Semiconductor recycling plant case study of GaAs photovoltaic manufacturing - case study/ja

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ガリウムヒ素（GaAs）は、回路から太陽電池まで、幅広い用途で使用される半導体材料です。GaAs太陽電池は、バルク成長法と薄膜成長法の両方で製造できます

材料処理

バルク成長

GaAsを製造する一般的な方法は、バルク成長法、液体封入チョクラルスキー（LEC）成長法、垂直勾配凍結（VGF）技術の2つである。^{[ 1 ]}

液体封入チョクラルスキー法（LEC法） LEC法は、高純度のヒ素とガリウムを高温容器で溶融し、ゆっくりと冷却することで単結晶を作製する手法です。しかし、この方法で製造されたGaAs結晶には、高濃度の炭素や多数の転位などの不純物が含まれています。これらの不純物は、一部の用途では使用できない半導体の原因となります。垂直勾配凍結技術（VGF）VGF成長は、高純度のヒ素とガリウムをGaAs結晶とともに密閉された石英アンプルに入れることで行われます。ヒ素とガリウムは溶融され、その後GaAs結晶と接触します。ゆっくりと冷却されると、GaAs単結晶が形成されます。形成された単結晶にはLEC成長結晶と同じ不純物が多く含まれており、結晶の有用性が制限されます。

半導体結晶の典型的な寸法は、直径1～6インチ、長さ2～30インチです。結晶の成長速度は通常、1時間あたり1～5mmです。^{[ 2 ]}

切断、研磨、エッチング製造されたバルク結晶（ブール）は円錐状の端部を持つ円筒形であるため、使用前に切断、研磨、エッチングを行う必要がある。加工工程では、円錐状の端部が切断されて廃棄され、ブールは全長にわたって均一な直径になるように研磨され、結晶はX線回折法を用いて整列させられ、ブールはウェハーに切断される。正しい形状を形成するだけでも、総質量の約3分の1が廃棄される。さらに、切断によって損傷した半導体層をエッチングで除去し、半導体を研磨するための加工も必要となる。加工の結果、半導体の約50%が廃棄される。^{[ 2 ]}

薄膜成長

太陽電池への応用において、GaAs薄膜は大きな単結晶GaAsに比べて多くの利点があります。薄膜には大きな結晶に見られる不純物が含まれないため、大規模なスライス加工を必要とせずに使用できます。本ケーススタディの残りの部分では、薄膜GaAs半導体について考察します。

GaAs フィルムを製造するための最も一般的な薄膜成長方法は、有機金属化学気相成長法 (MOCVD) と分子線エピタキシー法 (MBE) です。

有機金属化学気相成長法（MOCVD）

MOCVDは、有機化合物、有機金属化合物、または金属水素化物の表面反応を利用してエピタキシャル膜を堆積する化学気相成長法です。エピタキシャル膜の成長は、物理的な堆積ではなく、化学反応によって行われます。GaAsのMOCVDには、ガス注入ユニット、温度制御システム、圧力制御システムを備えた反応室が必要です。^{[ 3 ]} GaAsのMOCVDでは、トリメチルガリウムGa(CH ₃ ) ₃とアルシンAsH ₃が消費されます。^{[ 4 ]}

分子線エピタキシー（MBE）

MBEは、超高真空（UHV）条件下で原子線または分子線を用いて基板上にエピタキシャル膜を堆積するプロセスです。原子線または分子線は、クヌーセン型エフュージョンセル内の元素原料から生成されます。ビームは直線経路で基板に到達し、そこで速度論的に制御された条件下で凝縮・成長します。^{[ 2 ]} MBEの過程では、超高純度のガリウムとヒ素が消費されます。

生産中の廃棄物

予備計算

GaAs半導体の現在の製造方法では、大量の廃棄物が発生します。GaAs太陽電池の製造中に発生する廃棄物の量を決定するには、まず面積当たりのGaAs量（ワット_ピーク）を決定する必要があります。計算式は以下の通りです。

