Co je to tavení zóny?

Tavení v zóně je proces čištění krystalů, zejména těch, které se používají v polovodičích a které používají teplo k tlačení nečistot z horní části krystalu na spodní část krystalu. Když se krystal zahřeje, nečistoty se přitáhnou ke dnu krystalu a dno se odřízne a zanechá za sebou čištěný vzorek. Existují dva způsoby, jak provést roztavení zóny, s tepelnou zónou buď stacionární, nebo pohyblivou; oba dospějí k podobným výsledkům. Rafinace zóny je proces provádění tavení několikrát, dokud není krystal zcela vyčištěn.

K zahájení tavení zóny se krystal umístí do válcového kelímku a semenný krystal vyčnívá shora. Očkovací krystal je hlavní část, která musí být čištěna, i když některé další krystaly budou také čištěny. Potom se připraví pec s úzkou tepelnou zónou blízko středu a krystal se pomalu vystaví tepelné zóně.

Existují dvě hlavní metody provádění procesu tavení zóny. V metodě Bridgman se horká zóna pohybuje proti kelímku, zatímco kelímek stojí. Stockbargerova metoda je opakem, přičemž kelímek se pohybuje přes tepelnou zónu. I když jsou úplné protiklady, dělají totéž.

Když je krystal vystaven tepelné zóně, stává se roztaveným. To umožňuje, aby se nečistoty v krystalu volně pohybovaly a mají tendenci se pohybovat směrem k chladnější části, která neprochází tepelnou zónou. Aby se všechny nečistoty pohybovaly, krystal se zahřívá velmi pomalu, dokud nejsou čistoty vtaženy do základny krystalu. Spodní část krystalu se odřízne a zanechá za sebou čištěný krystal.

Aby bylo zajištěno, že tavení zóny bude úspěšné, použije se proces zvaný rafinace zóny. To je stejné jako tání v zóně, ale krystal je několikrát vyčištěn. Tím, že to několikrát provedete se stejným krystalem, si pracovníci mohou být jisti, že krystal je zcela bez nečistot.

Tento proces čištění se provádí především u krystalů, které se používají jako polovodiče, ale lze je také použít v jiných aplikacích. Polovodiče jsou kusy používané ve strojírenství, které mají vodivost mezi vodičem a izolátorem. Pokud nečistoty zůstanou v krystalu, narušují by tok elektřiny, takže krystal buď bude příliš vodivý nebo nebude dostatečně vodivý.