Che cos'è la fusione di zone?
La fusione per zona è un processo di purificazione per i cristalli, in particolare quelli utilizzati nei semiconduttori, che utilizza il calore per spingere le impurità dalla cima di un cristallo al fondo di un cristallo. Quando il cristallo viene riscaldato, le impurità vengono tirate sul fondo del cristallo e il fondo viene tagliato, lasciando dietro di sé un campione purificato. Esistono due modi per eseguire lo scioglimento di una zona, con la zona di calore fissa o mobile; entrambi arrivano a risultati simili. La raffinazione della zona è il processo di esecuzione della procedura di fusione più volte, fino a quando il cristallo non è completamente purificato.
Per iniziare la fusione della zona, un cristallo viene inserito in un crogiolo cilindrico, con un cristallo di seme che sporge dall'alto. Il cristallo di seme è la porzione principale che deve essere purificata, anche se alcuni degli altri cristalli saranno purificati. Viene quindi preparata una fornace, con una zona di calore stretta vicino al centro, e il cristallo viene lentamente sottoposto alla zona di calore.
Esistono due metodi principali per eseguire un processo di fusione di zona. Nel metodo Bridgman, la zona calda si muove contro il crogiolo mentre il crogiolo è fermo. Il metodo Stockbarger è l'opposto, con il crogiolo che si muove attraverso una zona di calore. Mentre opposti completi, entrambi fanno la stessa cosa.
Quando il cristallo viene sottoposto alla zona di calore, diventa fuso. Ciò consente alle impurità nel cristallo di muoversi liberamente e tendono a spostarsi verso la parte più fredda che non viene fatta passare attraverso la zona di calore. Per consentire a tutte le impurità di muoversi, il cristallo viene riscaldato molto lentamente, fino a quando le purezza non vengono attratte nella base del cristallo. La parte inferiore del cristallo viene segata, lasciando dietro di sé un cristallo purificato.
Per garantire che la fusione della zona abbia esito positivo, viene utilizzato un processo chiamato raffinazione della zona. Questo è lo stesso della fusione di zona, ma il cristallo viene purificato più volte. In questo modo più volte sullo stesso cristallo, i lavoratori possono essere sicuri che il cristallo sia completamente privo di impurità.
Questo processo di purificazione viene eseguito principalmente per i cristalli che vengono utilizzati come semiconduttori, ma può anche essere utilizzato in altre applicazioni. I semiconduttori sono pezzi utilizzati in ingegneria che hanno conduttività tra un conduttore e un isolante. Se le impurità rimangono nel cristallo, interferirebbero con il flusso di elettricità, rendendo il cristallo troppo conduttivo o non abbastanza conduttivo.