для чего нужен поликремний
Энергетика
Кремний «солнечного качества»: производство в России
Производство поликристаллического кремния для нужд солнечной энергетики неуклонно растет. Так если потребление в 2006 году кремния в данном секторе энергетики составило более 23 тыс. тонн, то в 2008 – более 46 тыс. тонн. При этом такой показатель как расход кремния на Вт установочной мощности за тот же период снизился с 10 до 8.7 г/Вт. Такая динамика полностью отвечает росту установленных мощностей солнечных модулей и систем. При этом ожидаемый в 2009 году рост производства кремния солнечного качества составит более 30 % по сравнению с 2008 годом (до значения 70 тыс тонн/г). Таким образом, наблюдавшийся до 2007 года дефицит кремния для нужд фотовольтаики был полностью погашен в 2008 году. Открытие же новых предприятий (подобные планы озвучены такими компаниями как DC Chemical (Корея), LDK (Китай), Нитол (РФ)) приведет к перенасыщению рынка, что является особенно очевидным в связи с наблюдаемым падением роста устанавливаемых мощностей солнечной энергетики.
Сегодня стоимость одного килограмма поликристаллического кремния «солнечного качества» осталась практически на уровне 2006 года и достигает суммы в 200 долларов. Однако ожидаемое перенасышение рынка неизбежно должно привести к снижению стоимости данного материала.
Производство поликристаллического кремния в РФ
На территории России в период с 2003 по 2008 года не существовало промышленного производства поликристаллического кремния для солнечной энергетики. В настоящее время имеются следующие действующие производственные мощности по получению трихлорсилана:
Что такое поликремний и с чем его едят?
Поликремний – ключевой материал при производстве солнечных панелей.
Месяцами аналитики говорили о том, что одним из бенефициаров инфраструктурного плана в США станет солнечная энергетика. Но с начала этого года котировки биржевого фонда Invesco Solar ETF (TAN) просели аж на 21%.
На то есть ряд причин.
Во-первых, инфраструктурный план «сдулся» в том числе и за счет снижения расходов на развитие чистой энергетики. Во-вторых, когда прошел ажиотаж вокруг плана, инвесторы могли последовать принципу «покупай на слухах, продавай на фактах».
Но основная причина проблем с солнечной энергетикой – рост цен на поликремний. Согласно данным IHS Markit, цены на поликремний выросли за первую половину года на 175%. Цены на другие компоненты в цепочке поставок солнечных панелей, включая элементы, пластины и стекло, также выросли. Это привело к увеличению общих производственных затрат на 5,9% только за 1 квартал 2021 года.
Высокие цены на производственное сырье могут негативно повлиять на прибыль компаний отрасли солнечной энергетики. Дополнительными рисками являются нарушение цепочек поставок из-за пандемии, растущие транспортные расходы, и такие локальные истории как запрет импорта поликремния из Синьцзяна в США.
Означает ли это что компании, связанные с солнечной энергией, нужно обходить стороной?
Тем не менее, необходимо понимать, что проблемы с дорогим сырьем, даже если они окажутся временными, могут негативно влиять на котировки компаний солнечной энергетики на горизонте 2021-2022 годов, так как дефицит поликремния (и, соответственно, его высокая цена), скорее всего, будет сохраняться в среднесрочном периоде.
Государственные инвестиции в солнечную энергетику по всему миру однозначно повысят мировой спрос на солнечные батареи в ближайшие годы. Производственные мощности хоть и будут нарастать, но не факт, что будут поспевать за спросом. Это может привести к дальнейшему росту цен на поликремний.
Что такое поликремний и с чем его едят?
Поликремний – ключевой материал при производстве солнечных панелей.
Месяцами аналитики говорили о том, что одним из бенефициаров инфраструктурного плана в США станет солнечная энергетика. Но с начала этого года котировки биржевого фонда Invesco Solar ETF (NYSE: TAN ) просели аж на 21%.
На то есть ряд причин.
Во-первых, инфраструктурный план «сдулся», в том числе и за счет снижения расходов на развитие чистой энергетики.
Во-вторых, когда прошел ажиотаж вокруг плана, инвесторы могли последовать принципу «покупай на слухах, продавай на фактах».
Но основная причина проблем с солнечной энергетикой – рост цен на поликремний. Согласно данным IHS Markit, цены на поликремний выросли за первую половину года на 175%. Цены на другие компоненты в цепочке поставок солнечных панелей, включая элементы, пластины и стекло, также выросли. Это привело к увеличению общих производственных затрат на 5,9% только за 1 квартал 2021 года.
Высокие цены на производственное сырье могут негативно повлиять на прибыль компаний отрасли солнечной энергетики. Дополнительными рисками являются нарушение цепочек поставок из-за пандемии, растущие транспортные расходы и такие локальные истории, как запрет импорта поликремния из Синьцзяна в США.