面積あたりのGaAs

パネルのサイズ = 10インチ x 9インチ^{[ 5 ]}

パネルあたりのセルの数 = 18 ^{[ 5 ]}セルの面積 = (90 in ² /18)*.00064516 m ² /in ² [((パネル面積)/(セル数))*(in. ²からm ²への変換)] セルの面積 =.0032258 m ²セルあたりの GaAs = 10 グラム^{[ 5 ]}面積あたりの GaAs = 10 g /.0032258 m ² [(GaAs/セル)/(セル面積)]

面積あたりのGaAs = 3100 g/m ²

ワットあたりのGaAs

セルあたりのピーク電力 = 880mW ^{[ 5 ]}面積あたりのピーク電力 = 880mW /.0032258 m ² [(電力/セル)/(セル面積)] 面積あたりのピーク電力 = 272.8 W/m ^2ワット_ピークあたりのGaAs = 3100 g/m ² / 272.8 W/m ² [(GaAs/面積)/(電力/面積)]

GaAs/ワット_ピーク= 11.4 g/W_ピーク

有機金属化学蒸着廃棄物

予備計算のデータと、以下に示す MOCVD の利用効率を使用して、MOCVD の面積/ワットあたりの廃棄 GaAs_ピークを決定できます。

平均材料利用効率 = 30% ^{[ 6 ]}

廃棄物 GaAs 単位面積あたり

廃棄物GaAs/面積 = (3100 g/m ² /.3)-3100g/m ² [(GaAs/面積)/(廃棄物率)-(GaAs/面積)] 廃棄物GaAs/面積 = 7233 g/m ²

ワット_{ピークあたりの廃棄GaAs}

_{ワットピーク}あたりの廃棄GaAs = (11.4 g/W_ピーク/.3)-11.4g/W_ピーク[(GaAs/ワット_ピーク)/(廃棄率)-(GaAs/ワット_ピーク)]

廃棄GaAs/ワット_ピーク= 26.6 g/W_ピーク

分子線エピタキシー廃棄物

MOCVDの廃棄物率と同様に、MBEの廃棄物率は予備計算とMBE利用効率を用いて決定できます。ただし、MBEの廃棄物率はGaとAsについてそれぞれ個別に示されています。

廃棄物Gaの計算

Gaの材料利用効率 = 40～70% ^{[ 6 ]}

Gaの平均材料利用効率 = 55%

面積あたりの廃棄物量

面積あたりの Ga のグラム数 = 3100 g/m ² *69.723/(69.723+74.922) [(GaAs/面積)*(Ga の重量%)] 面積あたりの Ga のグラム数 = 1494.3 g/m ²面積あたりの廃棄物 Ga = (1494.3 g/m ² /.55)-1494.3g/m ² [(Ga/面積)/(廃棄物の割合)-(Ga/面積)]

廃棄物量（単位面積あたり） = 1222.6 g/m ²

ワット_{ピークあたりの廃棄物Ga}

_{ワットピーク}あたりの Ga のグラム数= 11.4 g/ワット^ピーク*69.723/(69.723+74.922) [(GaAs/ワット^ピーク)*(Ga の重量%)] ワット_ピークあたりの Ga のグラム数= 5.495 g/ワット^{ピークワット}_ピークあたりの廃棄 Ga = (5.495 g/W_ピーク/.55)-5.495g/W_ピーク[(Ga/ワット_ピーク)/(廃棄率)-(Ga/ワット_ピーク)]

_{ワットピーク}あたりの廃棄Ga = 4.496 g/W_ピーク

廃棄物量計算

As = 10～20%の場合の材料利用効率^{[ 6 ]} As = 15%の場合の平均材料利用効率

地域ごとの廃棄物

面積あたりの As のグラム数 = 3100 g/m ² *74.922/(69.723+74.922) [(GaAs/面積)*(As の重量%)] 面積あたりの As のグラム数 = 1605.7 g/m ²面積あたりの廃棄物 As = (1605.7 g/m ² /.15)-1605.7g/m ² [(As/面積)/(廃棄物の割合)-(As/面積)]

