從晶片到太陽能電池：四位專家投身于電漿技術的未來

鋼制容器中的電漿散發著紫色的光芒。Wojciech Gajewski 身處紫色的光芒之中，身旁是一大堆連接著筆記型電腦和發生器的線纜。這位物理學博士已在華沙都市區的 TRUMPF 電子事業部工作了將近十年。「如今只有極少數的行業才不需要和電漿打交道。無論是建築市場的工具，亦或是相機的鏡頭，製造它們都離不開電漿。玻璃幕牆、電視和手機螢幕的表面處理也需要使用電漿」，Gajewski 說道。他和其研究團隊對電漿腔內的製程進行了細緻入微地分析，不放過一顆粒子，並且致力於不斷改進電漿發生器。Gajewski 邊說邊拿出紙筆，畫了一幅草圖來解釋電漿腔內所發生的事。「其實這裡涉及到的是兩種製程：一種是塗覆一層材料，另一種則是去除一層材料。對於這兩種製程來說，電漿均為首選。為此我們會使用一種惰性氣體，例如氬氣。它容易獲取且成本低廉。透過用我們的發生器向氬氣放電，電漿就會產生。透過這種方式就可塗覆各種材料。當我們使用大量電能時，就還可為材料施加紋理甚至打孔。專家將此過程稱為電漿刻蝕」，Gajewski 說道。

Gajewski 認為自己在 TRUMPF 研發部門與客戶方「電漿製程人員」之間充當著樞紐角色。電漿發生器應盡可能以「隨插即用」的方式整合到客戶的生產流程之中：「客戶的願望是我們的首要關切。我們會向客戶展示，選擇正確的設定可取得什麼樣的結果」，Gajewski 邊說邊穿過他的實驗室，這裡有許多電漿腔。他的團隊正在此模擬全球各家高科技工廠的應用。每項實驗的完成後都會有一份使用說明：例如耐刮擦的智慧手機螢幕、新型太陽能電池塗層，或者是半導體上的精細結構。

除了荷蘭艾司摩爾公司之外，TRUMPF 也向其他知名半導體設備廠商供應電漿發生器，其是製造高科技存儲晶片和 AI 晶片不可或缺的設備。Agata Dul 對該行業的需求瞭若指掌。為了製備優質的電漿，她攜其團隊精心研製了電力配方。因為電漿的品質越佳，就可在晶片上佈置更多的導體電路，晶片的性能也就越高。TRUMPF 的發生器則是關鍵所在。「在太陽能領域，人們講究製造速度。在醫療領域，品質則排在首位。而在半導體市場，我們要二者兼得：快速製造的同時還要確保極佳品質」，Dul 說道。透過工業化手段製備的電漿能夠提供一個精確可控的生產環境，且其可用於製造極其精細的結構。比如說就非常適合將一塊矽晶圓加工成多個多層晶片。「我們目前所生產的電漿發生器在全球範圍內都堪稱極為出色的產品」，這位電氣工程師解釋道。TRUMPF 的發生器每秒最多可將超高電壓調升和調降 40 萬次。「這種短而強的脈衝可在半導體上形成更精細的結構。我們在此所說的是低奈米級的範圍」，她解釋道。一奈米等於十億分之一公尺。可以對比一下：人類一根頭髮的直徑約為 80,000 奈米。

現如今，全球有超一半的太陽能模組在製造過程中都使用了TRUMPF 電子事業部的高科技設備。「電漿發生器是光伏生產的核心設備。製造商在其幫助下可在矽晶圓上逐層塗覆材料，從而生產出一塊又一塊的太陽能電池。我們的發生器能夠精准穩定地供能，以便為這些製程製備電漿」，TRUMPF 電子事業部 Bipolar 產品線負責人 Jakub Studniarek 解釋道。電漿發生器現可實現效率飛躍。這可能會使得太陽能模組在電力結構中的地位愈加重要。「我們目前正致力於所謂的 TOPCon 技術。該技術可幫助製造商提高電池效率。因為即使是在惡劣的天氣條件下，該技術也擁有良好表現，Studniarek 解釋道。TOPCon 電池的出色性能要歸功於專門為其開發的電漿腔，它首次實現了超薄塗層的工業化生產。「過去由於技術欠缺，無法在量產中實現電流強度、功率和電壓的正確組合。而我們從一開始就憑藉自身的電漿發生器致力於攻克這項技術難題，並獲得成功。我們是少數幾家完全掌握此技術的專家企業之一」，Studniarek 說道。

從太陽能屋頂到工業生產：加工水泥、鋼鐵或玻璃要依賴氣體和石油燃燒器為其提供高溫。這種高溫的來源便是化石燃料。Gerd Hintz 立志改變這一局面，即淘汰化石燃料而使用電力加熱。然而，實現工業規模的電氣化加熱並非像家中烹飪一樣簡單。因為要應對超 1,000 攝氏度的高溫，所以確保性能和耐用性至關重要。Gerd Hintz 攜手 TRUMPF 電子事業部的研發團隊研究氣候友好型的製程電源。成果：一種使用了高溫電漿燃燒器的解決方案，其可按需透過特定頻率激勵發生器，從而替代傳統的化石燃料加熱過程。如今，Gerd Hintz 和 TRUMPF 的應用工程師們正忙於向潛在試用客戶推薦合適的電漿燃燒器技術，幫助他們確定頻率並為其計算投資回報期。這一趨勢在不斷增長。這樣一來，如果一切如 Gerd Hintz 所願，那麼到 2030 年，能源密集型行業的加熱能源將轉變為綠色的電能：透過電能產生「巨型」火焰。