ЗОННА ПЛАВКА, Енциклопедія Навколишній світ
ЗОННА ПЛАВКА,метод очищення напівпровідникових матеріалів, таких, як германій та кремній, для застосування в мікроелектроніці, а інших (металів, хімічних сполук) – в основному для наукових досліджень. При використанні цього методу з довгого зливку твердого матеріалу повільно переміщають вузьку зону розплаву, в результаті чого завдяки рекристалізації відбувається перерозподіл домішок, розчинених у зливці. Остаточний розподіл домішок залежить від їхнього початкового розподілу, числа та ширини зон розплаву та напряму їх руху. Найбільш важливе значення мають два варіанти зонної плавки – зонне очищення та зонне вирівнювання.
Зонне очищення.
Метод полягає в тому, що кілька розплавлених зон переміщають по зливку в одному напрямку. Кожна зона переносить певну кількість домішок до кінця зливка, очищаючи від них решту його частини.
Методика зонного очищення.
Германієвий злиток, поміщений у графітовий човник, переміщують усередині ряду кільцевих індукційних нагрівачів (см.малюнок). Кожен нагрівач розплавляє вузьку ділянку злитка. При переміщенні зливка через нагрівач розплавлена зона переміщається по зливку, і розчинені домішки, переходячи через передню межу розділу твердої та рідкої фаз, накопичуються в розплаві та переносяться до кінця зливка.
Таким чином, процес зонного очищення заснований на фракційній рекристалізації, яка може бути багаторазово повторена. Зрештою досягається певний граничний рівень очищення, після якого подальше збільшення числа проходів зони не дає ефекту. При даній ширині зони граничний рівень чистоти тим вищий, чим довше злиток. Довжину зливка зазвичай вибирають так, щобвона була приблизно в 10 разів більша за ширину зони.
Метод зони плавання.
Цей метод особливо підходить для очищення кремнію. Установка являє собою вакуумну камеру із закріпленим у ній вертикально кремнієвим стрижнем, оточеним витком із мідної трубки. Мідний виток служить нагрівальним індуктором та струмами високої частоти розплавляє вузьку поперечну зону стрижня. Нагрівальний виток можна переміщати вгору стрижнем або, при нерухомому витку, переміщати злиток. В обох випадках розплавлена зона теж переміщається і переносить домішки, що опинилися в ній.
Методом плаваючої зони отримано кремній дуже високої чистоти; він придатний також для очищення металів із високою температурою плавлення – молібдену, вольфраму, заліза, ніобію та ренію.
Безперервне зонне очищення.
Зонне вирівнювання.
Відповідно до вимог промислового виробництва напівпровідникових матеріалів було розроблено метод зонного вирівнювання, що дозволяє вводити в германі контрольовані кількості рівномірно розподілених легуючих домішок.
Раніше монокристалічний германій отримували методом витягування з розплаву: розплав германію, що знаходиться в тиглі, опускали невеликий «затравний» кристал і, повільно витягуючи затравку, вирощували великий монокристал германію (див. такожТРАНЗИСТОР) При такому методі внаслідок перерозподілу домішок на межі кристалізації відбувається їх накопичення в розплаві, внаслідок чого їх розподіл у витягнутому монокристалі виявляється нерівномірним (концентрація у різних точках може відрізнятися у 2 рази). У виробництві транзисторів потрібно, щоб коливання концентрації не перевищували малої частки відсотка.
Пфанн Ст.Зонна плавка. М., 1960 Вигдорович В.М.Удосконалення зонної перекристалізації. М., 1974 Ратніков Д.Г.Бестигельна зонна плавка. М., 1976