"wafer protection" durch neuartigen Technologieansatz!

wafer fertigung

Viele Anwendungen im elektronischen Bereich sowie die Herstellung von Solarzellen setzt die Verwendung von hochreinem Silizium voraus. Um die Materialeigenschaften des Siliziums langfristig zu erhalten, ist es in der Regel notwendig, die Oberfläche zu beschichteten. Die Beschichtung „passiviert“ das Material und bindet so lose atomare Bindungen, welche anderenfalls durch Oxidation die elektrischen Eigenschaften des Siliziums zerstören bzw. stark einschränken würden. Leider ist für den Prozess der Passivierung eine große Menge Energie in Form von Wärme notwendig. Dies hat zur Folge, dass sich die Produkte verteuern. Außerdem lassen sich durch die hohen Temperaturen (ca. 400 C°), nicht alle Materialien die für die Passivierung geeignet sind einsetzen.


wafer schutz | solarzelleEin Team von MIT-Forschern entwickelte nun eine Technologie, die es möglich macht Silizium bei Raumtemperatur zu passivieren. Besonders Erfolg versprechend könnte diese neue Technologie im Bereich der Solarzellenherstellung angewandt werden. Normalerweise werden Siliziumoberflächen mit einer Schicht Siliziumnitrid passiviert, dies erfordert einen Ofen der bis zu 400° aufgeheizt werden muss.

Die MIT-Forscher Rong Yang (Doktorand) und die Engineering Professoren Karen Gleason und Tonio Buonassisi veröffentlichten vor kurzen einen Artikel in der Zeitschrift „Advanced Materials“, in welchem sie ein neues Verfahren vorschlagen.

reines SiliziumGrundidee des Verfahrens ist es, über der Oberfläche des Siliziums eine Apparatur anzubringen, die einer Harfe ähnelt, wobei die Seiten allerdings aus Heizdraht bestehen. Dieser Heizdraht wird auf 300 °C erhitzt und über diesen werden organische Dämpfe geleitet. Da die Oberfläche des Siliziums bei diesem Verfahren mit ca. 20° relativ kühl bleibt, kondensiert ein Teil des Dampfes an der Oberfläche und bildet so die gewünschte Beschichtung. Der Energieverbrauch liegt bei diesem Verfahren nicht wesentlich höher als der einer normalen Glühlampe.

Sowohl das herkömmliche Verfahren bei dem Siliziumnitrid eingesetzt wird, als auch das neue Verfahren benötigen für die Passivierung eine Vakuumkammer. In ihrem Versuchen setzten die Wissenschaftler des MIT für die Beschichtung ein Polymermaterial ein. In ersten Tests, welche mehr als 200 Stunden dauerten, konnten sie keinen Abbau der Leistung bzw. der elektrischen Eigenschaften an dem Silizium Probekörper feststellen. Das neue Verfahren bietet noch einen weiteren Vorteil, da sich mit ihm auch eine Anti-Reflex-Beschichtung bei Solarzellen herstellen lässt. Mithilfe der Anti-Reflex-Beschichtung und der niedrigen Verarbeitungstemperatur lässt sich zudem der Gesamtwirkungsgrad der produzierten Solarzellen verbessern.

Die niedrigen Temperaturen, die bei diesen Verfahren eingesetzt werden, ermöglichen es auch organische Verbindungen bzw. Polymere einzusetzen, welche sonst bei hohen Temperaturen zerstört werden würden. Dies könnte es ermöglichen neue Siliziumchips herzustellen, beispielsweise als Biosensoren, welche mit speziellen biologischen Molekülen reagieren (DNA-und Protein-Antikörper).


Momentan gibt es in der Solarbranche einen massiven Wettbewerbsdruck, dies widerspiegelt sich zum einen in den Herstellungskosten zum anderen im Gesamtwirkungsgrad der einzelnen Solarzellen bzw. des Solarmoduls. Aus diesen Gesichtspunkt und auch aus energetischen Erwägungen scheint dieses neue Verfahren einen sehr viel versprechenden Ansatz zu liefern, um langfristig die Kosten zu senken und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.

Karen Gleason sagt, dass das Verfahren leicht auf die Größe herkömmlicher Solarzellen skaliert werden kann und es nur im geringen Maße einer Geräte Neuentwicklung bedarf. Im nächsten Schritt wird das Team der MIT Forscher versuchen ihre im Labor gewonnenen Erkenntnisse, zu einer kommerziellen nutzbaren Anwendung zu entwickeln. Hauptaugenmerk bei der Entwicklung liegt dabei insbesondere auf der Schnittstelle zwischen dem organischen Beschichtungsmaterial und dem Silizium. Die Forschung wurde unterstützt, vom italienischen Energiekonzern Eni SpA und dem Eni-MIT Alliance-Solar-Frontiers-Programms.


Quelle: http://web.mit.edu/newsoffice/2013/a-cooler-way-to-protect-silicon-surfaces-0213.html

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