НИОКР

Солнечная энергетика является одним из наиболее быстрорастущих секторов альтернативной энергетики в мире. Наиболее широко распространенной технологией являются солнечные элементы на основе кристаллического кремния. Основным их преимуществом является относительно высокий КПД (15-18%), высокая надежность и длительный срок службы. Среди минусов - большое потребление кремния, которое не позволяет добиться низкой стоимости самих элементов и, следовательно, вырабатываемой электроэнергии. По некоторым данным стоимость исходного сырья составляет до 75% стоимости кристаллического кремниевого солнечного элемента.

В последние годы мощный импульс к развитию получили солнечные элементы на основе тонких пленок. Главный плюс этой технологии в том, что она существенно снижает потребление кремния. Основой элемента является тонкий слой кремния, который наносится на подложку из дешевого материала, например, стекла, керамики или кремния низкой чистоты. Основную сложность представляет формирование слоя кремния требуемого уровня качества при сохранении низкой стоимости процесса.

Использование эпитаксии позволяет формировать многослойные структуры кремния со слоями различной толщины и уровня легирования. При этом структурное совершенство получаемых слоев выше, чем у кремния в существующих тонкопленочных солнечных элементах. Эпитаксиальная технология несет большой потенциал для производства солнечных элементов, но ее использование в этой сфере сегодня затруднено из-за низкой производительности и запредельно высокой стоимости процесса.

Разработанный в ЗАО «Эпиэл» метод формирования полупроводниковых структур использует процесс эпитаксии, существенно отличающийся от стандартного CVD метода, используемого в микроэлектронике. Эпитаксиальный слой осаждается на подложку в режиме химического переноса от твердого источника, например пластины кремния, через зазор в галогенсодержащей водородной атмосфере при минимальном протоке реагентов или в застойной атмосфере.

Структурное совершенство и однородность параметров у образцов двух-слойных структур, изготовленных на установке-прототипе, полностью соответствует требованиям, определяющим их пригодность для последующего изготовления солнечных элементов. Дефектность слоев остается в пределах допустимой даже при осаждении на подложку с грубой поверхностью. Скорость роста, достигнутая на установке-прототипе, составляет 14 мкм/мин, что в несколько раз превышает скорость стандартного CVD эпитаксиального процесса. При этом существенно снижен расход газов и реагентов. Полученные результаты дают основание полагать, что разработанная ЗАО «Эпиэл» технология имеет большой потенциал и может быть с успехом внедрена в производстве нового поколения солнечных элементов на основе кремния.

См. Патент RU 2393585 C1 "Способ формирования полупроводниковых структур".

Все более широкое применение в производстве различных типов полупроводниковых приборов находят кремниевые эпитаксиальные структуры с очень высокими значениями удельного сопротивления эпитаксиального слоя от 100 до 3000 Ом.см.

Такие эпитаксиальные структуры могут быть сформированы как на подложках с малой концентрацией примеси, так и на сильнолегированных подложках (N++ или P++ типа). При этом особое внимание уделяется профилю удельного сопротивления в переходной области подложка-эпислой. Для многих приборных применений ширина переходной области должна быть как можно меньше, в то время как область постоянной концентрации эпитаксиального слоя (flat zone) максимально широкой. В зависимости от конечного применения эпитаксиальная структура со сверхвысокоомным слоем может быть дополнена другими слоями, вплоть до сильнолегированных N++ или P++ эпитаксиальных слоев.

Среди наиболее распространенных применений сверхвысокоомных эпитаксиальных структур кремния различные фотодиоды, детекторы заряженных частиц, P-i-N диоды.

Одним из решений, которое позволит выпустить на рынок высоковольтные ДМОП транзисторы с конкурентными ценой и параметрами, является использование для изготовления транзисторов эпитаксиальных структур с переменным профилем легирования эпитаксиального слоя. Переменный профиль удельного сопротивления эпитаксиального слоя обеспечит возможность уменьшения площади кристалла без ухудшения параметров. Меньшая площадь приведет к удешевлению кристалла, позволит оптимизировать размеры и конструкцию корпуса, позволит снизить потребляемую мощность.

Достигнутый уровень параметров в соответствии с заданными требованиями позволяет применять разработанную в рамках ОКР технологию для изготовления структур «кремний на сапфире» (КНС) диаметром 150 мм с ультратонким приборным слоем кремния для последующего производства интегральных схем. Структуры КНС диаметром 150 мм с ультратонким слоем кремния могут быть использованы для производства электронных компонентов современного научно-технического уровня, применяемых как в технике военного назначения, так и в электронике гражданского назначения. В частности, ЭКБ на основе данного типа структур является востребованной в таких областях как:

- Электронные системы космической техники;
- Электронные системы атомных электростанций и хранилищ;
- СВЧ и ВЧ-техника;
- Оптоэлектроника;
- Связь.