Qu'est-ce que la fusion de zones?
La fusion par zones est un processus de purification des cristaux, en particulier ceux utilisés dans les semi-conducteurs, qui utilise la chaleur pour pousser les impuretés du sommet d'un cristal au bas d'un cristal. Lorsque le cristal est chauffé, les impuretés sont attirées vers le bas du cristal et le fond est coupé, laissant un échantillon purifié. Il existe deux manières de réaliser la fusion de zone, la zone de chauffage étant soit fixe, soit en mouvement. les deux arrivent à des résultats similaires. Le raffinage par zone est le processus consistant à effectuer la procédure de fusion plusieurs fois, jusqu'à ce que le cristal soit complètement purifié.
Pour démarrer la fusion de zone, un cristal est placé dans un creuset cylindrique, avec un germe cristallin sortant du haut. Le germe de cristal est la partie principale qui doit être purifiée, bien que certains des autres cristaux le soient également. Un four est ensuite préparé, avec une zone de chaleur étroite près du centre, et le cristal est lentement soumis à la zone de chaleur.
Il existe deux méthodes principales pour effectuer un processus de fusion de zone. Dans la méthode de Bridgman, la zone chaude se déplace contre le creuset tandis que le creuset est immobile. La méthode Stockbarger est l’inverse, le creuset traversant une zone de chaleur. Bien qu'ils soient complètement opposés, les deux font la même chose.
Lorsque le cristal est soumis à la zone de chaleur, il devient fondu. Cela permet aux impuretés dans le cristal de se déplacer librement et elles ont tendance à se déplacer vers la partie plus froide qui ne passe pas à travers la zone de chaleur. Pour permettre à toutes les impuretés de se déplacer, le cristal est chauffé très lentement, jusqu'à ce que les puretés soient attirées à la base du cristal. La partie inférieure du cristal est sciée, laissant derrière elle un cristal purifié.
Pour que la fusion de zone soit réussie, un processus appelé affinage de zone est utilisé. C’est la même chose qu’une zone de fusion, mais le cristal est purifié plusieurs fois. En faisant cela plusieurs fois sur le même cristal, les ouvriers peuvent être certains que le cristal est entièrement exempt d'impuretés.
Ce processus de purification concerne principalement les cristaux utilisés comme semi-conducteurs, mais il peut également être utilisé dans d'autres applications. Les semi-conducteurs sont des composants utilisés en ingénierie qui présentent une conductivité entre un conducteur et un isolant. Si des impuretés restent dans le cristal, elles interféreraient avec le flux d'électricité, le rendant soit trop conducteur, soit pas assez conducteur.