ઝોન મેલ્ટિંગ ટેકનોલોજીમાં નવા વિકાસ

૧. ઉચ્ચ શુદ્ધતા સામગ્રીની તૈયારીમાં સફળતાઓ
‌સિલિકોન-આધારિત સામગ્રી‌: ફ્લોટિંગ ઝોન (FZ) પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને સિલિકોન સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સની શુદ્ધતા ‌13N (99.99999999999%)‌ ને વટાવી ગઈ છે, જે ઉચ્ચ-શક્તિવાળા સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો (દા.ત., IGBTs) અને અદ્યતન ચિપ્સ‌45 ના પ્રદર્શનમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે. આ ટેકનોલોજી ક્રુસિબલ-મુક્ત પ્રક્રિયા દ્વારા ઓક્સિજન દૂષણ ઘટાડે છે અને ઝોન-મેલ્ટિંગ-ગ્રેડ પોલિસિલિકોન‌47 નું કાર્યક્ષમ ઉત્પાદન પ્રાપ્ત કરવા માટે સિલેન CVD અને સંશોધિત સિમેન્સ પદ્ધતિઓને એકીકૃત કરે છે.
‌જર્મનિયમ મટિરિયલ્સ‌: ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ ઝોન મેલ્ટિંગ શુદ્ધિકરણે જર્મનિયમ શુદ્ધતાને ‌13N‌ સુધી વધારી દીધી છે, જેમાં અશુદ્ધિ વિતરણ ગુણાંકમાં સુધારો થયો છે, જેના કારણે ઇન્ફ્રારેડ ઓપ્ટિક્સ અને રેડિયેશન ડિટેક્ટરમાં એપ્લિકેશન શક્ય બની છે‌23. જો કે, ઊંચા તાપમાને પીગળેલા જર્મનિયમ અને સાધનોની સામગ્રી વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ એક મહત્વપૂર્ણ પડકાર‌23 રહે છે.
2. પ્રક્રિયા અને સાધનોમાં નવીનતાઓ
‌ડાયનેમિક પેરામીટર કંટ્રોલ‌: મેલ્ટ ઝોન હિલચાલની ગતિ, તાપમાન ગ્રેડિયન્ટ્સ અને રક્ષણાત્મક ગેસ વાતાવરણમાં ગોઠવણો - રીઅલ-ટાઇમ મોનિટરિંગ અને ઓટોમેટેડ ફીડબેક સિસ્ટમ્સ સાથે જોડાયેલી - પ્રક્રિયા સ્થિરતા અને પુનરાવર્તિતતામાં વધારો કરે છે જ્યારે જર્મેનિયમ/સિલિકોન અને સાધનો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને ઘટાડે છે.27
‌પોલીસિલિકોન ઉત્પાદન‌: ઝોન-મેલ્ટિંગ-ગ્રેડ પોલિસીલિકોન માટે નવીન સ્કેલેબલ પદ્ધતિઓ પરંપરાગત પ્રક્રિયાઓમાં ઓક્સિજન સામગ્રી નિયંત્રણ પડકારોનો સામનો કરે છે, ઊર્જા વપરાશ ઘટાડે છે અને ઉપજમાં વધારો કરે છે‌47.
૩. ટેકનોલોજી એકીકરણ અને આંતર-શિસ્ત એપ્લિકેશનો
‌મેલ્ટ સ્ફટિકીકરણ હાઇબ્રિડાઇઝેશન‌: કાર્બનિક સંયોજનોના વિભાજન અને શુદ્ધિકરણને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે ઓછી-ઊર્જાવાળા ઓગળેલા સ્ફટિકીકરણ તકનીકોને એકીકૃત કરવામાં આવી રહી છે, ફાર્માસ્યુટિકલ ઇન્ટરમીડિયેટ અને ફાઇન કેમિકલ્સમાં ઝોન મેલ્ટિંગ એપ્લિકેશન્સનો વિસ્તાર કરવામાં આવી રહ્યો છે‌6.
‌થર્ડ-જનરેશન સેમિકન્ડક્ટર્સ‌: ઝોન મેલ્ટિંગ હવે ‌સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC)‌ અને ‌ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ (GaN)‌ જેવા વાઇડ-બેન્ડગેપ મટિરિયલ્સ પર લાગુ થાય છે, જે ઉચ્ચ-આવર્તન અને ઉચ્ચ-તાપમાન ઉપકરણોને ટેકો આપે છે. ઉદાહરણ તરીકે, લિક્વિડ-ફેઝ સિંગલ-ક્રિસ્ટલ ફર્નેસ ટેકનોલોજી ચોક્કસ તાપમાન નિયંત્રણ‌15 દ્વારા સ્થિર SiC ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિને સક્ષમ કરે છે.
૪. વૈવિધ્યસભર એપ્લિકેશન દૃશ્યો
‌ફોટોવોલ્ટેઇક્સ‌: ઝોન-મેલ્ટિંગ-ગ્રેડ પોલિસિલિકોનનો ઉપયોગ ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતાવાળા સૌર કોષોમાં થાય છે, જે 26% થી વધુ ફોટોઇલેક્ટ્રિક રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે છે અને નવીનીકરણીય ઊર્જામાં પ્રગતિને વેગ આપે છે‌4.
‌ઇન્ફ્રારેડ અને ડિટેક્ટર ટેકનોલોજીસ‌: અલ્ટ્રા-હાઇ-પ્યુરિટી જર્મેનિયમ લશ્કરી, સુરક્ષા અને નાગરિક બજારો માટે લઘુચિત્ર, ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઇન્ફ્રારેડ ઇમેજિંગ અને નાઇટ-વિઝન ઉપકરણોને સક્ષમ બનાવે છે‌23.
૫. પડકારો અને ભવિષ્યની દિશાઓ
‌અશુદ્ધિ દૂર કરવાની મર્યાદાઓ‌: વર્તમાન પદ્ધતિઓ પ્રકાશ-તત્વની અશુદ્ધિઓ (દા.ત., બોરોન, ફોસ્ફરસ) દૂર કરવામાં સંઘર્ષ કરે છે, જેના કારણે નવી ડોપિંગ પ્રક્રિયાઓ અથવા ગતિશીલ મેલ્ટ ઝોન નિયંત્રણ તકનીકોની જરૂર પડે છે‌25.
‌ઉપકરણ ટકાઉપણું અને ઉર્જા કાર્યક્ષમતા‌: સંશોધન ‌ઉચ્ચ-તાપમાન-પ્રતિરોધક, કાટ-પ્રતિરોધક ક્રુસિબલ સામગ્રી‌ અને રેડિયો ફ્રીક્વન્સી હીટિંગ સિસ્ટમ્સ વિકસાવવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે જેથી ઉર્જા વપરાશ ઓછો થાય અને સાધનોનું આયુષ્ય વધે. વેક્યુમ આર્ક રિમેલ્ટિંગ (VAR) ટેકનોલોજી મેટલ રિફાઇનમેન્ટ‌47 માટે આશાસ્પદ બતાવે છે.
ઝોન મેલ્ટિંગ ટેકનોલોજી ‌ઉચ્ચ શુદ્ધતા, ઓછી કિંમત અને વ્યાપક ઉપયોગિતા‌ તરફ આગળ વધી રહી છે, જે સેમિકન્ડક્ટર્સ, નવીનીકરણીય ઉર્જા અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં પાયાના પથ્થર તરીકેની તેની ભૂમિકાને મજબૂત બનાવે છે.