Křemíkové vrstvy se budou nastřikovat?

Pracovat s kapalinou je obecně mnohem jednodušší než tvarovat pevnou látku. Dnes již existují pokročilé technologie pro nanášení kapalného polovodiče, fungující obdobně jako inkoustové tiskárny. Umožňují vysoké rozlišení a dají se použít k vytvoření tenkých polovodičových vrstev ve složitých strukturách na řadě různých povrchů. Výhody této metody se uplatní hlavně při masové výrobě velmi malých prvků nebo naopak při výrobě displejů, kde se pokrývají velké plochy a tloušťka polovodičových prvků musí být pouze kolem tisíciny milimetru. V obou těchto aplikacích je při použití pevné látky obtížné dodržovat stejný rozměr tranzistorů, tloušťku vrstvy a její profil.

Jak se ale dá připravit křemík v kapalné formě? Roztavený křemík vzhledem k teplotě tání 1414 stupňů Celsia nepřichází v úvahu, protože by zničil ostatní součástky i nastřikovací zařízení. Japonci se ponořili do tajů chemické syntézy a soustředili se přitom na binární sloučeniny křemíku a vodíku. Z nich cyklopentasilan je kapalný při pokojové teplotě. Vypečením na 300 stupňů Celsia ztrácí sloučenina vodík a zůstává čistý křemík. Byl by to ideální kapalný zdroj křemíku, kdyby ovšem neměl během vypékání tendenci k odpařování. Tím se komplikuje kontrola množství křemíku, který na povrchu skutečně zůstane, a tak musela nastoupit jiná chemická metoda, a to polymerizace.

Autoři si posvítili na cyklopentasilan ultrafialovým světlem. Výsledkem poměrně složité přeměny chemických vazeb byl polysilan, který má konzistenci vazkého oleje až pevné látky. Pokud je ovšem polymerizace zastavena včas a jsou aplikovány ještě další kroky k restrukturování křemíku do potřebného, relativně uspořádaného polykrystalického stavu, lze dosáhnout uspokojujícího výsledku.

Japonci touto metodou jako první vyprodukovali křemíkové vrstvy z kapalné fáze s relativně vysokou účinností. V podstatě se jednalo o nastříkání tenké vrstvy roztoku na vhodnou podložku. Obešli se bez vysokoteplotní rafinace nebo metalurgické extrakce křemíku z kysličníku křemičitého, nahradili je chemickou syntézou. Samozřejmě, existují jistá omezení. Polysilan je velmi náchylný na kontaminaci kyslíkem. Ta drasticky omezuje elektronické vlastnosti výsledné vrstvy a určuje, že z technologického procesu musí být bezvýhradně vyloučen vzduch i voda. Tato překážka ale není nepřekonatelná, a dokonce se vyskytuje i v alternativních způsobech přípravy křemíkových vrstev. Další vylepšení metody je na chemicích, kteří se zabývají polymerizací.

Pravděpodobný závěr je, že nastřikování kapalných sloučenin křemíku nebude vhodné pro vytváření složitých struktur integrovaných obvodů s vysokou hustotou. Počítačové čipy se tak asi vyrábět nebudou, i když kdo ví, k jakým vylepšením této technologie dojde. Zřejmé ale je, že metoda je mimořádně vhodná pro výrobu jednoduchých, laciných a víceúčelových obvodů pro displeje, sluneční články, detektory rentgenového záření nebo chemické senzory.