Nieuwe ontwikkelingen in zone-smelttechnologie

1. Doorbraken in de voorbereiding van zeer zuivere materialen
Materialen op siliciumbasis: De zuiverheid van siliciumkristallen is met behulp van de floating zone (FZ)-methode overschreden tot 13N (99,9999999999%), wat de prestaties van hoogvermogen halfgeleiderapparaten (bijv. IGBT's) en geavanceerde chips aanzienlijk verbetert. Deze technologie vermindert zuurstofverontreiniging door middel van een smeltkroesvrij proces en integreert silaan-CVD en aangepaste Siemens-methoden om een ​​efficiënte productie van polysilicium met zone-smeltkwaliteit te bereiken.
Germaniummaterialen: Geoptimaliseerde zone-smeltzuivering heeft de zuiverheid van germanium verhoogd tot 13N, met verbeterde coëfficiënten voor de verdeling van onzuiverheden, wat toepassingen in infraroodoptica en stralingsdetectoren mogelijk maakt. Interacties tussen gesmolten germanium en apparatuurmaterialen bij hoge temperaturen blijven echter een grote uitdaging.
2. Innovaties in processen en apparatuur
Dynamische parameterregeling: Aanpassingen aan de bewegingssnelheid van de smeltzone, temperatuurgradiënten en beschermende gasomgevingen, gecombineerd met realtime monitoring en geautomatiseerde feedbacksystemen, hebben de stabiliteit en herhaalbaarheid van het proces verbeterd en de interacties tussen germanium/silicium en apparatuur tot een minimum beperkt‌27.
‌Polysiliciumproductie‌: Nieuwe, schaalbare methoden voor polysilicium met zone-smelting-kwaliteit pakken de uitdagingen op het gebied van zuurstofgehaltebeheersing in traditionele processen aan, waardoor het energieverbruik wordt verlaagd en de opbrengst wordt verhoogd‌47.
3. Technologie-integratie en interdisciplinaire toepassingen
Smeltkristallisatiehybridisatie: Technieken voor smeltkristallisatie met lage energie worden geïntegreerd om de scheiding en zuivering van organische verbindingen te optimaliseren en de toepassingen van smeltzones in farmaceutische tussenproducten en fijnchemicaliën uit te breiden‌6.
Halfgeleiders van de derde generatie: Zonesmelten wordt nu toegepast op materialen met een brede bandgap, zoals siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN), en ondersteunt hoogfrequente en hogetemperatuurapparaten. Vloeibare-fase monokristaloventechnologie maakt bijvoorbeeld stabiele SiC-kristalgroei mogelijk via nauwkeurige temperatuurregeling‌15.
4. ‌Gediversifieerde toepassingsscenario's‌
‌Fotovoltaïsche cellen‌: Polysilicium van zone-smeltende kwaliteit wordt gebruikt in zeer efficiënte zonnecellen en bereikt een foto-elektrische conversie-efficiëntie van meer dan 26%‌. Dit stimuleert de vooruitgang op het gebied van hernieuwbare energie‌4.
Infrarood- en detectortechnologieën: germanium met een ultrahoge zuiverheidsgraad maakt geminiaturiseerde, hoogwaardige infraroodbeeldvorming en nachtzichtapparatuur mogelijk voor de militaire, veiligheids- en civiele markt‌23.
5. Uitdagingen en toekomstige richtingen
‌Limieten voor het verwijderen van onzuiverheden‌: Huidige methoden hebben moeite met het verwijderen van lichte elementaire onzuiverheden (bijv. boor, fosfor), waardoor nieuwe dopingprocessen of technologieën voor dynamische smeltzonecontrole nodig zijn‌25.
Duurzaamheid en energie-efficiëntie van apparatuur: onderzoek richt zich op de ontwikkeling van hittebestendige, corrosiebestendige kroesmaterialen en radiofrequente verwarmingssystemen om het energieverbruik te verminderen en de levensduur van apparatuur te verlengen. Vacuümboogsmelttechnologie (VAR) is veelbelovend voor metaalraffinage‌47.
De technologie voor het smelten van zones ontwikkelt zich in de richting van ‌hogere zuiverheid, lagere kosten en bredere toepasbaarheid‌, waardoor de rol ervan als hoeksteen in halfgeleiders, hernieuwbare energie en opto-elektronica wordt verstevigd.