廃棄物（面積あたり） = 9099 g/m ²

_{ワットピーク}あたりの廃棄物

_{ワットピーク}あたりの As のグラム数= 11.4 g/ワット^ピーク*74.922/(69.723+74.922) [(GaAs/ワット^ピーク)*(Wt% As)] ワット_ピークあたりの As のグラム数= 5.9 g/ワット^{ピークワット}_ピークあたりの廃棄物 As = (5.9 g/W_ピーク/.15)-5.9g/W_ピーク[(As/ワット_ピーク)/(廃棄物の割合)-(As/ワット_ピーク)]

_{廃棄物 ワットピーク}あたり= 33.4 g/W_ピーク

リサイクル

廃棄物の収集

MBE からの半導体廃棄物は主にリアクターの壁や部品をコーティングする固形廃棄物として発生しますが、MOCVD プロセスではエピタキシャルリアクターから排出される排気蒸気の形で非固形廃棄物が発生します。

固形廃棄物

原子炉の壁や部品のコーティングは固形廃棄物となり、原子炉の構成部品から削り取るだけで回収できます。このようにして回収された固形廃棄物は、Si、Zn、C、Crなどのドーパント、GaAsP、ヒ素酸化物、リン酸化物などで汚染されている可能性があります。しかし、これらのドーパントの濃度は通常、10の^{18乗[ 2 ]}原子/cc程度です

この固形廃棄物は現在の生産プロセスで除去する必要があるため、この固形廃棄物のエネルギー収集コストは無視できると想定されています。

非固形廃棄物

排気蒸気からの半導体廃棄物の収集は、固形廃棄物の収集ほど簡単ではありません。排気から廃棄物を収集するために、排気蒸気は一連の「洗浄」プロセスにかけられます。このプロセスでは、冷却水を蒸気に噴霧し、排気中の目的成分の相対温度が気体から液体または固体に変化する温度に達するまで冷却します。^{[ 7 ]}その後、この材料は収集され、汚染物質（薄膜を作成するために使用されるドーパントを含む）に応じて、再利用のために所望の純度に達するために複数の精製プロセスにかけられます

非固形廃棄物の収集コストを決定するには、水スクラバーの運転コストを決定する必要があります。以下の計算は排気ガスからヒ素を除去するためのものですが、ガリウムの除去にも同様のエネルギーコストがかかると想定しています。

3kgのAsを除去するのに必要なエネルギーコスト = 34,470 kJ ^{[ 8 ]}

エネルギーコスト = (34370 kJ *2.7778*10^-4 kw*hr/kJ) / 3000 [(エネルギーコスト)*(kJからkW時間への変換)/(グラム数As)]

エネルギーコスト =.003182 kW-時間/g

収集効率

物質損失の主な原因は上記で説明されているため、ある程度の物質損失は常に発生するものの、大部分は回収され再精製されると想定できます。水洗浄法では、廃棄物のすべてが液体に凝縮されるわけではないため、物質が失われ、対策を講じたにもかかわらず、再利用可能なガスの一部が大気中に放出されます。固形廃棄物は間違いなく完全に回収され、損失はほとんど、あるいは全く発生しません。ただし、精製プロセスが行われると、元素を必要な純度レベルまで精製するために、欠陥や不純な物質をシステムから除去する必要があるため、GaとAsの一部が間違いなく失われます。ただし、廃棄物処理で制定された品質基準に応じて、約80～90％の物質が再利用可能であると想定できます。

リサイクルと再精製のプロセス

非固形廃棄物のリサイクルと再精製MOCVD プロセスから生成される非固形廃棄物をリサイクルして再精製する前に、まず固形廃棄物に変換する必要があります。

非固形廃棄物から固形廃棄物への転換

水洗浄工程から得られた廃水は、水酸化ナトリウムを用いてpH11.5～12に調整されます。pHが適切に調整された後、可溶性カルシウム塩が混合物に添加されます。この可溶性カルシウム塩はヒ酸塩と反応し、ヒ酸カルシウムの沈殿物を生成します。これは遠心分離機を用いて除去できます。ヒ酸カルシウムの沈殿物を除去した後、硫酸を用いてpHを6～8に再調整します。これにより水酸化ガリウムが沈殿し、これを回収して濾過することができます。^{[ 2 ]}

