Nieuwe ontwikkelingen in zone-smelttechnologie

1. Doorbraken in de bereiding van zeer zuiver materiaal
Siliciumgebaseerde materialen: De zuiverheid van silicium-eenkristallen heeft de 13N-waarde (99,9999999999%) overtroffen met behulp van de floating zone (FZ)-methode, waardoor de prestaties van krachtige halfgeleidercomponenten (bijv. IGBT's) en geavanceerde chips aanzienlijk zijn verbeterd⁴⁵. Deze technologie vermindert zuurstofverontreiniging door een smeltkroesvrij proces en integreert silaan-CVD en gemodificeerde Siemens-methoden om een ​​efficiënte productie van zone-smeltbaar polysilicium te realiseren⁴⁷.
Germaniummaterialen: Geoptimaliseerde zone-smeltzuivering heeft de zuiverheid van germanium verhoogd tot 13N, met verbeterde coëfficiënten voor de verdeling van onzuiverheden, waardoor toepassingen in infraroodoptiek en stralingsdetectoren mogelijk zijn.²³ Interacties tussen gesmolten germanium en apparatuurmaterialen bij hoge temperaturen blijven echter een kritieke uitdaging.²³
2. Innovaties in processen en apparatuur
Dynamische parameterregeling: Aanpassingen aan de bewegingssnelheid van de smeltzone, temperatuurgradiënten en de beschermende gasomgevingen – in combinatie met realtime monitoring en geautomatiseerde feedbacksystemen – hebben de processtabiliteit en herhaalbaarheid verbeterd en tegelijkertijd de interacties tussen germanium/silicium en apparatuur geminimaliseerd.27
‌Polysiliciumproductie‌: Nieuwe schaalbare methoden voor zone-smeltkwaliteit polysilicium pakken de uitdagingen van zuurstofgehaltebeheersing in traditionele processen aan, waardoor het energieverbruik wordt verminderd en de opbrengst wordt verhoogd‌47.
3. Technologie-integratie en interdisciplinaire toepassingen
‌Smeltkristallisatiehybridisatie‌: Laagenergetische smeltkristallisatietechnieken worden geïntegreerd om de scheiding en zuivering van organische verbindingen te optimaliseren, waardoor de toepassingen van zone-smelten in farmaceutische tussenproducten en fijnchemicaliën worden uitgebreid‌6.
Derde generatie halfgeleiders: Zonemelten wordt nu toegepast op materialen met een brede bandgap, zoals siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN), ter ondersteuning van apparaten voor hoge frequenties en hoge temperaturen. Zo maakt de vloeistoffase-éénkristaloventechnologie een stabiele groei van SiC-kristallen mogelijk door middel van nauwkeurige temperatuurregeling¹⁵.
4. Diverse toepassingsscenario's
Fotovoltaïsche energie: Zone-melting-kwaliteit polysilicium wordt gebruikt in hoogrenderende zonnecellen, waarmee foto-elektrische conversie-efficiënties van meer dan 26% worden bereikt en de vooruitgang in hernieuwbare energie wordt gestimuleerd⁴.
Infrarood- en detectortechnologieën: Ultrazuiver germanium maakt geminiaturiseerde, hoogwaardige infraroodbeeldvormings- en nachtzichtapparaten mogelijk voor militaire, veiligheids- en civiele markten23.
5. Uitdagingen en toekomstige richtingen
Grenzen voor het verwijderen van onzuiverheden: De huidige methoden hebben moeite met het verwijderen van onzuiverheden van lichte elementen (bijv. boor, fosfor), waardoor nieuwe dopingprocessen of dynamische smeltzonecontroletechnologieën nodig zijn‌25.
Duurzaamheid en energie-efficiëntie van apparatuur: Het onderzoek richt zich op de ontwikkeling van hittebestendige, corrosiebestendige smeltkroesmaterialen en radiofrequentieverwarmingssystemen om het energieverbruik te verminderen en de levensduur van apparatuur te verlengen. Vacuümbooghersmelting (VAR)-technologie is veelbelovend voor metaalraffinage‌47.
De zone-smelttechnologie ontwikkelt zich richting hogere zuiverheid, lagere kosten en bredere toepasbaarheid, waardoor haar rol als hoeksteen in de halfgeleiderindustrie, hernieuwbare energie en opto-elektronica wordt versterkt.