Означает ли это что компании, связанные с солнечной энергией, нужно обходить стороной?
Тем не менее, необходимо понимать, что проблемы с дорогим сырьем, даже если они окажутся временными, могут негативно влиять на котировки компаний солнечной энергетики на горизонте 2021-2022 годов, так как дефицит поликремния (и, соответственно, его высокая цена), скорее всего, будет сохраняться в среднесрочном периоде.
Государственные инвестиции в солнечную энергетику по всему миру однозначно повысят мировой спрос на солнечные батареи в ближайшие годы. Производственные мощности хоть и будут нарастать, но не факт, что будут поспевать за спросом. Это может привести к дальнейшему росту цен на поликремний.
Если вы ожидаете, что такой сценарий вероятен, стоит обратить внимание на компании-произвотели поликремния: Wacker Chemie (DE: WCHG ), Tongwei Co Ltd (SS: 600438 ) и ReneSola Ltd (NYSE: SOL ).
Поликристаллический кремний
Нанесение поликристаллического кремния на пластиковые подложки мотивировано желанием иметь возможность производить цифровые дисплеи на гибких экранах. Поэтому был разработан относительно новый метод, называемый лазерной кристаллизацией, для кристаллизации материала-предшественника аморфного кремния (a-Si) на пластиковой подложке без плавления или повреждения пластика. Короткие высокоинтенсивные ультрафиолетовые лазерные импульсы используются для нагрева осажденного материала a-Si до температуры выше точки плавления кремния без плавления всей подложки.
Сырье для фотоэлектрической промышленности
Поликремния осаждения, или процесс осаждения слоя поликристаллического кремния на полупроводниковой пластине, достигается за счет химического разложения из силана (SiH 4 ) при высоких температурах 580 до 650 ° С. В процессе пиролиза выделяется водород.
SiH
4 (г) → Si (т) + 2 H
2 (g) CVD при 500-800 ° C [8]
Когда скорость, с которой происходит осаждение поликремния, ниже, чем скорость, с которой поступает непрореагировавший силан, то говорят, что реакция на поверхность ограничена. Процесс осаждения, ограниченный реакцией на поверхности, в первую очередь зависит от концентрации реагента и температуры реакции. Процессы осаждения должны быть ограничены реакцией поверхности, поскольку они приводят к превосходной однородности толщины и покрытию ступеней. График зависимости логарифма скорости осаждения от величины, обратной абсолютной температуре в области, ограниченной поверхностной реакцией, дает прямую линию, наклон которой равен –qE a / k.
При пониженных уровнях давления для производства СБИС скорость осаждения поликремния ниже 575 ° C слишком мала, чтобы быть практичной. Выше 650 ° C будет наблюдаться плохая однородность осаждения и чрезмерная шероховатость из-за нежелательных газофазных реакций и истощения силана. Давление внутри реактора низкого давления можно изменять, изменяя скорость откачки или изменяя поток газа на входе в реактор. Если входящий газ состоит как из силана, так и из азота, поток входящего газа и, следовательно, давление в реакторе можно изменять либо путем изменения потока азота при постоянном потоке силана, либо путем изменения потока азота и силана для изменения общего количества газа. расход при постоянном газовом соотношении. Недавние исследования показали, что электронно-лучевое испарение с последующей SPC (при необходимости) может быть рентабельной и более быстрой альтернативой для производства тонких пленок поли-Si солнечного качества. [9] Модули, изготовленные таким методом, обладают фотоэлектрической эффективностью
Легирование поликремнием, если необходимо, также выполняется во время процесса осаждения, обычно путем добавления фосфина, арсина или диборана. Добавление фосфина или арсина приводит к более медленному осаждению, а добавление диборана увеличивает скорость осаждения. Однородность толщины осаждения обычно ухудшается при добавлении легирующих добавок во время осаждения.
