1. إنجازات في تحضير المواد عالية النقاء
المواد القائمة على السيليكون: تجاوزت نقاء بلورات السيليكون المفردة 13N (99.9999999999%) باستخدام طريقة المنطقة العائمة (FZ)، مما حسّن بشكل كبير أداء أجهزة أشباه الموصلات عالية الطاقة (مثل IGBTs) والرقائق المتقدمة45. تقلل هذه التقنية من تلوث الأكسجين من خلال عملية خالية من البوتقات، وتدمج بين ترسيب البخار الكيميائي للسيلان وطرق سيمنز المعدلة لتحقيق إنتاج فعال للبولي سيليكون عالي الجودة بتقنية الصهر بالمنطقة47.
مواد الجرمانيوم: حسّنت تنقية ذوبان المنطقة نقاء الجرمانيوم إلى 13N، مع تحسين معاملات توزيع الشوائب، مما أتاح تطبيقات في مجال البصريات تحت الحمراء وكاشفات الإشعاع23. ومع ذلك، لا تزال التفاعلات بين الجرمانيوم المنصهر ومواد المعدات عند درجات حرارة عالية تُشكّل تحديًا بالغ الأهمية23.
2. الابتكارات في العمليات والمعدات
التحكم الديناميكي في المعلمات: أدت التعديلات على سرعة حركة منطقة الذوبان، وتدرجات درجات الحرارة، وبيئات الغاز الواقية - إلى جانب المراقبة في الوقت الفعلي وأنظمة التغذية الراجعة الآلية - إلى تعزيز استقرار العملية وإمكانية تكرارها مع تقليل التفاعلات بين الجرمانيوم/السيليكون والمعدات27.
إنتاج البولي سيليكون: طرق جديدة قابلة للتطوير لإنتاج البولي سيليكون بدرجة الذوبان في المناطق تعالج تحديات التحكم في محتوى الأكسجين في العمليات التقليدية، مما يقلل من استهلاك الطاقة ويعزز العائد47.
3. تكامل التكنولوجيا والتطبيقات متعددة التخصصات
تهجين التبلور المنصهر: يتم دمج تقنيات التبلور المنصهر منخفضة الطاقة لتحسين فصل المركبات العضوية وتنقيتها، وتوسيع تطبيقات ذوبان المنطقة في المواد الوسيطة الصيدلانية والمواد الكيميائية الدقيقة6.
أشباه الموصلات من الجيل الثالث: يُطبَّق الآن ذوبان المناطق على مواد ذات فجوة نطاق واسعة، مثل كربيد السيليكون (SiC) ونتريد الغاليوم (GaN)، مما يدعم الأجهزة عالية التردد ودرجات الحرارة العالية. على سبيل المثال، تُمكِّن تقنية فرن البلورة الواحدة في الطور السائل من نمو بلورات كربيد السيليكون بشكل مستقر عبر التحكم الدقيق في درجة الحرارة15.
4. سيناريوهات التطبيقات المتنوعة
الخلايا الكهروضوئية: يتم استخدام البولي سيليكون ذو درجة الانصهار في الخلايا الشمسية عالية الكفاءة، مما يحقق كفاءة تحويل كهروضوئية تزيد عن 26٪ ويدفع التقدم في مجال الطاقة المتجددة4.
تقنيات الأشعة تحت الحمراء وأجهزة الكشف: يتيح الجرمانيوم فائق النقاء إنتاج أجهزة تصوير بالأشعة تحت الحمراء مصغرة وعالية الأداء وأجهزة رؤية ليلية للأسواق العسكرية والأمنية والمدنية23.
5. التحديات والتوجهات المستقبلية
حدود إزالة الشوائب: تواجه الطرق الحالية صعوبة في إزالة شوائب العناصر الخفيفة (مثل البورون والفوسفور)، مما يستلزم عمليات تنشيط جديدة أو تقنيات التحكم في منطقة الذوبان الديناميكي25.
متانة المعدات وكفاءة الطاقة: يركز البحث على تطوير مواد بوتقة مقاومة لدرجات الحرارة العالية والتآكل، بالإضافة إلى أنظمة تسخين بالترددات الراديوية لتقليل استهلاك الطاقة وإطالة عمر المعدات. وتُظهر تقنية إعادة الصهر بالقوس الفراغي (VAR) إمكانات واعدة في تحسين جودة المعادن.
تتقدم تقنية ذوبان المناطق نحو نقاء أعلى وتكلفة أقل وقابلية تطبيق أوسع، مما يعزز دورها كحجر أساس في أشباه الموصلات والطاقة المتجددة والإلكترونيات البصرية
وقت النشر: ٢٦ مارس ٢٠٢٥