“重利用”开启砷化镓新时代

　　斯坦福大学的研究人员发明了一种可以大大降低生产砷化镓电子设备成本的制造工艺，开辟了砷化镓的新用途。

　　在电脑芯片、太阳能电池以及其它的电子设备中，半导体一直都是传统的硅材料；硅制成的特殊材料拥有独特的电性能-----可以控制（打开或关闭）电流，就像水龙头控制水流一样。当然，还有其它技术优势的半导体，如砷化镓；它的电子在其晶体结构中迁移率比在硅中快。

　　硅具有压倒性的商业优势----硅的制作成本大约比砷化镓便宜1000倍。因此，砷化镓制成的设备只能应用于能够证明其价值的地方。例如，手机通常依靠快速的砷化镓芯片处理高频无线电信号，而这种高频信号对硅芯片来说难以驾驭。但是硅基太阳能的低成本使得砷化镓电池只能用在一些特殊地方，如卫星中，主要用于发射卫星进入轨道，砷化镓太阳能电池板通过较高的光-电转化效率抵消了发射成本。

　　现在，斯坦福大学的研究人员发明了一种可以大大降低生产砷化镓电子设备成本的制造工艺，开辟了砷化镓的新用途，尤其是在太阳能电池板方面。

　　主持这项工作的材料科学与工程教授Bruce Clemens说：“当涉及到太阳能转化为电能的效率时，使用砷化镓的太阳能电池仍是记录的保持者。斯坦福创造的工艺能够使砷化镓太阳能电池在地球上更实用。”同时，通过在《MRS Communications》杂志上描述这个工艺，该篇文章的合著者Garrett Hayes获得了斯坦福大学材料科学博士学位。

　　硅和砷化镓的演变都类似地从原始晶体到电子设备。两种材料最初被加工成所谓的晶片，而这些平的、圆盘形的高纯材料在后续加工中，被加工成电脑芯片、太阳能电池以及其它的电子设备。

　　在斯坦福讲授半导体制备的Aneesh Nainani说：“制备一个直径为8英寸的砷化镓晶片要花费约5000美元，而制备硅片却只需要5美元。 新方法试图通过重利用价值5000美元的晶片而减少1000到1的成本差距。”

　　今天，那些砷化镓器件上工作的电子电路都长于晶片上面。制造商通过让砷化镓和其他材料流穿晶片表层凝结成薄薄的一层电路。在这种情况下，晶片仅起支撑作用，而电路上这种昂贵的晶片薄层包含电子设备的所有部分。

　　为了能够让晶片得到重复使用，斯坦福的制备工艺在原有的加工工艺中增加了几步，而该技术在研究人员的实验里也得到了证明。

　　首先，他们在昂贵的晶片上覆盖了一层一次性材料。然后，他们用气相沉积法的标准工艺在一次性层上面制备一个砷化镓的电路层。其次，他们利用激光分离沉淀层和电路层，就像分离放在油锅上的烙饼一样。他们在稍厚的支撑物上组装好这一个薄电路层，然后清洗昂贵的砷化镓晶片以便制造下批电路。

　　Nainani估测到这种重利用砷化镓器件的方法，其成本仍然比硅电路贵50到100倍，虽然仍然存在比较大的差距，但是相比目前的方法其成本将会降低很多。Clemens 认为斯坦福方法可能重燃人们对砷化镓电子产品的兴趣。

　　硅在今天之所以不是那么的昂贵，就是因为随着时间的推移，电子工业集中所有的智慧使硅更便宜。硅片今天只需要5美元，是制造商几十年竞相满足硅片全球日益增长需求的结果。

　　Clemens 说：“这一切都归结为规模效益。一旦使砷化镓更经济成为可能，其他人将会迫不及待的加入改进其工艺的队伍，每一个进展都会开辟更多的应用，特别在太阳能发电方面，砷化镓具有明显的效率优势。”