Siliciumverarbeitung

Dieses Buch steht im Regal Technik sowie im Regal Chemie.

• Zielgruppe: Leute mit Interesse für technische Verfahren in Solar- und Elektroindustrie

• Lernziele: Schaffung eines Überblicks über die wichtigsten Verfahren (nur Grundkenntnisse)

• Buchpatenschaft / Ansprechperson: Sepp

• Sind Co-Autoren gegenwärtig erwünscht? Ja, das Buch ist in seiner Grundform nun fertig. Mitarbeit ist an allen Stellen erwünscht: Bei inhaltlicher Aktualisierung, beim Anfertigen von Grafiken und bei Korrekturen von Sprache, Syntax und Form. Auch ein Review wäre sehr hilfreich.

• Projektumfang und Abgrenzung zu anderen Wikibooks: Nur etablierte Verfahren werden detailliert besprochen. Andere, sofern bereits im industriellen Maßstab angewandt, werden nur am Ende der entsprechenden Kapitel kurz dargestellt und erst bei breiter Etablierung ausgebaut.

Es fehlen noch die folgenden Bilder. Unfreie Abbildungen sind in den angegebenen Quellen zu finden.

• Lichtbogenofen mit Graphitelektroden^[1]
• Das Siemensverfahren im Überblick^[2]
• Abscheidereaktor^[2]
• Zonenschmelzverfahren^[3]
• Innenlochtrennen^[4]
• Drahtsägeverfahren^[5]
• Die Ätzschritte im Überblick^[4]

Bei der Betrachtung der wirtschaftlichen Entwicklung des vergangenen Jahrzehnts fallen zwei bestimmende Themen sofort ins Auge: Die rasante Entwicklung der Informationstechnologie sowie der Klimawandel. Erstere wurde nur durch die enorme Steigerung der Rechenleistung von Microchips möglich, letzterem wird mittels des Ausbaus erneuerbarer Energien entgegengewirkt. Eine Möglichkeit bildet die Photovoltaik^{[FN 1]}; also die Umwandlung der Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie.

Obwohl sich Informationstechnologie und Photovoltaik stark voneinander unterscheiden, sind sie sich doch in zwei Punkten sehr ähnlich. Zum einen bestehen sowohl Microchips als auch Solarzellen zum größten Teil aus Silicium. Zweitens sind beide Technologien hochgradig komplex und alltagsfern. Ihre grundlegenden Herstellungsprozesse entziehen sich dem Verständnis von Laien nahezu vollständig.

Dieses Buch soll einen kompakten Überblick über den Produktionsprozess vom Quarzsand bis zum fertigen Wafer^{[FN 2]} geben und deren Weiterverarbeitung in der Elektroindustrie und Solarindustrie darstellen.

Nach einem kurzen geschichtlichen Abriss zur Siliciumnutzung werden zunächst die wichtigsten Verfahren zur Reinigung von Rohsilicium sowie zur Produktion der Siliciumwafer vorgestellt. Dabei wird sowohl auf wichtige Details der Prozesschritte als auch auf die Vorzüge und Nachteile alternativer Verfahren eingegangen. Dem folgt ein kurzer Exkurs zum p-n-Übergang. Abschließend wird die Verarbeitung der Wafer zu Microchips und Solarzellen dargestellt.

Im Bereich der Siliciumherstellung gibt es zwar bereits etablierte Verfahren; aufgrund der enormen Expansion der Solarindustrie sowie den sehr hohen Preisen von Reinstsilicium sind für fast alle Schritte der Herstellung Alternativen in Entwicklung oder Erprobung. Einzelne werden sogar schon im industriellen Maßstab eingesetzt.

Da Wikibooks dauerhaftes Wissen zum Inhalt haben soll, müssen an dieser Stelle Grenzen gezogen werden. Aus diesem Grund werden nur die am weitesten verbreiteten Verfahren detailliert behandelt. Die Alternativen dazu werden lediglich kurz am Ende der jeweiligen Kapitel vorgestellt ohne sie jedoch in aller Genauigkeit zu beschreiben.

Es können prinzipiell zwei Arten von Solarzellen unterschieden werden: Kristalline Zellen und Dünnschichtzellen. Diese Arbeit wird sich im Bereich der Weiterverarbeitung des Reinstsiliciums auf kristalline Zellen beschränken, da sich im Bereich der Dünnschichtzellen noch kein Verfahren klar durchgesetzt hat.

Die Entwicklung schreitet wie beschrieben sehr schnell voran, aus diesem Grund wird am Beginn jedes Kapitels eine kleine Box darüber informieren, wann das jeweilige Kapitel inhaltlich auf den neuesten Stand der offen zugänglichen Informationen gebracht wurde.

Dieses Buch hat eine Bestandsaufnahme der Siliciumverarbeitung in der Solar- und Elektroindustrie gegeben. Die etablierten Verfahren werden aufgrund der hohen Investitionskosten voraussichtlich noch längere Zeit angewandt werden. Der Markt für Solarzellen expandiert allerdings so stark, dass sich überlegene neue Verfahren sehr schnell durchsetzen könnten.

1. ↑ nach Photos, griechisch für Licht, und Alessandro Volta, einem Pionier der Elektrotechnik
2. ↑ Reinstsilicium in Scheiben, Ausgangprodukt für die Weiterverarbeitung

1. ↑ Werner Zulehner, Bernd Neuer, Gerhard Rau. Silicon. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, 6 2000.
2. ↑ ^{2,0 2,1} F.W. Schulze. Solarsilicium. Vortrag auf der Erwicon 2006, 2006.
3. ↑ Photon. Zonenschmelzverfahren, 2008.
4. ↑ ^{4,0 4,1} Phillip Laube. Halbleitertechnologie von A bis Z, 1 2008.
5. ↑ Wolfgang Kappler. Hundert Wafer auf einen Streich. Fraunhofer Magazin, 3/2002, 2002.

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