Es gibt Dutzende verschiedener Verfahren zur Dünnschicht-Siliziumabscheidung, die jedoch im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt werden können. Es gibt chemische Reaktionsabscheidungsverfahren, wie chemische Gasphasenabscheidung, Molekularstrahlepitaxie und Elektroabscheidung. Physikalische Gasphasenabscheidung ist ein Abscheidungsverfahren, bei dem allein eine physikalische Reaktion stattfindet. Es gibt auch Hybridprozesse, die sowohl physikalische als auch chemische Mittel verwenden, zu denen Sputterabscheidung und Gas- oder Glimmentladungsverfahren gehören.
Die physikalische Dampfabscheidung bezieht sich auf die Vielfalt der verwendeten Sputtertechnologien und beinhaltet das Verdampfen von Material von einer Quelle und das Übertragen desselben in Dünnfilm-Siliziumschichten auf ein Zielsubstrat. Das Ausgangsmaterial wird in einer Vakuumkammer verdampft, wodurch sich die Partikel gleichmäßig verteilen und alle Oberflächen in der Kammer beschichten. Die beiden hierfür verwendeten Methoden der physikalischen Gasphasenabscheidung sind Elektronenstrahlen oder Elektronenstrahlen, um das Quellenmaterial zu erhitzen und zu verdampfen, oder Widerstandsverdampfung unter Verwendung von hohem elektrischem Strom. Die Sputter-Abscheidung verwendet ein partielles Vakuum, das mit einem inerten, aber ionisierten Gas wie Argon beladen ist, und die geladenen Ionen werden von den verwendeten Targetmaterialien angezogen, die Atome abbrechen, die sich dann als Dünnfilm-Silizium auf dem Substrat absetzen. Es gibt viele verschiedene Arten von Sputtern, einschließlich reaktivem Ionen-, Magnetron- und Clusterstrahl-Sputtern, die alle Variationen davon sind, wie der Ionenbeschuss des Quellenmaterials durchgeführt wird.
Die chemische Gasphasenabscheidung ist eines der am häufigsten verwendeten Verfahren zur Herstellung von Dünnschicht-Silizium und ist präziser als physikalische Verfahren. Ein Reaktor ist mit einer Vielzahl von Gasen gefüllt, die miteinander interagieren, um feste Nebenprodukte zu erzeugen, die an allen Oberflächen im Reaktor kondensieren. Auf diese Weise hergestelltes Dünnfilm-Silizium kann extrem gleichmäßige Eigenschaften und eine sehr hohe Reinheit aufweisen, was dieses Verfahren für die Halbleiterindustrie sowie bei der Herstellung optischer Beschichtungen nützlich macht. Der Nachteil besteht darin, dass diese Arten von Abscheidungsverfahren relativ langsam sein können, oft Reaktorkammern erfordern, die bei Temperaturen von bis zu 2,012° Fahrenheit (1,100° Celsius) betrieben werden, und sehr giftige Gase wie Silan verwenden.
Jeder der Dutzenden unterschiedlicher Abscheidungsverfahren muss bei der Herstellung von Dünnschicht-Silizium berücksichtigt werden, da jeder seine eigenen einzigartigen Vorteile, Kosten und Risiken mit sich bringt. Frühe reaktive Ionenkammern wurden am Laborboden aufgehängt, um sie zu isolieren, da sie auf 50,000 Volt aufgeladen werden mussten und Computerausrüstung kurzschließen konnten, selbst wenn sie nur auf Beton in der Nähe saßen. Kupferrohre mit einem Durchmesser von 248 Zoll, die von diesen Reaktoren in das Grundgestein unter der Produktionshalle führten, wurden von den Laborarbeitern umgangssprachlich als „Jesus-Stöcke“ bezeichnet, in Bezug auf die Tatsache, dass jeder, der sie berührte, mit Jesus sprach, da sie töten würde ihm oder ihr. Produkte wie farbstoffsensibilisierte Solarzellen bieten einen neuen, weniger gefährlichen und kostengünstigeren Ansatz für die Dünnschichtherstellung, da sie keine präzisen Silizium-Halbleitersubstrate erfordern und bei viel niedrigeren Temperaturen von etwa 120 ° Fahrenheit (XNUMX ° C) hergestellt werden können Celsius).