Novos desenvolvementos na tecnoloxía de fusión de zonas

1. ‌Avanzamentos na preparación de materiais de alta pureza‌
‌Materiais a base de silicio‌: a pureza dos monocristais de silicio superou o ‌13N (99,9999999999%)‌ mediante o método da zona flotante (FZ), mellorando significativamente o rendemento dos dispositivos semicondutores de alta potencia (por exemplo, IGBT) e dos chips avanzados‌45. Esta tecnoloxía reduce a contaminación por osíxeno a través dun proceso sen crisol e integra CVD de silano e métodos Siemens modificados para conseguir unha produción eficiente de polisilicio de grao de fusión de zonas‌47.
‌Materiais de xermanio‌: a purificación optimizada de fusión da zona elevou a pureza do xermanio a ‌13N‌, con coeficientes de distribución de impurezas mellorados, que permiten aplicacións en óptica infravermella e detectores de radiación‌23. Non obstante, as interaccións entre o xermanio fundido e os materiais dos equipos a altas temperaturas seguen sendo un reto crítico‌23.
2. ‌Innovacións en Procesos e Equipamentos‌
‌Control de parámetros dinámicos‌: os axustes na velocidade de movemento da zona de fusión, os gradientes de temperatura e os ambientes de gas protector, xunto co seguimento en tempo real e os sistemas de retroalimentación automatizados, melloraron a estabilidade e repetibilidade do proceso ao tempo que minimizan as interaccións entre o xermanio/silicio e os equipos‌27.
‌Produción de polisilicio‌: novos métodos escalables para o polisilicio de grao de fusión de zonas abordan os desafíos de control do contido de osíxeno nos procesos tradicionais, reducindo o consumo de enerxía e aumentando o rendemento‌47.
3. ‌Integración tecnolóxica e aplicacións interdisciplinarias‌
‌Hibridación de cristalización de fusión‌: estase integrando técnicas de cristalización de fusión de baixa enerxía para optimizar a separación e purificación de compostos orgánicos, ampliando as aplicacións de fusión de zonas en produtos intermedios farmacéuticos e produtos químicos finos‌6.
‌Semicondutores de terceira xeración‌: a fusión de zonas agora aplícase a materiais de banda ampla como ‌carburo de silicio (SiC)‌ e ‌nitruro de galio (GaN)‌, que admiten dispositivos de alta frecuencia e alta temperatura. Por exemplo, a tecnoloxía de fornos de cristal único en fase líquida permite un crecemento estable de cristales de SiC mediante un control preciso da temperatura‌15.
4. ‌Escenarios de aplicación diversificados‌
‌Fotovoltaica‌: o polisilicio de grao de fusión de zonas utilízase en células solares de alta eficiencia, logrando unha eficiencia de conversión fotoeléctrica superior ao 26%‌ e impulsando avances en enerxía renovable‌4.
‌Tecnoloxías de infravermellos e detectores‌: o xermanio de ultra alta pureza permite dispositivos de imaxe infravermella e de visión nocturna miniaturizados e de alto rendemento para mercados militares, de seguridade e civís‌23.
5. ‌Retos e direccións futuras‌
‌Límites de eliminación de impurezas‌: os métodos actuais loitan coa eliminación de impurezas dos elementos lixeiros (por exemplo, boro, fósforo), sendo necesarios novos procesos de dopaxe ou tecnoloxías dinámicas de control da zona de fusión‌25.
‌Durabilidade dos equipos e eficiencia enerxética‌: a investigación céntrase no desenvolvemento de materiais de crisol resistentes a altas temperaturas e resistentes á corrosión e sistemas de calefacción por radiofrecuencia para reducir o consumo de enerxía e prolongar a vida útil dos equipos. A tecnoloxía de refundición por arco ao baleiro (VAR) é prometedora para o refinamento de metais‌47.
A tecnoloxía de fusión de zonas avanza cara a unha maior pureza, un custo máis baixo e unha aplicabilidade máis ampla, consolidando o seu papel como pedra angular nos semicondutores, as enerxías renovables e a optoelectrónica.