Tecniche di produzione del Silicio
Silicio monocristallino: Processo Czochralski e
metodo del floating zone
Processo Czochralski
Il processo consiste nel sollevamento verticale a bassissima velocità di un seme
monocristallino di silicio, immerso inizialmente per pochi millimetri in un crogiolo contenete
silicio puro fuso. Il seme monocristallino è, in pratica, una bacchetta con sopra un sottile
strato di silicio in forma monocristallina.
Gli atomi di silicio fuso, a contatto con il seme monocristallino, si orientano secondo il
reticolo atomico della struttura del silicio;
La temperatura del silicio nel crogiuolo è mantenuta di pochi gradi superiore a quella di
fusione (1414 °C), e aderendo al seme monocristallino, che gradualmente viene estratto
dalla massa fusa, si solidifica molto rapidamente conservando la struttura monocristallina del
seme a cui aderisce.
Il controllo rigoroso della temperatura del materiale fuso, dell'atmosfera nella camera, e della
velocità di estrazione, nonché assenza assoluta di vibrazioni, consente la produzione di fusi
perfettamente cilindrici e altamente puri.
L'operazione successiva consiste nel tagliare il fuso tramite un disco diamantato, ottenendo i
dischi con spessore di pochi decimi di millimetro chiamati wafer;
i Wafer costituiranno quindi il supporto (substrato) per i diversi dispositivi elettronici. Dato
che la quantità di dispositivi ricavabili da una singola fetta è proporzionale al suo diametro,
col tempo si è cercato di realizzare fusi con diametro sempre maggiore.
Attualmente si realizzano fusi con un diametro di circa 30 centimetri. Un cristallo di Si
prodotto con il metodo Czochralski si indica con CZ
Processo Czochralski
Processo Czochralski
Processo Czochralski
Metodo float-zone
Nel metodo di float zone (FZ) un cristallo con struttura e composizione spuria si
muove muove attraverso una zona ove il materiale è liquido partendo da un
germe cristallino che, come nel metodo Czochralski, ne orienta gl iatomi nella
zona fusa. Questo metodo è stato usato inizialmente per purficare i CZ
sfruttando gli effetti di segregazione delle impurezze e di riassestamento della
struttura nella zona fusa in forma di mono cristallo. Questo metodo permette di
ottenere monocristralli di alta purezza e cristallinità.
Nel metodo FZ la fusione viene effettuata in vuoto o in gas inerte ed è ad
impurezze zero perchè la zona di fuzione non è a contatto diretto con il crogiolo
come nel procezzo CZ.
I problemi del metodo FZ sono quelli correlati al collasso della zona fusa che
rimane compatta e solidale al solido grazie unicamente alle forze di tensione
superficiale del fuso.
I diametro massimo per pani ottenti con il metodo FZ sono di 20 mm. Con
metodi molto sofisticati si possono però raggiungere diameri 150 mm.
Metodo float-zone
Tecniche di produzione del Silicio
policristallino
Nasce dall’esigenza di diminuire i costi di crescita del
cristallo del Silicio monocristallino.
Ha lo svantaggio di portare a delle perdite di efficienza
dovute alla presenza dei bordi di grano e alle impurezze ed
imperfezioni nel reticolo
Metodo di prouzione del Si policristallino: Wacker Ingot
Facturing Process (WIFP)
Metodo Wacker
Stampo in cui il Silicio è fatto raffreddare fatto raffreddare mediante un gradiente
termico verticale controllato. Il blocco viene poi tagliato in pani di grande misura
madinate medinate una lastra segante. I singoli pani vengono tagliati in sottili fette:
i wafers policristallini.
Silicio policristallino
Silicio amorfo
È in assoluto il semiconduttore più economico ma anche il più scadente. La sua
tecnica di produzione è molto semplice perché e consiste in una semplice deposizione
con una tecnica di Chemical vapor deposition (CVD) del silano SiH4 su lastre di
vetro o metalliche. Gli svantaggi del silicio amorfo sono gli stessi del Silicio
policristallino però più accentuati. Un metodo per diminuire le imperfezioni del cristallo
del silicio amorfo è la passivazione passivazione della superficie della superficie
mediante idrogeno
Cella fotovoltaica di prima
generazione (Si-based)
Tecnologia del Silicio
monocristallino
Passivazione
del silicio
Evaporazione
dei metalli
Photoresist technique
1. deposition (laying down the thin film, SiO2,
Al, etc.),
2. doping (changing the conductivity by
adding impurities),
3. photolithography (defining the pattern),
4. etching (transferring the pattern into the thin
film).
Contatti TCO
TCO: Transparent Conductive Oxide
• ITO: Indium Tin (IV) oxide. In2O3 (90%),
SnO2 (10%) in peso è un conduttore
elettronico con ottima trasparenza ottica.
Si deposita in films sottili che diano un
buon compromesso tra elevata
conducibilità e trasparenza.
• ZnO- doped Al
• Al2O3-Cu doped
• Etc.