非固形廃棄物を固形廃棄物に変換するのにかかるエネルギーコストは、遠心分離プロセスのエネルギーコストを決定することによって見積もることができます。

遠心分離機のエネルギーコスト = 18.5 kW-時間^{[ 9 ]}

推定容量 = 2000グラムのGaAs（水に混合）

遠心分離機の1グラムあたりのエネルギーコスト = 18.5 kW-時間/ 2000グラム [(エネルギーコスト)/(容量)]

遠心分離機のエネルギーコスト（グラムあたり） =.00925 kW-時間/g

水酸化ガリウムの精製

固形廃棄物である水酸化ガリウムの代わりにガリウムを得るために、電解採取というプロセスを行うことができます。電解採取を行うには、水酸化ガリウムを苛性溶液に再溶解し、電極を材料中に挿入します。電極間に電流が流れると、ガリウム金属が電極上に析出し、回収されます^{[ 10 ]}

電解採取によってガリウムを回収するためのエネルギーコストを以下に示します。

エネルギーコスト = 2 kW時間/kg ^{[ 11 ]}

エネルギーコスト =.002 kW-時間/g

このガリウム金属は、次のセクションで説明するガリウムゾーン精製を使用してさらに処理することができます。

ヒ酸カルシウムの精製

ヒ酸カルシウムは、次のセクションで説明する昇華精製プロセスを使用してさらに処理することができます

固形廃棄物のリサイクルと再精製GaAs 固形廃棄物のリサイクルは、熱分離、ヒ素の昇華精製、ガリウムゾーン精製の 3 つのステップで実行できます。

熱分離

熱分離は、高温・低圧を用いてガリウムとヒ素を分離するプロセスです。分離を開始するには、固体のGaAs廃棄物を熱分離炉内のグラファイトまたはSiCるつぼに入れます。炉は1050℃以上に2～3時間加熱され、内部の圧力は1torr未満に下げられます。この高温・低圧下では、ヒ素は凝縮可能な蒸気として分離され、るつぼ内にガリウムを多く含む残留物が残ります。ガリウムの融点は他の元素に比べて低いため、るつぼに残ったガリウムを多く含む残留物は、液体のガリウム分とスラグ分で構成されています。ガリウムを多く含む液体からスラグをろ過してから冷却し、ヒ素蒸気を凝縮することで、かなり純粋なガリウムとヒ素の固体が生成されます

熱分離炉の運転にかかるエネルギーコストは、GaAs を加熱するコストと、低圧を維持する真空ポンプのコストになります。

炉のエネルギーコスト = 0.25 (kW-時間/時間)/ポンド^{[ 12 ]}

炉の1グラムあたりのエネルギーコスト = .25 (kW-時間/時)/ポンド * 3時間 / 453.6グラム/ポンド [(エネルギーコスト/時)*(稼働時間数)/(グラムからポンドへの変換)]

炉の1グラムあたりのエネルギーコスト = .001653 kW-時間/g

真空のエネルギーコスト =.08 kW-時間^{[ 13 ]}

真空時のバッチの推定サイズ = 8000グラム

真空のエネルギーコスト（グラムあたり） = 0.00001 kW-hrs/g

熱分離1グラムあたりのエネルギーコスト =.001653 kW-時間/グラム +.0001 kW-時間/グラム [(真空エネルギーコスト/グラム) + (炉エネルギーコスト/グラム)]

