1. Прорывы в получении материалов высокой чистоты.
Материалы на основе кремния: чистота монокристаллов кремния превысила 13N (99,9999999999%) при использовании метода плавающей зоны (FZ), что значительно повышает производительность мощных полупроводниковых устройств (например, IGBT) и современных микросхем45. Эта технология снижает загрязнение кислородом благодаря процессу без использования тигля и объединяет силан-CVD и модифицированные методы Сименса для достижения эффективного производства поликристаллического кремния, пригодного для зонной плавки47.
Материалы на основе германия: Оптимизированная очистка методом зонной плавки позволила повысить чистоту германия до 13N, улучшив коэффициенты распределения примесей, что открывает возможности его применения в инфракрасной оптике и детекторах излучения²³. Однако взаимодействие расплавленного германия с материалами оборудования при высоких температурах остается серьезной проблемой²³.
2. Инновации в технологических процессах и оборудовании.
Динамическое управление параметрами: корректировка скорости движения зоны расплава, температурных градиентов и защитной газовой среды в сочетании с мониторингом в реальном времени и автоматизированными системами обратной связи повысила стабильность и воспроизводимость процесса, минимизируя при этом взаимодействие между германием/кремнием и оборудованием.27
Производство поликристаллического кремния: Новые масштабируемые методы получения поликристаллического кремния, пригодного для зонной плавки, решают проблемы контроля содержания кислорода в традиционных процессах, снижая энергопотребление и повышая выход годной продукции47.
3. Интеграция технологий и междисциплинарные приложения.
Гибридизация методом кристаллизации в расплаве: низкоэнергетические методы кристаллизации в расплаве интегрируются для оптимизации разделения и очистки органических соединений, расширяя возможности применения зонной плавки в производстве фармацевтических промежуточных продуктов и тонких химических веществ6.
Полупроводники третьего поколения: Зонная плавка теперь применяется к широкозонным материалам, таким как карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), что позволяет создавать высокочастотные и высокотемпературные устройства. Например, технология жидкофазной монокристаллической печи обеспечивает стабильный рост кристаллов SiC за счет точного контроля температуры15.
4. Разнообразные сценарии применения
Фотовольтаика: Поликристаллический кремний, полученный методом зонной плавки, используется в высокоэффективных солнечных элементах, обеспечивая эффективность фотоэлектрического преобразования более 26% и способствуя развитию возобновляемой энергетики⁴.
Инфракрасные и детекторные технологии: германий сверхвысокой чистоты позволяет создавать миниатюрные высокоэффективные инфракрасные приборы визуализации и ночного видения для военного, охранного и гражданского рынков23.
5. Вызовы и перспективы развития
Ограничения по удалению примесей: существующие методы с трудом справляются с удалением примесей легких элементов (например, бора, фосфора), что требует новых процессов легирования или технологий динамического контроля зоны расплава25.
Долговечность оборудования и энергоэффективность: Исследования сосредоточены на разработке высокотемпературных и коррозионностойких материалов для тиглей, а также систем радиочастотного нагрева для снижения энергопотребления и продления срока службы оборудования. Технология вакуумной дуговой переплавки (VAR) демонстрирует перспективность для рафинирования металлов47.
Технология зонной плавки развивается в направлении повышения чистоты, снижения стоимости и расширения области применения, укрепляя свою роль краеугольного камня в полупроводниках, возобновляемой энергетике и оптоэлектронике.
Дата публикации: 26 марта 2025 г.