Nya utvecklingar inom zonsmältningsteknik

1. Genombrott inom framställning av högrena material
Kiselbaserade material: Renheten hos kiselkristaller har överträffat 13N (99,9999999999%) med hjälp av den flytande zonmetoden (FZ), vilket avsevärt förbättrar prestandan hos högeffektshalvledarkomponenter (t.ex. IGBT:er) och avancerade chip 45. Denna teknik minskar syrekontaminering genom en degelfri process och integrerar silan-CVD och modifierade Siemens-metoder för att uppnå effektiv produktion av polykisel av zonsmältningskvalitet 47.
Germaniummaterial: Optimerad rening genom zonsmältning har höjt germaniums renhet till 13N, med förbättrade föroreningsfördelningskoefficienter, vilket möjliggör tillämpningar inom infraröd optik och strålningsdetektorer23. Interaktioner mellan smält germanium och utrustningsmaterial vid höga temperaturer är dock fortfarande en kritisk utmaning23.
2. Innovationer inom processer och utrustning
Dynamisk parameterkontroll: Justeringar av smältzonens rörelsehastighet, temperaturgradienter och skyddande gasmiljöer – i kombination med realtidsövervakning och automatiserade feedbacksystem – har förbättrat processstabilitet och repeterbarhet samtidigt som interaktioner mellan germanium/kisel och utrustning minimerats.
‌Polysilikonproduktion‌: Nya skalbara metoder för zonsmältande polykisel åtgärdar utmaningar med kontroll av syrehalten i traditionella processer, minskar energiförbrukningen och ökar utbytet‌47.
3. Teknikintegration och tvärvetenskapliga tillämpningar
Smältkristallisationshybridisering: Lågenergetiska smältkristallisationstekniker integreras för att optimera separation och rening av organiska föreningar, vilket utökar zonsmältningstillämpningar i farmaceutiska intermediärer och finkemikalier.
Tredje generationens halvledare: Zonsmältning tillämpas nu på material med brett bandgap som kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN), vilket stöder högfrekventa och högtemperaturkomponenter. Till exempel möjliggör vätskefas-enkristallugnsteknik stabil SiC-kristalltillväxt via exakt temperaturkontroll15.
4. Diversifierade applikationsscenarier
Fotovoltaik: Polykisel av zonsmältningskvalitet används i högeffektiva solceller, vilket uppnår fotoelektriska omvandlingseffektiviteter på över 26 % och driver framsteg inom förnybar energi.
Infraröd- och detektorteknik: Germanium med ultrahög renhet möjliggör miniatyriserade, högpresterande infraröda avbildnings- och mörkerseendeenheter för militära, säkerhets- och civila marknader.
5. Utmaningar och framtida riktningar
Gränser för borttagning av föroreningar: Nuvarande metoder kämpar med att avlägsna föroreningar från lätta element (t.ex. bor, fosfor), vilket kräver nya dopningsprocesser eller dynamiska tekniker för kontroll av smältzoner.
Utrustningens hållbarhet och energieffektivitet: Forskningen fokuserar på att utveckla högtemperaturbeständiga, korrosionsbeständiga degelmaterial och radiofrekvensvärmesystem för att minska energiförbrukningen och förlänga utrustningens livslängd. Vakuumbågsomsmältningsteknik (VAR) visar lovande resultat för metallförädling47.
Zonsmältningstekniken går framåt mot högre renhet, lägre kostnad och bredare användbarhet, vilket befäster dess roll som en hörnsten inom halvledare, förnybar energi och optoelektronik.