Wat smelt zone?
Het smelten van zones is een zuiveringsproces voor kristallen, met name die welke worden gebruikt in halfgeleiders, waarbij warmte wordt gebruikt om onzuiverheden van de bovenkant van een kristal naar de onderkant van een kristal te duwen. Wanneer het kristal wordt verwarmd, worden de onzuiverheden naar de bodem van het kristal getrokken en wordt de bodem afgesneden, waardoor een gezuiverd monster achterblijft. Er zijn twee manieren om het smelten van zones uit te voeren, waarbij de verwarmingszone stationair of bewegend is; beide komen tot vergelijkbare resultaten. Het verfijnen van zones is het proces waarbij de smeltprocedure verschillende keren wordt uitgevoerd, totdat het kristal volledig is gezuiverd.
Om het smelten van zones te starten, wordt een kristal in een cilindrische smeltkroes geplaatst, waarbij een zaadkristal vanaf de bovenkant naar buiten steekt. Het entkristal is het belangrijkste gedeelte dat moet worden gezuiverd, hoewel een deel van het andere kristal ook zal worden gezuiverd. Een oven wordt dan bereid, met een smalle warmtezone nabij het midden, en het kristal wordt langzaam onderworpen aan de hittezone.
Er zijn twee hoofdmethoden voor het uitvoeren van een zone-smeltproces. In de Bridgman-methode beweegt de hete zone tegen de smeltkroes terwijl de smeltkroes stilstaat. De Stockbarger-methode is het tegenovergestelde, waarbij de smeltkroes door een hittezone beweegt. Hoewel complete tegenstellingen, doen beide hetzelfde.
Wanneer het kristal wordt onderworpen aan de hittezone, wordt het gesmolten. Hierdoor kunnen onzuiverheden in het kristal vrij bewegen en hebben ze de neiging zich te verplaatsen naar het koudere gedeelte dat niet door de warmtezone wordt geleid. Om alle onzuiverheden te laten bewegen, wordt het kristal zeer langzaam verwarmd, totdat de zuiverheden in de basis van het kristal worden getrokken. Het onderste gedeelte van het kristal wordt afgezaagd en laat een gezuiverd kristal achter.
Om ervoor te zorgen dat het smelten van zones succesvol is, wordt een proces genaamd zoneraffinage gebruikt. Dit is hetzelfde als het smelten van zones, maar het kristal wordt meerdere keren gezuiverd. Door dit meerdere keren hetzelfde kristal aan te doen, kunnen werknemers er zeker van zijn dat het kristal volledig vrij is van onzuiverheden.
Dit zuiveringsproces wordt hoofdzakelijk gedaan aan kristallen die als halfgeleiders worden gebruikt, maar het kan ook in andere toepassingen worden gebruikt. Halfgeleiders zijn in de engineering gebruikte stukken die geleidbaarheid hebben tussen een geleider en een isolator. Als er onzuiverheden in het kristal achterblijven, zouden ze de stroom van elektriciteit verstoren, waardoor het kristal te geleidend of niet geleidend genoeg wordt.