1. Avanços na preparação de materiais de alta pureza
Materiais à Base de Silício: A pureza dos monocristais de silício ultrapassou 13N (99,9999999999%) usando o método de zona flutuante (FZ), melhorando significativamente o desempenho de dispositivos semicondutores de alta potência (por exemplo, IGBTs) e chips avançados45. Essa tecnologia reduz a contaminação por oxigênio por meio de um processo sem cadinho e integra métodos CVD de silano e Siemens modificados para alcançar a produção eficiente de polissilício com grau de fusão por zona47.
Materiais de Germânio: A purificação otimizada por fusão em zona elevou a pureza do germânio para 13N, com coeficientes de distribuição de impurezas aprimorados, permitindo aplicações em óptica infravermelha e detectores de radiação23. No entanto, as interações entre o germânio fundido e os materiais dos equipamentos em altas temperaturas continuam sendo um desafio crítico23.
2. Inovações em Processos e Equipamentos
Controle dinâmico de parâmetros: ajustes na velocidade de movimento da zona de fusão, gradientes de temperatura e ambientes de gás de proteção — juntamente com monitoramento em tempo real e sistemas de feedback automatizados — melhoraram a estabilidade e a repetibilidade do processo, ao mesmo tempo que minimizaram as interações entre germânio/silício e equipamento27.
Produção de polissilício: novos métodos escaláveis para polissilício de grau de fusão por zona abordam os desafios de controle do conteúdo de oxigênio em processos tradicionais, reduzindo o consumo de energia e aumentando o rendimento47.
3. Integração de Tecnologia e Aplicações Interdisciplinares
Cristalização por fusão e hibridização: Técnicas de cristalização por fusão de baixa energia estão sendo integradas para otimizar a separação e a purificação de compostos orgânicos, expandindo as aplicações de fusão por zona em intermediários farmacêuticos e produtos químicos finos6.
Semicondutores de Terceira Geração: A fusão por zona agora é aplicada a materiais de banda larga, como carboneto de silício (SiC) e nitreto de gálio (GaN), suportando dispositivos de alta frequência e alta temperatura. Por exemplo, a tecnologia de forno monocristalino em fase líquida permite o crescimento estável de cristais de SiC por meio de controle preciso de temperatura15.
4. Cenários de aplicação diversificados
Fotovoltaica: O polissilício de grau de fusão por zona é usado em células solares de alta eficiência, alcançando eficiências de conversão fotoelétrica de mais de 26% e impulsionando avanços em energia renovável4.
Tecnologias de infravermelho e detectores: O germânio de altíssima pureza permite dispositivos miniaturizados e de alto desempenho para imagens infravermelhas e visão noturna para os mercados militar, de segurança e civil23.
5. Desafios e Direções Futuras
Limites de remoção de impurezas: os métodos atuais têm dificuldade em remover impurezas de elementos leves (por exemplo, boro, fósforo), necessitando de novos processos de dopagem ou tecnologias de controle dinâmico de zona de fusão25.
Durabilidade e Eficiência Energética dos Equipamentos: A pesquisa concentra-se no desenvolvimento de materiais para cadinhos resistentes a altas temperaturas e corrosão e sistemas de aquecimento por radiofrequência para reduzir o consumo de energia e prolongar a vida útil dos equipamentos. A tecnologia de refusão a arco a vácuo (VAR) mostra-se promissora para o refinamento de metais47.
A tecnologia de fusão por zona está avançando em direção a maior pureza, menor custo e aplicabilidade mais ampla, consolidando seu papel como pedra angular em semicondutores, energia renovável e optoeletrônica
Horário da publicação: 26/03/2025