兼具超高性能與低成本特性之太陽電池與功率半導體新貼合技術(上)

刊登日期:2016/3/28
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材網編輯室/工研院材化所

一般來說,次世代貼合技術目前於實際應用雖尚未有大幅進展,不過隨著用途擴大,目前正朝著實用化的方向邁進。能夠製作出超越既有技術的超高性能元件,在未來將有機會以低價格推至市場。所以繼MEMS已達到實用化之後,高效率多接合太陽電池與SiC功率半導體,將有機會成為下世代的明星產品。
 
針對次世代貼合技術的課題,簡單歸納大致可以區分為三大類:(1)接合界面之導電性的提升;(2)接合時位置精度的提升;(3)真空設備等成本課題。可以看到市場上的產品應用,多是從課題容易解決的領域,或者課題有解決方向的應用開始展開。
 
舉MEMS的應用為例,其對於(1)接合界面之導電性與(2)接合時位置精度的要求並不那麼嚴苛,實際上在近30年的常溫接合歷史中,MEMS一直是代表性的應用,即便如此,也是在近幾年才推出具有傑出性能表現的元件。
 
利用常溫製造
其中的代表案例即是OMRON所推出的氣壓感測器產品(圖一)。OMRON 於 2012年利用常溫接合技術中的表面活性化接合技術(SAB),研發出一款 MEMS 氣壓感測器。第一代產品相對高度之識別精度為 50cm,是當時市場上性能最好的產品。會使用SAB技術的原因,即在於可於常溫條件下進行接合製程。



圖一、利用SAB法製作氣壓感測器
 
OMRON 氣壓感測器的結構,主要由已先形成隔膜(Diaphragm)的上部元件與真空封裝的下部基板組成。OMRON 將兩種元件分別製作,最後以真空的方式接合(圖一(b))。因上部元件與下部基板同為矽材料,所以若於兩者接合時加熱,就會做出與原始設計相異的產品。所以利用非常薄的隔膜先於周圍膨脹,然後再施加應力使兩者貼合。若使用熱貼合的話,可能在晶圓上有的不同位置出現熱不均,因而造成產品特性不均一,所以必須使用常溫的接合技術。另一方面,接合面並不需導電,而且也不需要高位置精度。OMRON 研發人員即表示「上部元件雖具有細微的結構,不過下部基板並不需要圖形化(Patterning)」。
 
最新產品識別精度 10cm
第一代氣壓感測器除了可以作為活動的量測用途元件之外,也可以做為取得位置資訊的感測器,並已成功應用在智慧型手機上。時至 2015年,OMRON 推出可識別之相對高度精度達到 10cm 的新產品。該等級的精度作為民生品用途的感測器,已稱得上是世界最高水準。研發團隊表示,下一代產品將以相對高度精度 5cm 為研發目標。
 
材料選用的限制解除 實現低成本的化合物半導體
繼 MEMS 之後,將次世代接合技術更進一步推向實用化,可歸功於將 pn 多層堆疊後的多接合太陽電池之應用。因其接合面雖然會通過電流,但是材料本身的電阻率也比相對較高,所以接合面的電阻值一點都不會成為阻礙,再加上接合面的圖形(Pattern)也並不那麼精細,所以不會衍生出其他問題。
 
次世代接合技術發展歸功於多接合太陽電池,因此有非常顯著的進步。以往將多層 pn 接合時,多採用外延成長(Epitaxial Growth)的方法,也就是從下層材料上持續長晶並多層堆疊的手法。理論上堆積越多層,就可以減少太陽光的耗損率,因此有助於轉換效率的提升。不過 ---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

※本文承日經BP社Nikkei Electronics 雜誌授權轉譯,特此深謝。原文著作權為Nikkei Electronics所有,禁止轉載。Nikkei Electronics 為數位時代的電子、資訊、通訊技術綜合雜誌,更多豐富、精彩內容,請上:http://www.nikkeibp.com/

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