熱分離1グラムあたりのエネルギーコスト = .001663 kW-時間/g

ヒ素の昇華精製

熱分離はガリウムとヒ素をかなり効果的に分離しますが、ヒ素は炭素などの揮発性の高い汚染物質に汚染されている可能性があります。さらに精製するために、ヒ素は昇華精製のプロセスにかけられます。昇華精製では、ヒ素はヒ素の昇華温度である610℃よりわずかに高い温度に加熱されます。この加熱は窒素などの不活性ガス流中で行われ、ヒ素は2番目のチャンバーに移送されて再凝縮されます。より純度の高いヒ素を得るために、このプロセスを複数回行うことができます。この方法は、ヒ素とその中の不純物の分圧と揮発性が異なるため機能します

昇華精製に必要なエネルギーの計算は、ヒ素を 610 ℃ まで加熱するのに必要なエネルギーコストを決定することによって見積もることができます。

As精製のエネルギーコスト = 0.25 (kW-hrs/hr)/ポンド^{[ 12 ]}

浄化にかかる推定時間 = 2 時間。

1グラムあたりのAs精製のエネルギーコスト = 0.25（kW-時間/時間）/ポンド * 2時間 / 453.6グラム/ポンド [（エネルギーコスト/時間）*（稼働時間数）/（グラムからポンドへの変換）]

1グラムあたりのAs精製のエネルギーコスト = 0.001102 kW-時間/g

ガリウムゾーン精製

ガリウムゾーン精製は、不純物の少ないガリウムの精製技術です。このプロセスは、熱分離によって得られたほぼ純粋なガリウムによってのみ機能します。さらに精製するために、ガリウムはパンの底に螺旋状の溝があるガリウム精製パンに入れられ、0℃まで冷却されます。加熱ランプを使用してガリウムサンプルの特定の領域を加熱し、パンをゆっくりと回転させます。サンプル内の固体と液体の温度差に基づいて不純物の偏析が起こり、不純物はガリウム精製パンの螺旋状の溝の両端に偏析します

ガリウムゾーン精製に関連するエネルギーコストは、ガリウムの回転、冷却、加熱にかかるコストとして見積もることができます。

回転にかかるエネルギーコストは遠心分離機と同じであると想定されますが、ほぼ純粋なガリウムが回転するため、容量は増加します。

紡糸エネルギーコスト = 18.5 kW-時間^{[ 9 ]}

推定容量 = 20000グラム GaAs (ほぼ純粋なガリウム)

1グラムあたりの紡糸エネルギーコスト = 18.5 kW-時間/ 20000グラム [(エネルギーコスト)/(容量)]

1グラムあたりの紡糸エネルギーコスト = .000925 kW-hrs/g

1 バッチあたりの冷蔵のエネルギー コストは、熱いものから冷たいものへ移す必要があるため、通常の日常使用として推定されます。

冷凍エネルギーコスト = 3.1 kW-時間^{[ 14 ]}

推定容量 = 20000グラム GaAs

1グラムあたりの冷凍エネルギーコスト = 3.1 kW-時間 / 20000グラム [(エネルギーコスト)/(容量)]

1グラムあたりの冷凍エネルギーコスト = 0.000155 kW時間/グラム

暖房のエネルギーコストは、以前に使用した炉の値に基づきますが、スポット暖房を考慮して 4 分の 1 に分割されます。

炉の1グラムあたりのエネルギーコスト = .001653 kW-時間/g

グラムあたりの加熱エネルギーコスト =.001653 kW-時間/g / 4

グラムあたりの加熱エネルギーコスト = .00041325 kW-時間/g

ガリウムゾーン精製の総エネルギーコスト（1グラムあたり）=.00041325 kW-hrs/g +.000144 kW-hrs/g +.000925 kW-hrs/g [（加熱コスト/g）+ 回転コスト/g）+（冷凍コスト/g）]

ガリウムゾーン精錬所の1グラムあたりの総エネルギーコスト = 0.001483 kW-hrs/g

純度

上記のプロセスが完了した後のガリウムとヒ素の汚染レベルは5～50ppbと低く、言い換えれば材料の純度は99.99999%です。^{[ 15 ]}この純度は、半導体グレードの99.99%と太陽電池グレードの99.9999%の両方の要件を満たしています

