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硅片微電子技術領域名詞 在米粒大的硅片上,已能集成16萬個晶體管,這是科學技術進步的又一個里程碑[1]

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地殼中含量達25.8%的硅元素,為單晶硅的生產提供了取之不盡的源泉。由於硅元素是地殼中儲量最豐富的元素之一,對太陽能電池這樣註定要進入大規模市場(mass market)的產品而言,儲量的優勢也是硅成為光伏主要材料的原因之一。

應用

硅片製成的芯片是有名的「神算子」,有着驚人的運算能力。無論多麼複雜的數學問題、物理問題和工程問題,也無論計算的工作量有多大,工作人員只要通過計算機鍵盤把問題告訴它,並下達解題的思路和指令,計算機就能在極短的時間內把答案告訴你。這樣,那些人工計算需要花費數年、數十年時間的問題,計算機可能只需要幾分鐘就可以解決。甚至有些人力無法計算出結果的問題,計算機也能很快告訴你答案。 芯片又是現代化的微型「知識庫」,它具有神話般的存儲能力,在針尖大小的硅片上可以裝入一部24卷本的《大英百科全書》。如今世界上的圖書、雜誌已多達3000多萬種,而且每年都要增加50多萬種,可謂浩如煙海。德國未來學家拜因豪爾指出:「今天的科學家,即使整日整夜地工作,也只能閱讀本專業全部出版物的5%。」出路何在呢?唯一的辦法就是由各個圖書情報資料中心負責把各種情報存入硅片存儲器,並用通信線路將其連接成網。這樣,科技人員要查找某種資料和數據時,只要坐在辦公室里操作計算機鍵盤,立即就會在計算機的熒光屏上顯示出所要查詢的內容。 微電子芯片進入醫學領域,使古老的醫學青春煥發,為人類的醫療保健事業不斷創造輝煌。 微電子芯片的「魔力」還在於,它可以使盲人復明,聾人復聰,啞人說話和假肢能動,使全世界數以千萬計的殘疾者得到光明和希望。 微電子技術在航空航天、國防和工業自動化中的無比威力更是眾所皆知的事實。在大型電子計算機的控制下,無人飛機可以自由地在藍天飛翔;人造衛星、宇宙飛船、航天飛機可以準確升空、飛行、定位,並自動向地面發回各種信息。在電子計算機的指揮下,火炮、導彈可以彈無虛發,準確擊中目標,甚至可以準確擊中空中快速移動目標,包括敵方正在飛行中的導彈。工業中廣泛使用計算機和各種傳感技術,可以節省人力,提高自動化程度及加工精度,大大提高勞動生產效率。機器人已在許多工業領域中出現。它們不僅任勞任怨,而且工作速度快、精確度高,甚至在一些高溫、水下及危險工段工種中也能衝鋒陷陣,一往無前,智能機器人也開始顯示出不凡的身手。有效的組織配合和強烈的射門意識都令人拍手叫絕。戰勝了世界頭號特級國際象棋大師。它的精彩表演表明,智能計算機已發展到了一個嶄新的階段。

工藝

面臨挑戰 切割線直徑 更細的切割線意味着更低的截口損失,也就是說同一個硅塊可以生產更多的硅片。然而,切割線更細更容易斷裂。 荷載 每次切割的總面積,等於硅片面積X每次切割的硅塊數量X每個硅塊所切割成的硅片數量 。 切割速度 切割台通過切割線切割網的速度,這在很大程度上取決於切割線運動速度,馬達功率和切割線拉力。 易於維護性 線鋸在切割之間需要更換切割線和研磨漿,維護的速度越快,總體的生產力就越高。 生產商必須平衡這些相關的因素使生產力達到最大化。更高的切割速度和更大的荷載將會加大切割切割線的拉力,增加切割線斷裂的風險。由於同一硅塊上所有硅片是同時被切割的,只要有一條切割線斷裂,所有部分切割的硅片都不得不丟棄。 然而,使用更粗更牢固的切割線也並不可取,這會減少每次切割所生產的硅片數量,並增加硅原料的消耗量。 硅片厚度也是影響生產力的一個因素,因為它關係到每個硅塊所生產出的硅片數量。超薄的硅片給線鋸技術提出了額外的挑戰,因為其生產過程要困難得多。除了硅片的機械脆性以外,如果線鋸工藝沒有精密控制,細微的裂紋和彎曲都會對產品良率產生負面影響。超薄硅片線鋸系統必須可以對工藝線性、切割線速度和壓力、以及切割冷卻液進行精密控制。 無論硅片的厚薄,晶體硅光伏電池製造商都對硅片的質量提出了極高的要求。硅片不能有表面損傷(細微裂紋、線鋸印記),形貌缺陷(彎曲、凹凸、厚薄不均)要最小化,對額外後端處理如拋光等的要求也要降到最低。 新型線鋸系統 現況 為了滿足市場對於更低成本和更高生產力的要求,新一代線鋸必須提升切割速度,使用更長的硅塊從而提高切割荷載。更細的切割線和更薄的硅片都提升了生產力,同時,先進的工藝控制可以管理切割線拉力以此保持切割線的牢固性。 使用不止一組切割切割線是在保持速度的前提下提高機台產量的一個創新方法。應用材料公司最新的MaxEdge 系統採用了獨特的兩組獨立控制的切割組件。 MaxEdge是業界第一個專門設計使用細切割線的線鋸系統 ,最低可達到80μm。相對於業界領先的應用材料公司HCT B5線鋸系統,這些改進減少了硅料損失使產量提高多達50%。 更高生產力的線鋸系統在同樣的硅片產量下可以減少機台數量。因此,製造商可以大幅降低設備、操作人員和維護的成本。 降低硅片的消耗量也就是直接降低了太陽能電力的每瓦成本。 線鋸產品市場 硅片供應商和希望自己控制切片工藝的整合晶體硅光伏組件生產商都需要使用線鋸設備。單晶硅和多晶硅光伏技術都需要使用到它。 大多數光伏線鋸設備是硅片供應商購買的。他們一般生長硅錠或者硅塊、將硅原料切合處理成硅片,最終銷售給光伏電池製造商用於製造電池。業界最成功的應用材料公司HCT B5線鋸系統的裝機量超過500台,是光伏切片領域的標杆產品。 結論 在光伏領域,線鋸技術的進步縮小了硅片厚度並降低了切割過程中的材料損耗,從而減少了太陽能電力的硅材料消耗量。因此,線鋸技術對於降低太陽能每瓦成本並最終促使其達到電網平價起到了至關重要的作用。最新最先進的線鋸技術帶來了很多創新,提高了生產力並通過更薄的硅片減少了硅材料的消耗。

參考文獻