“重利用”開啟砷化鎵新時代

　　斯坦福大學的研究人員發明了一種可以大大降低生產砷化鎵電子設備成本的制造工藝，開辟了砷化鎵的新用途。

　　在電腦芯片、太陽能電池以及其它的電子設備中，半導體一直都是傳統的硅材料；硅制成的特殊材料擁有獨特的電性能-----可以控制（打開或關閉）電流，就像水龍頭控制水流一樣。當然，還有其它技術優勢的半導體，如砷化鎵；它的電子在其晶體結構中遷移率比在硅中快。

　　硅具有壓倒性的商業優勢----硅的制作成本大約比砷化鎵便宜1000倍。因此，砷化鎵制成的設備只能應用于能夠證明其價值的地方。例如，手機通常依靠快速的砷化鎵芯片處理高頻無線電信號，而這種高頻信號對硅芯片來說難以駕馭。但是硅基太陽能的低成本使得砷化鎵電池只能用在一些特殊地方，如衛星中，主要用于發射衛星進入軌道，砷化鎵太陽能電池板通過較高的光-電轉化效率抵消了發射成本。

　　現在，斯坦福大學的研究人員發明了一種可以大大降低生產砷化鎵電子設備成本的制造工藝，開辟了砷化鎵的新用途，尤其是在太陽能電池板方面。

　　主持這項工作的材料科學與工程教授Bruce Clemens說：“當涉及到太陽能轉化為電能的效率時，使用砷化鎵的太陽能電池仍是記錄的保持者。斯坦福創造的工藝能夠使砷化鎵太陽能電池在地球上更實用。”同時，通過在《MRS Communications》雜志上描述這個工藝，該篇文章的合著者Garrett Hayes獲得了斯坦福大學材料科學博士學位。

　　硅和砷化鎵的演變都類似地從原始晶體到電子設備。兩種材料最初被加工成所謂的晶片，而這些平的、圓盤形的高純材料在后續加工中，被加工成電腦芯片、太陽能電池以及其它的電子設備。

　　在斯坦福講授半導體制備的Aneesh Nainani說：“制備一個直徑為8英寸的砷化鎵晶片要花費約5000美元，而制備硅片卻只需要5美元。 新方法試圖通過重利用價值5000美元的晶片而減少1000到1的成本差距。”

　　今天，那些砷化鎵器件上工作的電子電路都長于晶片上面。制造商通過讓砷化鎵和其他材料流穿晶片表層凝結成薄薄的一層電路。在這種情況下，晶片僅起支撐作用，而電路上這種昂貴的晶片薄層包含電子設備的所有部分。

　　為了能夠讓晶片得到重復使用，斯坦福的制備工藝在原有的加工工藝中增加了幾步，而該技術在研究人員的實驗里也得到了證明。

　　首先，他們在昂貴的晶片上覆蓋了一層一次性材料。然后，他們用氣相沉積法的標準工藝在一次性層上面制備一個砷化鎵的電路層。其次，他們利用激光分離沉淀層和電路層，就像分離放在油鍋上的烙餅一樣。他們在稍厚的支撐物上組裝好這一個薄電路層，然后清洗昂貴的砷化鎵晶片以便制造下批電路。

　　Nainani估測到這種重利用砷化鎵器件的方法，其成本仍然比硅電路貴50到100倍，雖然仍然存在比較大的差距，但是相比目前的方法其成本將會降低很多。Clemens 認為斯坦福方法可能重燃人們對砷化鎵電子產品的興趣。

　　硅在今天之所以不是那么的昂貴，就是因為隨著時間的推移，電子工業集中所有的智慧使硅更便宜。硅片今天只需要5美元，是制造商幾十年競相滿足硅片全球日益增長需求的結果。

　　Clemens 說：“這一切都歸結為規模效益。一旦使砷化鎵更經濟成為可能，其他人將會迫不及待的加入改進其工藝的隊伍，每一個進展都會開辟更多的應用，特別在太陽能發電方面，砷化鎵具有明顯的效率優勢。”