Hvad er zone-smeltning?

Zonesmeltning er en oprensningsproces for krystaller, især dem, der anvendes i halvledere, der bruger varme til at skubbe urenheder fra toppen af ​​en krystal til bunden af ​​en krystal. Når krystallen opvarmes, trækkes urenhederne til bunden af ​​krystallen, og bunden afskæres, hvilket efterlader et oprenset prøve. Der er to måder at udføre zone-smeltning med, hvor varmepladsen enten er stationær eller bevægelig; begge nå frem til lignende resultater. Zone-raffinering er processen til udførelse af smelteproceduren flere gange, indtil krystallen er fuldstændigt oprenset.

For at starte zone-smeltning anbringes en krystal i en cylindrisk digel med en frøkrystall der rager ud fra toppen. Frøkrystallen er den vigtigste del, der skal renses, selvom en del af den anden krystal også renses. Derefter fremstilles en ovn med en smal varmezone nær midten, og krystallen underkastes langsomt varmezonen.

Der er to hovedmetoder til udførelse af en zone-smeltningsproces. I Bridgman-metoden bevæger den varme zone sig mod diglen, mens diglen står stille. Stockbarger-metoden er det modsatte, hvor diglen bevæger sig gennem en varmezone. Mens komplette modsætninger gør begge ting den samme ting.

Når krystallen udsættes for varmezonen, smelter den. Dette tillader urenheder i krystallen at bevæge sig frit, og de har en tendens til at bevæge sig mod den koldere del, der ikke ledes gennem varmezonen. For at lade alle urenheder bevæge sig opvarmes krystallen meget langsomt, indtil renheden trækkes ind i bunden af ​​krystallen. Den nederste del af krystallen saves og efterlader en oprenset krystal.

For at sikre, at zone-smeltning er vellykket, anvendes en proces, der kaldes zoneraffinering. Dette er det samme som zone-smeltning, men krystallen renses flere gange. Ved at gøre dette flere gange til den samme krystal, kan arbejderne være sikre på, at krystallen er helt fri for urenheder.

Denne oprensningsproces udføres primært til krystaller, der bruges som halvledere, men den kan også bruges til andre anvendelser. Halvledere er stykker, der bruges i konstruktion, og som har ledningsevne mellem en leder og isolator. Hvis der forbliver urenheder i krystallen, vil de forstyrre strømmen af ​​elektricitet og gøre krystallen enten for ledende eller ikke ledende nok.