Процесс Сименс
Процесс превращает MG Si в SiHCl 3, а затем в кремний в реакторе, таким образом удаляя примеси переходных металлов и легирующих примесей. [11] Процесс относительно дорогой и медленный. [11]
Q-Cells, Canadian Solar и Calisolar использовали Timminco UMG. Timminco может производить UMG-Si с 0,5 ppm бора по цене 21 долл. США / кг, но акционеры подали на нее в суд, поскольку они ожидали 10 долл. США / кг. [20] RSI и Dow Corning также вели судебные тяжбы по технологии UMG-Si. [21]
В настоящее время поликремний обычно используется в качестве материалов для проводящих затворов в полупроводниковых устройствах, таких как полевые МОП-транзисторы ; однако у него есть потенциал для крупномасштабных фотоэлектрических устройств. [22] [23] Изобилие, стабильность и низкая токсичность кремния в сочетании с низкой стоимостью поликремния по сравнению с монокристаллами делают этот материал привлекательным для фотоэлектрического производства. [23] Было показано, что размер зерна влияет на эффективность поликристаллических солнечных элементов. Эффективность солнечного элемента увеличивается с размером зерна. Этот эффект связан с уменьшением рекомбинации в солнечном элементе. Рекомбинация, которая является ограничивающим фактором для тока в солнечном элементе, чаще происходит на границах зерен, см. Рисунок 1. [23]
Удельное сопротивление, подвижность и концентрация свободных носителей в монокристаллическом кремнии меняются в зависимости от концентрации легирования монокристаллического кремния. В то время как легирование поликристаллического кремния действительно влияет на удельное сопротивление, подвижность и концентрацию свободных носителей, эти свойства сильно зависят от размера поликристаллических зерен, который является физическим параметром, которым может управлять ученый-материаловед. [23] Используя методы кристаллизации для образования поликристаллического кремния, инженер может контролировать размер поликристаллических зерен, которые будут изменять физические свойства материала.
Использование поликристаллического кремния в производстве солнечных элементов требует меньше материала и, следовательно, обеспечивает более высокую прибыль и увеличение производительности. Поликристаллический кремний не нужно наносить на кремниевую пластину для формирования солнечного элемента, его можно нанести на другие, более дешевые материалы, что снижает стоимость. Отсутствие необходимости в кремниевой пластине снижает дефицит кремния, с которым иногда сталкивается промышленность микроэлектроники. [24] Примером отказа от кремниевой пластины является кристаллический кремний на стекле (CSG) [24]
Для чего нужен поликремний
Название работы: Поликристаллический кремний. Применение, свойства, получение
Предметная область: Химия и фармакология
Описание: Применение поликристаллического кремния Поликристаллический кремний весьма распространённый материал в технологии полупроводниковых приборов и интегральных схем. Возможность получения поликристаллического кремния с электрическим сопротивлением отличающимся на несколько порядков а также простота технологии привели к тому что он используется в технологии интегральных схем с одной стороны в качестве высокоомного материала затворов нагрузочных резисторов а с другой в качестве низкоомного материала межсоединений. Достоинства разводки на основе.
Дата добавления: 2013-08-21
Размер файла: 26.53 KB
Работу скачали: 182 чел.
Поликристаллический кремний. Применение, свойства, получение.
Применение поликристаллического кремния
Поликристаллический кремний весьма распространённый материал в технологии полупроводниковых приборов и интегральных схем. Возможность получения поликристаллического кремния с электрическим сопротивлением, отличающимся на несколько порядков, а также простота технологии привели к тому, что он используется в технологии интегральных схем с одной стороны в качестве высокоомного материала затворов, нагрузочных резисторов, а с другой в качестве низкоомного материала межсоединений. В последнем случае поликристаллический кремний используется в качестве первого уровня разводки в многоуровневых интегральных схемах. Достоинства разводки на основе поликристаллического кремния заключаются в большей термостойкости по сравнению с металлами. Это позволяет использовать в дальнейшем многие высокотемпературные операции, необходимые при производстве интегральных схем.
В производстве интегральных схем плёнки легированного бором, фосфором, мышьяком, сурьмой поликристаллического кремния используются в качестве затворов полевых транзисторов, эмиттеров биполярных транзисторов, омических контактов к мелко залегающим диффузионным областям, в различных самосовмещённых биполярных транзисторов, обкладок конденсатора и межсоединений. В субмикронной КМОП технологии в качестве затворов полевых транзисторов используется структура, называемая полицид и состоящая из последовательности слоёв поликремния и силицида тугоплавкого металла. Плёнки нелегированного поликристаллического кремния применяются в качестве нагрузочных сопротивлений в статических, оперативных, запоминающих устройствах, в структурах микроэлектромеханических устройств.
До настоящего времени биполярные транзисторы на основе поликристаллического кремния сформировать не удалось, однако в биполярной технологии эмиттер может изготавливаться из поликристаллического кремния. Достоинства таких эмиттеров заключаются в высоком коэффициенте инжекции в носителе. Тонкоплёночные полевые транзисторы на основе плёнок поликристаллического кремния используются для изготовления управляющих матриц в жидкокристаллических экранах. Подвижность носителей в таких транзисторах на два порядка выше, чем в тонкоплёночных полевых транзисторах на основе аморфного кремния, что позволяет увеличить быстродействие, яркость дисплея и уменьшить потребляемую мощность.
