Polypii

Monikiteistä piitä aurinkokennojen materiaalina

Polypii eli monikiteinen pii on materiaali, jossa pii on kiteisessä muodossa. Sitä käytetään ohutkalvoissa, johtavana transistorikanavana ohutkalvotransistoreissa sekä hila(engl. gate) elektrodina MOSFET- ja CMOS-piirien valmistuksessa. Näitä mikropiirejä varten monikiteinen pii kasvatetaan kaasufaasissa korkeassa lämpötilassa ja sitä doupataan runsaasti n- tai p-tyypin puolijohteeksi. Monikiteisen piin johtavuutta voidaan lisätä huomattavasti lisäämällä siihen metallia (Mo, W, Ti) korkeassa lämpötilassa (silisidi engl silicide), jolloin häviöt piireissä (hiloilla integroiduissa piireissä) pienenevät.

Kvarsihiekasta puhdistettu monikiteistä piitä sulatettuna käytetään vedettäessä yksikiteisiä piitankoja, joista saadaan sahaamalla piikiekkoja. Helpommin valmistettava on sulasta piistä valettava monikiteinen aihio, josta sahataan ohuita polypiilevyjä aurinkokennojen valmistukseen. Näissä monikiteisissä aurinkokennoissa kiteet ovat yli 1 millimetrin kokoisia ja silminnähtävissä.

Monikiteistä piitä voidaan kasvattaa suurille pinnoille aktiivisena tai doupattuna kalvona ohutkalvotransistoriksi (TFT) nestekidenäyttöihin. Polypiitä voidaan kasvattaa alhaisen paineen kaasufaasikasvatustekniikalla (LPCVD), plasma-avusteisella CVD:llä tai amorfisena kasvatetun piin kiteytettynä muotona, mutta nämä prosessit vaativat suhteellisen korkean lämpötilan (vähintään 300 °C). Tässä lämpötilassa monikiteistä piitä voidaan kasvattaa lasille, mutta ei muovimateriaalille. Muovimateriaalien käyttö substraattina mahdollistaisi taipuisat näytöt. Laserkiteytyksellä amorfinen pii voidaan kiteyttää muoville tuhoamatta tai sulattamatta muovia. Laserilla piikalvoon tuodaan nopeasti juuri sen verran energiaa, että kalvo sulaa ja kiteytyy uudelleen, mutta energia ei riitä muovin sulattamiseen. Raekoko voidaan saada mikrometreiksi tai jopa nanometreiksi.

Polypiin etu amorfiseen piihin verrattuna on se, että varausten siirtäjien liikkuvuus voi olla useita kertoja parempi ja monikiteinen pii on pysyvämpää sähkökentässä. Tämä mahdollistaa monipuolisten ja nopeiden piirien tekemisen niin lasille kuin amorfiselle piille, mitä yhä tarvitaan niiden pienen vuotovirran vuoksi. Täydellistä polypiistä tehtyä aktiivista kalvoa tarvitaan myös kun halutaan esimerkiksi nestekidetekniikkaa käyttävään videoprojektoriin pieni pikselikoko.

Monikiteinen pii on avainkomponentti integroiduissa piireissä, mikroprosessoreissa ja aurinkokennorakenteissa. Noin 30 % polypiimateriaalista käytetään aurinkopaneeleihin. On ennustettu, että pula monikiteisestä piistä haittaa lähivuosina aurinkokennojen tuotantoa.

Suurimmat polypiin tuottajat ovat Hemlock Semiconductor, Wacker Chemie, REC, Tokuyama, MEMC, Mitsubishi (Japanissa ja Yhdysvalloissa) ja Sumitomo-Titanium. Lisäksi Kiinassa on useita pieniä monikiteistä piitä tuottavia laitoksia. Mainitut valmistajat tuottavat yli 75 % maailman polypiistä (2006).

Katso myös

• Puolijohdeteollisuus