Nuevos avances en la tecnología de fusión por zonas

1. Avances en la preparación de materiales de alta pureza
Materiales a base de silicio: La pureza de los monocristales de silicio ha superado el 13N (99,9999999999 %) mediante el método de zona flotante (FZ), lo que mejora significativamente el rendimiento de dispositivos semiconductores de alta potencia (p. ej., IGBT) y chips avanzados‌45. Esta tecnología reduce la contaminación por oxígeno mediante un proceso sin crisol e integra la deposición química de oxígeno (CVD) de silano y métodos Siemens modificados para lograr una producción eficiente de polisilicio de grado de fusión por zonas‌47.
Materiales de germanio: La purificación optimizada por fusión por zonas ha elevado la pureza del germanio a 13N, con coeficientes de distribución de impurezas mejorados, lo que permite aplicaciones en óptica infrarroja y detectores de radiación‌23. Sin embargo, las interacciones entre el germanio fundido y los materiales de los equipos a altas temperaturas siguen siendo un desafío crítico‌23.
2. Innovaciones en procesos y equipos
‌Control dinámico de parámetros‌: Los ajustes a la velocidad de movimiento de la zona de fusión, los gradientes de temperatura y los entornos de gas protector, junto con el monitoreo en tiempo real y los sistemas de retroalimentación automatizados, han mejorado la estabilidad y repetibilidad del proceso al tiempo que minimizan las interacciones entre el germanio/silicio y el equipo‌27.
Producción de polisilicio: Nuevos métodos escalables para el polisilicio de grado de fusión por zonas abordan los desafíos de control del contenido de oxígeno en los procesos tradicionales, reduciendo el consumo de energía y aumentando el rendimiento47.
3. Integración de tecnologías y aplicaciones interdisciplinarias
‌Hibridación por cristalización por fusión‌: Se están integrando técnicas de cristalización por fusión de baja energía para optimizar la separación y purificación de compuestos orgánicos, expandiendo las aplicaciones de fusión por zonas en productos intermedios farmacéuticos y productos químicos finos‌6.
Semiconductores de tercera generación: La fusión por zonas se aplica ahora a materiales de banda ancha, como el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), lo que facilita el uso de dispositivos de alta frecuencia y alta temperatura. Por ejemplo, la tecnología de hornos monocristalinos en fase líquida permite el crecimiento estable de cristales de SiC mediante un control preciso de la temperatura¹¹.
4. ‌Escenarios de aplicación diversificados‌
‌Fotovoltaica‌: El polisilicio de grado de fusión por zonas se utiliza en células solares de alta eficiencia, logrando eficiencias de conversión fotoeléctrica ‌superiores al 26%‌ e impulsando avances en energía renovable‌4.
‌Tecnologías de infrarrojos y detectores‌: El germanio de pureza ultraalta permite la creación de dispositivos de imágenes infrarrojas y visión nocturna miniaturizados y de alto rendimiento para los mercados militares, de seguridad y civiles‌23.
5. Desafíos y direcciones futuras
‌Límites de eliminación de impurezas‌: Los métodos actuales tienen dificultades para eliminar las impurezas de elementos ligeros (por ejemplo, boro, fósforo), lo que requiere nuevos procesos de dopaje o tecnologías de control dinámico de la zona de fusión‌25.
Durabilidad y eficiencia energética de los equipos: La investigación se centra en el desarrollo de materiales para crisoles resistentes a altas temperaturas y a la corrosión, así como de sistemas de calentamiento por radiofrecuencia para reducir el consumo energético y prolongar la vida útil de los equipos. La tecnología de refusión por arco al vacío (VAR) es prometedora para el refinamiento de metales‌47.
La tecnología de fusión por zonas está avanzando hacia una mayor pureza, un menor costo y una aplicabilidad más amplia, consolidando su papel como piedra angular en semiconductores, energías renovables y optoelectrónica.