13/06/2013 - Production de plaquettes de silicium plus souples et plus économiques

Menéame

Las Pommes cristallines en silicium minces (de l’ordre de 10 μm) sont clés pour l’intégration 3D micropuces et pour la prochaine génération de cellules solaires.

Il est aujourd'hui très coûteux d’obtenir des résultats, mais une équipe de chercheurs Centre de recherche de Nanoenginyeria (CRNE) et du Département du génie électronique de la Université polytechnique de Catalogne • BarceloneTech (UPC) ont trouvé un moyen de fabriquer des plaquettes de silicium cristalline minces de manière plus économique et plus rapide. Les résultats de cette recherche ont été récemment publiés dans la version en ligne de la revue scientifique de référence. Applied Physics Letters (AIP).

Les plaquettes en crital de silicium mince - de l’ordre de 10 μm (mitras)* - sont très chères et recherchées dans le domaine de la microélectronique, notamment dans l’intégration tridimensionnelle (3D) de micropuces, un marché en pleine expansion. Le matériel a également un potentiel d’application à moyen terme dans le domaine photovoltaïque, en transformant la lumière solaire en électricité et en ouvrant une nouvelle voie à la production de cellules solaires plus économiques, plus souples et moins lourdes.

Processus plus rapide et plus économique

Au cours des dernières années, des techniques ont été mises au point pour obtenir des plaquettes cristallines de silicium de plus en plus minces à partir de lingots cylindriques monocristallins. À partir de ces lingots, les plaquettes sont coupées et une scie multifil est habituellement utilisée à cette fin, imprégnée d’un matériau abrasif. L’épaisseur minimale obtenue pour ce procédé est de 150 μm. Pour obtenir des plaquettes plus minces, la chose est compliquée et les méthodes existantes ne permettent d’obtenir qu’une ovule à chaque fois, il faut répéter tout le processus pour obtenir une deuxième ovule. Dans le processus, on perd jusqu'à 50% du matériel.

Aujourd'hui, la technologie développée par les chercheurs du CRNE de l’UPC - dirigé par le professeur Ramón Alcubilla - permet de produire un grand nombre de couches cristallines d’une épaisseur contrôlée, à partir d’une seule table de silicium cristalline en un seul passage, en produisant ce qui devient un millier de feuilles de silicium cristalline. Cela est plus efficace, car il rend le processus plus rapide et réduit les coûts. L’équipe de chercheurs qui a participé au travail est également composée de David Hernández, Trifon Trifonov et Moïse Garin.

La méthodologie proposée par les scientifiques du CRNE est basée sur la réalisation de petits pores dans le matériau pendant le processus et la soumission à haute température. Les chercheurs ont montré qu’en contrôlant soigneusement le profil de ces pores, il est possible d’obtenir de multiples couches cristallines de silicium séparées entre elles.

Grâce à une modulation précise du diamètre du pores, le nombre de couches de silicium et leur épaisseur peuvent être contrôlés. De cette façon, on obtient un millier de feuilles de rouleau de silicium et les différentes couches (feuilles de millefeuilles) sont ensuite séparées par exfolation. Le nombre résultant de couches de silicium est déterminé uniquement par l’épaisseur initiale de l’obile et par l’intensité des couches. Les chercheurs de l’UPC ont réussi à créer jusqu'à 10 petites feuilles (de 5 à 7 μm d’épaisseur) à partir d’une seule opelle de 300 μm.

Satisfaire une demande croissante

La demande de plaquettes de silicium cristalline mince et ultra-mince est en augmentation en raison de l’intégration tridimensionnelle de circuits, où l’on entend intégrer des microsystèmes hydrogènes (MEMS) avec des micropuces classiques, ainsi que des possibilités d’application qu’ils offrent dans la technologie photovoltaïques de nouvelle génération. Dans le processus d’obtention de cellules solaires, par exemple, les processus de coupe des plaquettes ont été améliorés.

Afin de réduire le coût de fabrication des cellules solaires, l’épaisseur des plaquettes a diminué, tout en maintenant l’efficacité (il est passé d’une épaisseur de 350 μm dans les années 90 à 180 μm actuellement), mais il est déjà difficile d’obtenir des réductions plus importantes. Il a été démontré que, même avec des épaisseurs inférieures, les wafers conservent une capacité d’absorption élevée de l’énergie solaire et de conversion en électricité. Cette nouvelle recherche de l’UPC ouvre donc une nouvelle voie à l’industrie.

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Salle de presse UPC

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