Что такое зонная плавка? Значение зонная плавка в энциклопедии Кольера

метод очистки полупроводниковых материал ов, таких, как германий и кремний , для применений в микроэлектронике, а других ( металлов , химических соединений) - в основном для научных исследований. При использовании этого метода по длинному слитку твердого материала медленно перемещают узкую зону расплав а, в результате чего благодаря ре кристалл изации происходит пере распределение примесей, растворенных в слитке. Окончательное распределение примесей зависит от их первоначального распределения , числа и ширины зон расплава и направления их движения . Наиболее важное значение имеют два варианта зонной плавки - зонная очистка и зонное выравнивание . Зонная очистка. Метод состоит в том, что некоторое число расплавленных зон перемещают по слитку в одном направлении. Каждая зона переносит определенное количество примесей к концу слитка, очищая от них остальную его часть. Зонная очистка была разработана в начале 1950-х годов В.Пфанном, тогда являвшимся сотрудником фирмы "Белл телефон лэбораторис", как метод получения сверхчистого германия - полупроводникового материала, широко применявшегося для изготовления транзистор ов (cм. также ТРАНЗИСТОР). Она позволяет получать германий с содержанием примесей менее 0,0001%. Зонная плавка была применена также для очистки многих других полупроводниковых материалов, металлов, органических и неорганических соединений, став ценным методом фундаментальных научных исследований и важной промышленной технологией. См. также ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ; ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ; ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА. Методика зонной очистки. Германиевый слиток , помещенный в графитовую лодочку, перемещают внутри ряда кольцевых индукционных нагревателей (см. рисунок ). Каждый нагреватель расплавляет узкий участок слитка. При перемещении слитка через нагреватель расплавленная зона перемещается по слитку, и растворенные примеси, переходя через переднюю границу раздела твердой и жидкой фаз, накапливаются в расплаве и переносятся к концу слитка. Таким образом, процесс зонной очистки основан на фракционной рекристаллизации, которая может быть многократно повторена. В конечном счете достигается некий предельный уровень очистки, после которого дальнейшее увеличение числа проходов зоны не дает эффекта. При данной ширине зоны предельный уровень чистоты тем выше , чем длиннее слиток. Длину слитка обычно выбирают так, чтобы она была примерно в 10 раз больше ширины зоны. Метод плавающей зоны. Этот метод особенно подходит для очистки кремния. Установка представляет собой вакуумную камеру с закрепленным в ней вертикально кремниевым стержнем, окруженным витком из медной трубки. Медный виток служит нагревательным индуктором и токами высокой частоты расплавляет узкую поперечную зону стержня. Нагреватель ный виток можно перемещать вверх по стержню либо , при неподвижном витке, перемещать слиток. В обоих случаях расплавленная зона тоже перемещается и переносит оказавшиеся в ней примеси. Методом плавающей зоны был получен кремний очень высокой чистоты; он пригоден также для очистки металлов с высокой температурой плавления - молибдена , вольфрама, железа , ниобия и рения. Непрерывная зонная очистка. В рассмотренных выше вариантах метода проводится зонная очистка слитка ограниченной длины, от которого после определенного числа проходов зоны отделяют конец с повышенным содержанием примесей. При непрерывной же зонной очистке исходный материал непрерывно подается в установку, так что образуются два непрерывных встречных потока: один - чистого материала ( продукт ), а другой - загрязненного (отходы). Зонное выравнивание. В соответствии с требованиями промышленного производства полупроводниковых материалов был разработан метод зонного выравнивания, позволяющий вводить в германий контролируемые количества равномерно распределенных легирующих примесей. Ранее монокристалл ический германий получали методом вытягивания из расплава: в расплав германия, находящийся в тигле, опускали не большой "затравочный" кристалл и, медленно вытягивая затравку, выращивали большой монокристалл германия (см. также ТРАНЗИСТОР). При таком методе вследствие перераспределения примесей на границе кристаллизации происходит их накопление в расплаве, вследствие чего их распределение в вытянутом монокристалле оказывается неравномерным ( концентрация в разных точках может различаться в 2 раза). В производстве же транзисторов требуется, чтобы колебания концентрации не превышали малой доли процента. В одном из вариантов зонного выравнивания поликристаллический слиток чистого германия помещают в горизонтальную трубу или лодочку из плавленого кварца. С одного конца загруженного материала помещают монокристаллическую германиевую затравку. Нагревательный виток создает расплавленную зону в месте соприкосновения затравки со слитком. В зону вводят крупинку легирующего материала ( индия или сурьмы), а затем медленно перемещают зону вдоль слитка. Легирующая примесь в малых, но постоянных количествах переходит в затвердевающий германий позади расплавленной зоны. В результате получается монокристалл с весьма однородным содержанием примеси почти по всей его длине.