Напівпровідникові тонкі плівки

НАПІВ­ПРОВІД­НИКО́ВІ ТОНКІ́ ПЛІ́ВКИ — плівки завтовшки від часток нанометра (моношар атомів) до декількох мікрометрів, що виконують функції напів­провід­ників. Тонкоплівк. технологія почала роз­виватися на­прикінці 1950-х — на поч. 1960-х рр., коли на­стала т. зв. ера інтеграл. напів­провід­ник. електроніки. Нині є однією з найважливіших складових напів­провід­ник. технології. Вона продовжує стрімко роз­виватися та зумовлює про­грес сучас. електроніки, опто­електроніки та всього приладобудува­н­ня. Тонкоплівк. матеріали мають властивості, що істотно від­різняються від аналогічних у масив. зразках. Це об­умовлено 2-ма осн. причинами. По-перше, при осаджен­ні плівки можна змінювати умови конденсації таким чином, що структура плівки змінюватиметься від аморфної до полі- і навіть монокри­сталічної. По-друге, тонка плівка обмежена у роз­мірі в одному із напрямів, що призводить до появи роз­мір. ефектів, які не спо­стерігаються в масив. зразках. Ще одна особливість тонкої плівки — це обовʼязк. наявність під­кладки, на якій формується плівка. Роз­роблено десятки методів осадже­н­ня Н. т. п., що використовують залежно від фіз. властивостей напів­провід­ника та необхід. характеристик плівки. Ці методи схематично можна поділити на 2 класи: фіз. осадже­н­ня та хім. осадже­н­ня. При фіз. осаджен­ні склади парової фази та плівки, що формується з неї, є однаковими, а при хім. осаджен­ні формува­н­ня плівки від­бувається за рахунок хім. реакцій, що проходять побл. поверх­ні, на поверх­ні або у приповерхн. шарах під­кладки. Серед фіз. методів осадже­н­ня плівок, що найчастіше використовують у напів­провід­ник. виробництві, — випаровува­н­ня у вакуумі (термічне, електрон­но-променеве), молекулярно-променева епітаксія, лазерне роз­пороше­н­ня, іонно-плазмові методи. Найбільш поширені методи хім. осадже­н­ня: рідин­нофазна та газофазна епітаксія, газофазна епітаксія з металоорган. сполук, нанесе­н­ня із роз­чину, зокрема й за допомогою центрифуги. Осн. напрями та сфери за­стосува­н­ня Н. т. п.: мікро­електроніка, фотовольтаїка, зокрема й сонячні елементи, опто­електроніка, зокрема й лазерні гетеро­структури, сенсорика, носії інформації (оптичні, електричні). Однією з найбільш пер­спектив. галузей сучас. приладобудува­н­ня, що була створ. на основі тонкоплівк. технології, є виробництво різноманіт. дис­плей. техніки. Дис­плеї використовують у побуті та на виробництві, у транс­­порті та шоу-бізнесі, вони оточують людей як на роботі, так і на від­починку. Значне зро­ста­н­ня за­стосува­н­ня цих засобів від­ображе­н­ня візуал. інформації від­булося завдяки удосконален­ню методів нанесе­н­ня та обробле­н­ня різноманіт. напів­провід­ник. плівок. Напр., рідкокри­сталічні дис­плеї ві­домі уже майже пів­столі­т­тя, але широкого пошире­н­ня вони набули після роз­робле­н­ня та за­стосува­н­ня в дис­плеях тонкоплівк. транзисторів (TFT) на основі плівок аморф. кремнію. Це при­звело до того, що світ. продаж TFT дис­плей. техніки зріс від 1 млрд дол. США 1989 до понад 110 млрд дол. США у ниніш. час.

Подальше удосконале­н­ня дис­плеїв повʼя­зано з викори­ста­н­ням орган. чи оксид. напів­провід­ників як для формува­н­ня керуючих схем на основі TFT, так і для створе­н­ня світлови­промінювал. елементів — орган. і неорган. світлови­промінювал. діодів (LED та OLED дис­плеї). Пере­вагою таких напів­провід­ників є низькотемпературні процеси нанесе­н­ня та обробле­н­ня плівок, екологічність та дешевизна виробництва. Крім того, такі структури є про­зорими і їх можна наносити на гнучкі пластик. під­кладки. Перші про­зорі дис­плеї зʼявилися 2012. На думку дослідників, ринок цих дис­плеїв до 2022 виросте до 87 млрд дол. США. Тонкоплівк. сонячні елементи виготовляють шляхом осадже­н­ня напів­провід­ник. плівок (нині у серій. виробництві використовують пере­важно a-Si — аморф. кремній, CdTe — телурид кадмію, CIGS — мідь-індій-галій-диселенід) на скляні, пластик. чи метал. під­кладки. Осн. пере­вага тонкоплівк. соняч. елементів полягає в тому, що їхня вартість значно нижча вартості елементів на основі монокри­сталіч. кремнію, оскільки використовують порівняно недорогі матеріали, а технологія їх виготовле­н­ня дешева. Осн. їхніми недоліками є низька ефективність та по­ступова де­градація властивостей. Однак характеристики тонкоплівк. соняч. елементів по­стійно удосконалюють і в лаборатор. умовах для CdTe та CIGS уже досягнута ефективність у 21 % та про­гнозований час екс­плуатації — 21 р. До поч. 2020-х рр. світ. ринок тонкоплівк. фотовольтаїки досягне бл. 71 млрд дол. США. Напів­провід­ник. плівки також за­стосовують при виробництві напів­провід­ник. лазерів і лазер. діодів. Ці прилади широко використовують у телекомунікації, для оптич. запису та зчитува­н­ня інформації, в медицині, літо­графії та лазер. принтерах, у промисловості, на транс­порті та ін. Світ. ринок напів­провід­ник. лазерів 2020 виросте до 7,7 млрд дол. США.

Завантажити статтю