Nouveaux développements dans la technologie de fusion de zone

1. ‌Avancées dans la préparation de matériaux de haute pureté‌
Matériaux à base de silicium : La pureté des monocristaux de silicium a dépassé 13N (99,9999999999 %) grâce à la méthode de la zone flottante (FZ), améliorant considérablement les performances des dispositifs semi-conducteurs haute puissance (par exemple, les IGBT) et des puces avancées45. Cette technologie réduit la contamination par l'oxygène grâce à un procédé sans creuset et intègre le CVD au silane et les méthodes Siemens modifiées pour obtenir une production efficace de polysilicium de qualité fusion par zone47.
Matériaux en germanium : La purification par fusion optimisée a élevé la pureté du germanium à 13N, avec des coefficients de distribution des impuretés améliorés, permettant des applications en optique infrarouge et en détecteurs de rayonnement23. Cependant, les interactions entre le germanium fondu et les matériaux des équipements à haute température restent un défi majeur23.
2. ‌Innovations dans les procédés et les équipements‌
Contrôle dynamique des paramètres : les ajustements de la vitesse de déplacement de la zone de fusion, des gradients de température et des environnements de gaz protecteurs, associés à une surveillance en temps réel et à des systèmes de rétroaction automatisés, ont amélioré la stabilité et la répétabilité du processus tout en minimisant les interactions entre le germanium/silicium et l'équipement27.
Production de polysilicium : de nouvelles méthodes évolutives pour le polysilicium de qualité fusion par zone répondent aux défis du contrôle de la teneur en oxygène dans les processus traditionnels, réduisant ainsi la consommation d'énergie et augmentant le rendement47.
3. ‌Intégration technologique et applications interdisciplinaires‌
‌Hybridation par cristallisation en fusion‌ : Des techniques de cristallisation en fusion à faible énergie sont intégrées pour optimiser la séparation et la purification des composés organiques, élargissant ainsi les applications de fusion de zone dans les intermédiaires pharmaceutiques et les produits chimiques fins‌6.
Semi-conducteurs de troisième génération : la fusion de zone est désormais appliquée aux matériaux à large bande interdite comme le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN), prenant en charge les dispositifs haute fréquence et haute température. Par exemple, la technologie des fours monocristallins en phase liquide permet une croissance stable des cristaux de SiC grâce à un contrôle précis de la température.
4. ‌Scénarios d'application diversifiés‌
‌Photovoltaïque‌ : Le polysilicium de qualité fusion de zone est utilisé dans les cellules solaires à haut rendement, atteignant des rendements de conversion photoélectrique ‌supérieurs à 26 %‌ et favorisant les avancées dans les énergies renouvelables‌4.
Technologies infrarouges et de détection : le germanium ultra-pur permet de créer des dispositifs d'imagerie infrarouge et de vision nocturne miniaturisés et hautes performances pour les marchés militaires, de sécurité et civils‌23.
5. ‌Défis et orientations futures‌
Limites d'élimination des impuretés : les méthodes actuelles peinent à éliminer les impuretés des éléments légers (par exemple, le bore, le phosphore), ce qui nécessite de nouveaux processus de dopage ou des technologies de contrôle dynamique de la zone de fusion‌25.
Durabilité et efficacité énergétique des équipements : La recherche se concentre sur le développement de matériaux de creuset résistants aux hautes températures et à la corrosion, ainsi que de systèmes de chauffage par radiofréquence afin de réduire la consommation d'énergie et de prolonger la durée de vie des équipements. La technologie de refusion à l'arc sous vide (VAR) est prometteuse pour l'affinage des métaux.
La technologie de fusion de zone progresse vers une pureté plus élevée, un coût plus faible et une applicabilité plus large, consolidant son rôle de pierre angulaire dans les semi-conducteurs, les énergies renouvelables et l'optoélectronique.