Il existe des dizaines de méthodes différentes pour le dépôt de silicium en couches minces, mais elles peuvent généralement être divisées en trois catégories. Il existe des procédés de dépôt par réaction chimique, tels que le dépôt chimique en phase vapeur, l’épitaxie par faisceau moléculaire et l’électrodéposition. Le dépôt physique en phase vapeur est un processus de dépôt où une seule réaction physique a lieu. Il existe également des procédés hybrides qui utilisent à la fois des moyens physiques et chimiques, qui incluent des procédés de dépôt par pulvérisation et des procédés de décharge gazeuse ou luminescente.
Le dépôt physique en phase vapeur est lié à la variété des technologies de pulvérisation cathodique utilisées et implique l’évaporation du matériau d’une source et son transfert en couches minces de silicium vers un substrat cible. Le matériau source est évaporé dans une chambre à vide, provoquant la dispersion égale des particules et le revêtement de toutes les surfaces de la chambre. Les deux méthodes de dépôt physique en phase vapeur utilisées pour cela sont les faisceaux d’électrons, ou faisceaux électroniques, pour chauffer et évaporer le matériau source, ou l’évaporation résistive utilisant un courant électrique élevé. Le dépôt par pulvérisation utilise un vide partiel chargé d’un gaz inerte mais ionisé, tel que l’argon, et les ions chargés sont attirés par les matériaux cibles utilisés, qui brisent les atomes qui se déposent ensuite sur le substrat sous forme de film mince de silicium. Il existe de nombreux types de pulvérisation cathodique, y compris la pulvérisation cathodique par ions réactifs, magnétron et faisceau de grappes, qui sont toutes des variations sur la façon 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 film mince produit de cette manière peut avoir des caractéristiques extrêmement uniformes et une pureté très élevée, 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 procédés de dépôt peuvent être relativement lents, nécessitent souvent des chambres de réacteur fonctionnant à des températures allant jusqu’à 2,012 1,100 ° Fahrenheit (XNUMX XNUMX ° Celsius) et utilisent des gaz très toxiques, tels que le silane.
Chacun des dizaines de procédés de dépôt différents doit être pris en compte lors de la fabrication de silicium en couche mince, car chacun a ses propres avantages, coûts et risques. Les premières chambres à ions réactifs étaient suspendues au sol du laboratoire pour les isoler, car elles devaient être chargées à 50,000 248 volts et pouvaient court-circuiter l’équipement informatique même si elles étaient simplement posées sur du béton à proximité. Des tuyaux en cuivre de douze pouces de diamètre qui partaient de ces réacteurs jusqu’au substratum rocheux sous le sol de fabrication, étaient familièrement connus sous le nom de bâtons de Jésus par les employés du laboratoire, en référence au fait que quiconque les toucherait parlerait à Jésus car cela tuerait lui ou elle. Des produits tels que les cellules solaires à colorant offrent une nouvelle approche moins dangereuse et moins coûteuse de la fabrication de couches minces, car ils ne nécessitent pas de substrats semi-conducteurs en silicium précis et peuvent être produits à des températures beaucoup plus basses d’environ 120 ° Fahrenheit (XNUMX °). Celsius).