzhnistyu 1 megavatt MVt potribno blizko 5 tonn polikremniyu Polikremnij vidriznyayetsya vid ta Polikristalichnij proti monokristalichnogo kremniyuPorivnyannya polikristalichnih livoruch i monokristalichnih pravoruch sonyachnih elementiv U monokristalichnomu kremniyi kristalichnij karkas ye odnoridnim sho mozhna rozpiznati za rivnomirnim zovnishnim zabarvlennyam Ves zrazok ye odnim yedinim sucilnim i nerozbitim kristalom oskilki jogo struktura ne mistit zeren Veliki monokristali ridko zustrichayutsya v prirodi i yih takozh vazhko otrimati v laboratoriyi div takozh perekristalizaciya Navpaki v amorfnij strukturi poryadok v atomnih poziciyah obmezhenij korotkim diapazonom Polikristalichna i parakristalichna fazi skladayutsya z ryadu bilsh dribnih kristaliv abo kristalitiv Polikristalichnij kremnij abo napivkristalichnij kremnij polikremnij poli Si abo prosto poli ce material sho skladayetsya z kilkoh malih kristaliv kremniyu Polikristalichni klitini mozhna rozpiznati za vidimoyu zernististyu efekt metalevoyi lusochki Napivprovidnikovij takozh sonyachnij polikristalichnij kremnij peretvoryuyetsya na monokristalichnij kremnij ce oznachaye sho dovilno pov yazani kristaliti kremniyu v polikristalichnomu kremniyi peretvoryuyutsya na velikij monokristal Dlya vigotovlennya bilshosti mikroelektronnih pristroyiv na osnovi kremniyu vikoristovuyetsya monokristalichnij kremnij Polikristalichnij kremnij mozhe mati do 99 9999 chistoti Ultrachistij polietilen vikoristovuyetsya v napivprovidnikovij promislovosti pochinayuchi z polietilenovih strizhniv dovzhinoyu vid dvoh do troh metriv U mikroelektronnij promislovosti promislovosti napivprovidnikiv polietilen vikoristovuyetsya yak na makrorivni tak i na mikrorivni komponent Monokristali viroshuyut metodom Chohralskogo zonnoyi plavki ta metodom Bridzhmena Komponenti polikristalichnogo kremniyuNa rivni komponentiv polikremnij vzhe davno vikoristovuyetsya yak material providnogo zatvora v tehnologiyah obrobki MOSFET i CMOS Dlya cih tehnologij vin osadzhuyetsya za dopomogoyu reaktoriv himichnogo osadzhennya z gazovoyi fazi nizkogo tisku LPCVD pri visokih temperaturah i zazvichaj silno legovanij n tipu abo p tipu Zovsim nedavno vlasnij i legovanij polikremnij vikoristovuyetsya v elektronici velikoyi ploshi yak aktivnij i abo legovanij shar u tonkoplivkovih tranzistorah Hocha jogo mozhna osaditi za dopomogoyu LPCVD plazmovogo himichnogo osadzhennya z parovoyi fazi PECVD abo tverdofaznoyi kristalizaciyi amorfnogo kremniyu v pevnih rezhimah obrobki ci procesi vse she vimagayut vidnosno visokih temperatur prinajmni 300 C Ci temperaturi roblyat osadzhennya polikremniyu mozhlivim dlya sklyanih pidkladok ale ne dlya plastikovih pidkladok Polikristalichnij kremnij vikoristovuyetsya dlya virobnictva monokristaliv kremniyu metodom Chohralskogo Osadzhennya polikristalichnogo kremniyu na plastikovih pidkladkah motivovano bazhannyam mati mozhlivist vigotovlyati cifrovi displeyi na gnuchkih ekranah Takim chinom bula rozroblena vidnosno nova tehnika yaka nazivayetsya lazernoyu kristalizaciyeyu shob kristalizuvati vihidnij amorfnij kremniyevij a Si material na plastikovij pidkladci bez plavlennya abo poshkodzhennya plastiku Korotki ultrafioletovi lazerni impulsi visokoyi intensivnosti vikoristovuyutsya dlya nagrivannya osadzhenogo materialu a Si do temperaturi vishe temperaturi plavlennya kremniyu bez plavlennya vsiyeyi pidkladki Metodi osadzhennyaOsadzhennya polikremniyu abo proces nanesennya sharu polikristalichnogo kremniyu na napivprovidnikovu plastinu dosyagayetsya shlyahom himichnogo rozkladannya silanu SiH4 pri visokih temperaturah vid 580 do 650 C Cej proces pirolizu vidilyaye voden SiH4 g Si s 2 H2 g CVD at 500 800 C Shari polikremniyu mozhna nanositi za dopomogoyu 100 silanu pri tisku 25 130 Pa 0 19 0 98 Torr abo 20 30 silanu rozvedenogo v azoti pri takomu zh zagalnomu tisku Obidva ci procesi mozhut osaditi polikremnij na 10 200 plastinah za cikl zi shvidkistyu 10 20 nm hv i z odnoridnistyu tovshini 5 Kritichni zminni procesu osadzhennya polikremniyu vklyuchayut temperaturu tisk koncentraciyu silanu ta koncentraciyu dopantu Bulo pokazano sho vidstan mizh plastinami ta rozmir zavantazhennya lishe neznachno vplivayut na proces osadzhennya Shvidkist osadzhennya polikremniyu shvidko zrostaye z temperaturoyu oskilki vona vidpovidaye povedinci Arreniusa tobto shvidkist osadzhennya A exp qEa kT de q zaryad elektrona a k stala Bolcmana Energiya aktivaciyi Ea dlya osadzhennya polikremniyu stanovit blizko 1 7 eV Vihodyachi z cogo rivnyannya shvidkist osadzhennya polikremniyu zrostaye zi zbilshennyam temperaturi osadzhennya Odnak bude minimalna temperatura pri yakij shvidkist osadzhennya staye shvidshoyu nizh shvidkist z yakoyu silan sho ne proreaguvav nadhodit na poverhnyu Za mezhami ciyeyi temperaturi shvidkist osadzhennya bilshe ne mozhe zbilshuvatisya z temperaturoyu oskilki zaraz comu pereshkodzhaye vidsutnist silanu z yakogo bude stvoreno polikremnij Todi taku reakciyu nazivayut obmezhenoyu masovim transportom Koli proces osadzhennya polikremniyu staye obmezhenim transportuvannyam masi shvidkist reakciyi staye zalezhnoyu golovnim chinom vid koncentraciyi reagentiv geometriyi reaktora ta potoku gazu Primitkihttps arxiv org pdf 2102 11571 pdf PDF Bloomberg New Energy Finance 16 kvitnya 2014 s 2 3 Arhiv originalu PDF za 30 chervnya 2014 August 2018 Arhiv originalu za 25 kvitnya 2015 Procitovano 8 veresnya 2022 solarworld de Arhiv originalu za 25 sichnya 2009 Procitovano 10 kvitnya 2018 Morgan D V Board K 1991 An Introduction To Semiconductor Microtechnology vid 2nd Chichester West Sussex England John Wiley amp Sons s 27 ISBN 0471924784