1. Прорив у підготовці матеріалів високої чистоти
Матеріали на основі кремнію: чистота монокристалів кремнію перевищила 13N (99,9999999999%) за допомогою методу плаваючої зони (FZ), що значно підвищило продуктивність потужних напівпровідникових пристроїв (наприклад, IGBT) і вдосконалених мікросхем45. Ця технологія зменшує забруднення киснем за допомогою процесу без використання тигля та об’єднує силановий CVD і модифіковані методи Siemens для досягнення ефективного виробництва полікремнію зонного плавлення47.
Матеріали з германію: оптимізоване очищення зонним плавленням підвищило чистоту германію до 13N з покращеними коефіцієнтами розподілу домішок, що дозволяє використовувати його в інфрачервоній оптиці та детекторах випромінювання23. Проте взаємодія між розплавленим германієм і матеріалами обладнання при високих температурах залишається критичною проблемою23.
2. Інновації в процесі та обладнанні
Контроль динамічних параметрів: налаштування швидкості руху зони розплаву, температурних градієнтів і захисних газових середовищ у поєднанні з моніторингом у реальному часі та автоматизованими системами зворотного зв’язку покращують стабільність і повторюваність процесу, мінімізуючи взаємодію між германієм/кремнієм та обладнанням27.
Виробництво полікремнію: Нові масштабовані методи для зонного плавлення полікремнію вирішують проблеми контролю вмісту кисню в традиційних процесах, зменшуючи споживання енергії та підвищуючи врожай47.
3. Інтеграція технологій та міждисциплінарні програми
Гібридизація кристалізації з розплаву: методи кристалізації з розплаву з низьким споживанням енергії інтегруються для оптимізації розділення та очищення органічних сполук, розширюючи застосування зонного плавлення у фармацевтичних проміжних продуктах і тонких хімікатах6.
Напівпровідники третього покоління: зонне плавлення тепер застосовується до широкозонних матеріалів, таких як карбід кремнію (SiC) та нітрид галію (GaN), що підтримує високочастотні та високотемпературні пристрої. Наприклад, технологія рідкофазної монокристалічної печі забезпечує стабільний ріст кристалів SiC завдяки точному контролю температури15.
4. Диверсифіковані сценарії застосування
Фотовольтаїка: полікремній зонного плавлення використовується у високоефективних сонячних елементах, досягаючи ефективності фотоелектричного перетворення понад 26% та сприяючи розвитку відновлюваних джерел енергії4.
Інфрачервоні та детекторні технології: германій надвисокої чистоти дозволяє використовувати мініатюрні високоефективні інфрачервоні зображення та пристрої нічного бачення для військових, охоронних і цивільних ринків23.
5. Виклики та майбутні напрямки
Обмеження видалення домішок: Сучасні методи борються з видаленням домішок легких елементів (наприклад, бору, фосфору), що вимагає нових процесів легування або технологій динамічного контролю зони розплаву25.
Стійкість обладнання та енергоефективність: Дослідження зосереджені на розробці стійких до високих температур, корозії матеріалів для тиглів та систем радіочастотного нагріву для зменшення споживання енергії та продовження терміну служби обладнання. Технологія вакуумно-дугового переплаву (VAR) є перспективною для очищення металу47.
Технологія зонного плавлення просувається до вищої чистоти, нижчої вартості та ширшого застосування, зміцнюючи свою роль наріжного каменю в напівпровідниках, відновлюваних джерелах енергії та оптоелектроніці
Час публікації: 26 березня 2025 р