Das Wort Wafer kommt aus dem englischen und bedeutet übersetzt soviel wie dünner Keks. In diesem Sinn steht es für Bauteile in der Mikroelektronik und der Photovoltaik. Diese Bauteile sind runde oder quadratische, etwa nur ein Millimeter dicke Scheiben, welche aus sogenannten Ignots, kristallinen Halbleiterrohlingen, hergestellt werden und bilden eine Grundplatte für diverse elektronische Bauelemente.
Beispielhafte Einsatzgebiete sind Smartphones, Laptop sowie Solarzellen und Solarmodule.
Aufbau & Herstellung
Um einen fertigen Wafer herzustellen, benötigt man als Grundmaterial in den meisten Fällen monokristallines Silizium. Diese Scheiben werden je nach Einsatzgebiet und Halbleiterwerkstoff in verschiedenen Durchmessern, üblicherweise 150 mm, 200 mm und 300 mm, gefertigt.
Derzeit wird geprüft, ob ein größerer Durchmesser technisch sinnvoll ist, da somit in der Produktion weniger Abschnitt erfolgen müsste und damit das Endprodukt günstiger wird. Weiterhin ist ein größerer Durchmesser sinnhaft, da hier dann auch mehr ICs, integrierte Schaltkreise oder Chips, darauf passen würden.
Die Herstellungskosten der einzelnen Wafer hängen von der Art, unstrukturiert und strukturiert, und dem Herstellungsverfahren ab. Kosten für strukturierte oder bearbeitete Wafer steigen mit der Anzahl an Prozessschritten ab. 2008 lag der Preis für einen Computerchip mit 200 mm Durchmesser und einer Strukturgröße von 90 nm bei ungefähr 850 Euro.
Anhand von verschiedenen Herstellungsmethoden werden sogenannte Ignots aus einem Halbleitermaterial, entweder monokristallin oder polykristallin, hergestellt. Ein Ignot ist ein quadratischer oder zylinderförmiger Block, welcher durch Einschmelzen des Halbleitermaterials, meist Silizium, hergestellt wird. Aus diesem Ignot werden dann quer zu der Längsachse die einzelnen Wafer herausgeschnitten.
Um möglichst geringen Verschleiß bei dem Sägen zu haben, hat sich mittlerweile das Drahtsägen etabliert. Für nahezu alle Anwendungen muss die Oberfläche der einzelnen Wafer absolut Faserfrei und glatt sein. Hierzu wird der dünne Wafer vorerst geläppt und anschließend mit einer chemisch-mechanischen Politur veredelt.
Einsatz in der Photovoltaik
Zum Einsatz im Bereich der Energieherstellung anhand von Solarkraft kommen grundsätzlich nur zwei Arten. Zum einen sind das die monokristallinen Wafer und zum anderen die polykristallinen. Der Prozessschritt des Sägens aus Ignots ist derselbe, jedoch werden hier verschiedenen Ignots aus Ausgangsmaterial verwendet. Polykristalline Wafer werden aus quadratischen Ignots geschnitten, wobei monokristalline Wafer nach dem Sägen Quadrate mit abgerundeten Ecken sind. Hier fällt weniger Verschnitt an, welche dadurch günstiger sind und eine bessere Umweltbilanz vorweisen. Bei dem Prozess des Sägens werden mit Schneidhilfsmitteln gearbeitet. Diese Schneidhilfsmittel sowie der Drahtabrieb beim Sägen verbindet sich mit dem Abrieb und formt eine Suspension. Diese Suspension muss entsorgt werden und kann so nicht wiederverwertet werden.
Den Firmen Evergreen Solar oder Schott Solar ist es gelungen, andere Herstellungsverfahren zu entwickeln, mit welchen das abwasser-, energie- und abfallintensive Drahtsägen obsolet wird. Anders als in der Mikroelektrik ist die Waferdicke in der Photovoltaik weitaus dünner. Lediglich circa 200 Mikrometer misst eine einzelne Wafer in der Massenproduktion. Im Bereich der Solarzellen ist keine Politur notwendig und diese Wafer könne direkt zu einzelnen Solarzellen transformiert werden. Diese Solarzellen zusammengeschnürt in einem Paket geben dann ein fertiges Solarmodul.