特性評価方法

高純度材料の特性評価は極めて困難であり、一部の材料では in-situ 法に適応させることがほぼ不可能です。

半導体および太陽電池グレードのヒ素の純度を測定する唯一の信頼できる方法は、ヒ素をガリウムと反応させてGaAs結晶を形成することです。既知の純度のガリウムと反応させた後、形成されたGaAs結晶の純度を分析することで、使用したヒ素の純度を決定できます。^{[ 2 ]}

ガリウムはヒ素よりも純度レベルを容易に評価できます。高純度ガリウムの純度を評価する最も一般的な方法の一つは、二次イオン質量分析法（SIMS）です。^{[ 2 ]} SIMSは、一次イオンビームで試料をスパッタリングし、試料から放出された二次イオンを質量分析計で収集・分析することで、試料の特性を評価します。SIMSには高真空チャンバーなどの特殊な装置が必要ですが、小規模な試験施設でも容易に実施できます。

ダウンサイクリング

GaAs廃棄物の大規模ダウンサイクリングは現在存在せず、近い将来も検討される可能性は低い。GaAsにダウンサイクリングが存在しない理由は、ダウンサイクリングされたガリウムとヒ素の有用性が限られているためである。GaAs半導体部品は現在のガリウム消費量の98%を占めている。^{[ 16 ]}ガリウムは他の分野で限定的にしか使用されておらず、ダウンサイクリングに実質的な市場は存在しない。ヒ素はガリウムよりも広く他の分野で使用されているものの、ダウンサイクリングに市場牽引力はない。ヒ素は木材の処理、皮革の保存、殺虫、弾丸に使用する鉛の硬化に使用できるが、人体に極めて有毒である。ヒ素製品を製造する企業は環境浄化の責任を負うことが多いため、産業界ではヒ素の使用を削減する大きな動きがある。^{[ 2 ]}

リサイクル工場の建設

このケーススタディの目標の一つは、GaAsのリサイクルの技術的実現可能性を判断することです。これは、1GWの薄膜太陽光発電製造施設に対応できる半導体リサイクルプラントを設計することで達成できます。

リサイクル材料の純度は極めて高い（約99.99999%）ため、リサイクル工場と太陽光発電製造施設間の移行は極めてスムーズです。当社が提案する製品は、半導体および太陽電池グレードの純度に関するあらゆる要件を満たしており、製造工程において追加工程は一切不要です。理想的には、双方の輸送コストを削減するために、近隣に太陽光発電製造施設を設置することが望まれます。当社が提案するプロセスにおいて、製造上の唯一の困難は、MOCVDプロセス中に大気中に放出される廃棄物排出量を最小限に抑えることです。たとえ排出量を削減できない場合（MOCVDプロセス後の現状量よりも少ない量に削減できない場合）、ガスの濃度と量は非常に少ないため、環境への影響は極めて少ないと考えられます。

プラントの生産能力

GaAs 薄膜製造のさまざまな方法で生成される材料廃棄物の値を使用して、実現可能なリサイクルプラントの必要な容量を決定できます。

MOCVDプラントのサポート

MOCVDを用いた場合、ワットピークあたりの廃棄物質量は26.6 g/W_ピークと算出されました。この値とサポート対象の製造プラントの規模を用いることで、リサイクルプラントの1日あたりの必要処理能力を算出できます。

必要なリサイクル能力 = (26.6 g/W_ピーク* 1 GW)/(1000 * 365)[((廃棄物/W_ピーク)*(プラント能力))/((グラムからキログラムへの変換)*(日数/年)]

必要なリサイクル能力 = 72876.7 kg/日

ヒ素とガリウムはそれぞれ別々のプロセスを経る必要があるため、それぞれの容量を計算する必要があります。MOCVD廃棄物については、1:1のモル比であると仮定します。