Сильнолегированный поликристаллический кремний применяется в качестве диффузионных источников примеси при создании мелкозалегающих p-n переходов для обеспечения невыпрямляющих контактов к монокристаллическому кремнию. Структура КСДИ (кремний с диэлектрической изоляцией) поликристаллический кремний играет роль несущей подложки для монокристаллических карманов.
Часто для изоляции элементов интегральных схем используют V-образные канавки. Для получения более гладкой поверхности канавки после окисления заполняют поликристаллическим кремнием. Поликристаллический кремний является основным материалом в солнечной энергетике.
Свойства поликристаллического кремния
Атомная структура полупроводниковых материалов и в частности кремния может различаться очень сильно от строго упорядоченного расположения атомов в монокристаллах до разупорядоченного аморфного состояния. Поликристаллический кремний в этом ряду занимает промежуточное место. В полупроводниковом кремнии существует внутрифазная граница, под которыми понимают области контакта, различно ориентированных кристаллических решёток одной и той же фазы. Если углы разориентации относительно не велики (менее ), то границы называется малоугловыми или субграницами, а разделяемые ими области субзёрнами. Малоугловые границы формируются так называемыми стенками дислокаций. При этом дислокации располагаются друг под другом. Это связано с тем, что система одноимённых дислокаций в параллельных плоскостях скольжения наиболее устойчива, когда дислокации располагаются друг под другом.
Под микроскопом субграница выглядит как цепочка ямок травления, равноотстоящих друг от друга. Чем меньше угол разориентации тем меньше плотность дислокации и меньше плотность ямок травления.
При больших углах разориентации границы называются больше угловыми, а разделяемая ими область материала кристаллитами или зёрнами. Материал, содержащий такие границы является поликристаллическим. Больше угловые границы также имеют дислокационную природу. Химические и физические свойства поликристаллического кремния в значительной степени зависят от структуры типа и размера зёрен, которые в свою очередь сильно зависят от технологии получения материала.
Высокая чувствительность свойств поликристаллического кремния к изменению технологических параметров с одной стороны позволяет в широких пределах изменять свойства материала, а с другой затрудняет получение материала с воспроизводимыми свойствами. Получение стабильных и необходимых свойств поликристаллического кремния осложняется именно наличием межзёренных границ. Межзёренная граница представляет собой регулярное множество дислокаций, что приводит к локальным искажениям решётки вблизи поверхности раздела внутри поликристалла. Такие локальные искажения приводят к образованию оборванных связей атомов. Состояние на межзёренных границах могут действовать в качестве ловушечных центров, а также центров рекомбинации и рассеивания. Именно из-за сильной рекомбинации носителей заряда на границах зёрен до настоящего времени не реализованы биполярные транзисторы на основе поликристаллического кремния.
Повышенное рассеивание носителей на границах снижает их подвижность, что ограничивает быстродействие тонкоплёночных транзисторов. Захват подвижных носителей на состояниях на межзёренных границах приводит к возникновению потенциального барьера на границах зёрен, при этом изменение концентрации носителей в приграничном слое приводит к образованию области пространственного заряда нескомпенсированных доноров или акцепторов в случае материала n или p-типа соответственно. Следствием этой является искривление зон. Зонная диаграмма для поликремния n-типа имеет следующий вид. средний размер зерна.
Наличие потенциального барьера на межзёренной является причиной экспоненциальной температурной зависимости электропроводности поликристаллического кремния, поскольку вклад в проводимость вносят только те электроны, которые в состоянии преодолеть потенциальный барьер на границе зёрен.
Получение тонких плёнок поликристаллического кремния
Свойства поликристаллического кремния сильно зависят от типа используемого реактора. При групповой обработки пластин используется химическое осаждение из газовой фазы в реакторе с горячими стенками при пониженном давлении. Схема реактора имеет следующий вид.
При повышении температуры осаждения выше более важную роль начинает играть химические процессы не на поверхности подложки, а газовой фазе, что приводит к образованию рыхлого беспорядочно осаждающегося слоя. При температурах ниже осаждается слой аморфного кремния. Плёнки поликристаллического кремния, осаждаемые методом химического осаждения из газовой фазы имеют характерную шероховатую поверхность, что создаёт проблемы при проведении последующих технологических операций изготовления интегральных схем. Шероховатость поверхностей кремниевых слоёв может привести к понижению пробивных напряжений и повышению туннельных токов транзисторов. Кроме того при формировании плавающих затворов, например в ячейках флэш-памяти важно обеспечить возможность выращивания на поверхности плёнки поликристаллического кремния слоёв диоксида кремния с высокими пробивными напряжениями и низкими токами утечки. Поскольку это определяет время хранения заряда на плавающем затворе. Для этих целей, как правило, используют легированные в процессе роста плёнки аморфного кремния, подвергнутые далее кристаллизации при более высокой температуре.