تحولات جدید در فناوری ذوب منطقه

1. پیشرفت در تهیه مواد با خلوص بالا
‌مواد مبتنی بر سیلیکون: خلوص تک بلورهای سیلیکونی با استفاده از روش منطقه شناور (FZ) از 13N (99.9999999999%) فراتر رفته است که عملکرد دستگاه‌های نیمه‌رسانای پرقدرت (مانند IGBT) و تراشه‌های پیشرفته را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. این فناوری آلودگی اکسیژن را از طریق یک فرآیند بدون بوته کاهش می‌دهد و CVD سیلان و روش‌های اصلاح‌شده زیمنس را برای دستیابی به تولید کارآمد پلی‌سیلیکون با درجه ذوب منطقه‌ای ادغام می‌کند.
مواد ژرمانیوم: تصفیه منطقه ذوب بهینه، خلوص ژرمانیوم را به 13 نیوتن افزایش داده است، با ضرایب توزیع ناخالصی بهبود یافته، امکان کاربرد در اپتیک مادون قرمز و آشکارسازهای تشعشع را فراهم می کند. با این حال، فعل و انفعالات بین ژرمانیوم مذاب و مواد تجهیزات در دماهای بالا همچنان یک چالش حیاتی است.
2. نوآوری در فرآیند و تجهیزات
‌کنترل پارامتر دینامیکی‌: تنظیمات سرعت حرکت منطقه مذاب، گرادیان‌های دما و محیط‌های گاز محافظ - همراه با نظارت زمان واقعی و سیستم‌های بازخورد خودکار - ثبات و تکرارپذیری فرآیند را افزایش داده و در عین حال تعامل بین ژرمانیوم/سیلیکون و تجهیزات را به حداقل می‌رسانند.
‌تولید پلی سیلیکون: روش‌های جدید مقیاس‌پذیر برای پلی سیلیکون با درجه ذوب منطقه به چالش‌های کنترل محتوای اکسیژن در فرآیندهای سنتی، کاهش مصرف انرژی و افزایش بازده می‌پردازد.
3. یکپارچه سازی فناوری و کاربردهای بین رشته ای
‌هیبریداسیون تبلور مذاب‌: تکنیک‌های کریستالیزاسیون مذاب کم انرژی برای بهینه‌سازی جداسازی و خالص‌سازی ترکیبات آلی، گسترش کاربردهای ذوب ناحیه در واسطه‌های دارویی و مواد شیمیایی خوب، ادغام می‌شوند.
نیمه هادی های نسل سوم: اکنون ذوب ناحیه ای برای مواد با شکاف گسترده مانند کاربید سیلیکون (SiC) و نیترید گالیم (GaN) استفاده می شود و از دستگاه های فرکانس بالا و دمای بالا پشتیبانی می کند. به عنوان مثال، فناوری کوره تک کریستالی فاز مایع، رشد بلورهای SiC پایدار را از طریق کنترل دقیق دما امکان پذیر می‌سازد.
4. سناریوهای کاربردی متنوع
فتوولتائیک‌ها: پلی سیلیکون با درجه ذوب منطقه در سلول‌های خورشیدی با راندمان بالا استفاده می‌شود که بازده تبدیل فوتوالکتریک بیش از ۲۶ درصد را به دست می‌آورد و باعث پیشرفت در انرژی‌های تجدیدپذیر می‌شود.
‌تکنولوژی‌های مادون قرمز و آشکارساز: ژرمانیوم با خلوص فوق‌العاده بالا، دستگاه‌های تصویربرداری و دید در شب مادون قرمز کوچک و با کارایی بالا را برای بازارهای نظامی، امنیتی و غیرنظامی فعال می‌کند.
5. چالش ها و جهت گیری های آینده
‌محدودیت‌های حذف ناخالصی‌ها: روش‌های فعلی با حذف ناخالصی‌های عناصر سبک (مانند بور، فسفر)، نیاز به فرآیندهای دوپینگ جدید یا فناوری‌های کنترل منطقه مذاب دینامیکی مبارزه می‌کنند.
دوام تجهیزات و کارایی انرژی‌: تحقیقات بر روی توسعه مواد بوته‌ای مقاوم در برابر دمای بالا، مقاوم در برابر خوردگی و سیستم‌های گرمایش فرکانس رادیویی برای کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر تجهیزات تمرکز دارد. فناوری ذوب مجدد قوس خلاء (VAR) نویدبخش اصلاح فلزات است.
فناوری ذوب منطقه به سمت خلوص بالاتر، هزینه کمتر و کاربرد گسترده‌تر پیش می‌رود و نقش خود را به عنوان سنگ بنای نیمه هادی‌ها، انرژی‌های تجدیدپذیر و اپتوالکترونیک تقویت می‌کند.