必要リサイクル容量 As = 72876.7 kg/日 *74.922/(69.723+74.922) [(総容量)*(Wt% As)]144.645

必要なリサイクル能力 As =37748.1 kg/日

必要リサイクル容量 Ga = 72876.7 kg/日 *69.723/(69.723+74.922) [(総容量)*(Wt% Ga)]

必要なリサイクル能力 Ga = 35128.6 kg/日

MBEプラントのサポート

MBEを用いた場合のワットピークあたりの廃棄物量は、Gaで4.496 g/W_{ピーク、Asで33.4 g/Wピーク}と算出されました。これらの値と、サポート対象の製造プラントの規模を用いることで、リサイクルプラントの1日あたりの必要処理能力を算出できます。

必要なGaリサイクル容量 = (4.496 g/W_ピーク* 1 GW)/(1000 * 365)[((廃棄物/W_ピーク)*(プラント容量))/((グラムからキログラムへの変換)*(日数/年)]

必要なGaリサイクル能力 = 12318 kg/日

リサイクル能力として必要なのは、(33.4 g/W_ピーク* 1 GW)/(1000 * 365)[((廃棄物/W_ピーク)*(プラント能力))/((グラムからキログラムへの変換)*(日数/年)]です。

リサイクル能力として必要 = 91506.8 kg/日

装備要件

サポートされる太陽光発電技術に応じて、リサイクルのための機器要件は若干異なります。

MOCVDプラントのサポート

MOCVDプラントからの廃棄物をリサイクルするには、以下の設備が必要です。

• 水スクラバー
• 遠心分離機付き反応室
• ヒ素昇華精製装置
• ガリウム電解ユニット
• ガリウムゾーン精製装置

MBEプラントのサポート

MBE プラントからの廃棄物をリサイクルするには、次の機器が必要です。

• 熱分離炉
• ヒ素昇華精製装置
• ガリウムゾーン精製装置

As分離精製に必要なエネルギー：91506.8(kg/日) --> 3.81278×10^6(g/時) (3.81278×10^6(g/時))/(33.4(g/W))=114155(W/時) --> 114.155kW/時 - MBEプラントを支えるAs。114.155(kW/時)×0.001102(kw-hr/g)×91506.8(kg/日)=11511.6(kW/日)

Gaゾーン精製に必要なエネルギー：12318（kg/日）--> 513250（g/時）513250（g/時）/4.496（g/W）=114157（W/時）--> 114.157（kW/時）-MBEプラントをサポートするためのGa 114.157（kW/時）*0.001483（kw-hr/g）*12318（kg/日）=2085.37（kW/日）

必要エネルギー総量：11511.6(kW/日)+2085.37(kW/日)=13596.97kW/日

マテリアルフローチャート

安全性

ガリウムのMSDSファイル

ヒ素のMSDSファイル

トリメチルガリウムのMSDSファイル

アルシンのMSDSファイル

ガリウムとヒ素を使った半導体の製造には、危険な化学物質の取り扱いと廃棄が必要となる。これらの廃棄物は固体と液体の形をとることがあるため、封じ込めと廃棄に関して多くの問題が生じる。^{[ 6 ]}多くのPVメーカーは、危険な廃棄物の管理、取り扱い、廃棄のためのシステムを持っている。これらの例としては、二次エンクロージャ、換気システム、化学物質検知および中和システム、可能な限り自動化された配送および処理システムなどがある。^{[ 6 ]}行政は、従業員のトレーニング プログラムの実施や、適切な緊急時手順が実施されていることの確認にも取り組んでいる。遠隔操作式シリンダー バルブは、作業者がシリンダーを遠くから操作し、緊急時には遠隔で停止できるようにすることで、作業員が危険物と接触する可能性を排除するのに役立っている。^{[ 6 ]}ポンプ、流量調整器、バルブ、排気ポンプ、および流出防止や危険物検知に重要となる可能性のあるその他の機器を制御する重要なシステムにも冗長性が実装されている。

MBE と MOCVD には確かに危険が伴いますが、上記の予防措置を講じれば安全な作業環境が確保されるはずです。

参考文献