成功合成高晶質SOS材料的後續研究
成功在藍寶石基板上,合成單晶、低缺陷矽薄膜後,持續之研究目標在於不損傷藍寶石生長基板前提下,將此矽晶薄膜以相當低溫狀態下(<
300°C)轉移至玻璃或聚合物基板上,將可大大擴展矽晶薄膜的用途。例如製作高效率矽基薄膜型太陽能電池、微顯示器(micro-display)、絕緣層矽晶材料
(SOI materials,預估2012年市場規模可達80億美金)、可撓性基板電路等高科技產品應用。
(圖示為 Kopin CyberDisplay 微顯示器應用商品)
而且因為藍寶石基板的高度硬度(僅次鑽石)、耐高溫(熔點達2300°C,比矽半導體製程裡最高溫的SiO2的1700°C還高)、化學穩定性、大面積基板供應性(現在已有300 mm, r-晶面的晶圓樣品出現),甚至可以乾脆直接合成電子元件於該單晶矽薄膜上,再將此含有電子元件的矽薄膜轉移到另一含元件的基板上,構建成為 3D-IC (三度空間積體電路)或是 OEIC (光電積體電路)。
(圖示為DRAM元件轉移至玻璃基板上的SEM照片)
最好康的是,藍寶石基板可回收,充當矽晶薄膜生長模板一再重複使用,大幅降低材料製作成本。
這項研究成功最大關鍵在於: 脫去舊有框框的束縛,穿上新思維的眼鏡來看待問題。
(1) 矽晶薄膜長晶技術:熟悉應用基本的晶體成長原理(重要論文要弄懂),脫離傳統思維侷限(勇於嘗試)及破除對機台迷信(信心滿滿在有限的人力、物力下的實驗,仍有亮麗的成果)。
(2) 矽晶薄膜低溫鍵合及薄膜轉移技術:大致上萬事皆備,只欠東風(誰是東風?think!)。
Sapphire 基板需求概況
由藍寶石基板需求可推測 SOS 及 nitride LED 的發展。下圖顯示2011年時的市場規模約3.5億美元(100億台幣),其中SOS 佔有一億美元。
SOS 元件製作領導廠商,美國加州聖地牙哥的 Peregrine Semiconductor Corp. 於2002年與 SOS 晶圓材料技術領先廠商,日本 Oki Electric 形成策略聯盟。兩公司合作擴大SOS的研發生產,得以改良矽晶材料品質,於2006年在應用端方面有突破性的躍進,使 SOS 晶圓市場發展神速。
由此觀之,Nano Club 研究團隊若成功製作無缺陷的 SOS 矽層,在技術層面不但與美、日頂尖科技並駕齊驅,更是加速 SOS 的應用成長,切入,大幅降低生產成本,提供無污染綠色能源,造福人類。
[資料來源] Sapphire market 2008
(全球藍寶石基板市場)
(台灣市佔 率:58%)