Vad är zonsmältning?

Zonsmältning är en reningsprocess för kristaller, särskilt de som används i halvledare, som använder värme för att driva föroreningar från toppen av en kristall till botten av en kristall. När kristallen upphettas dras föroreningarna till kristallens botten och botten skärs av, vilket lämnar ett renat prov kvar. Det finns två sätt att utföra zonsmältning, med värmezonen antingen stationär eller rörlig; båda når liknande resultat. Zonraffinering är processen för att utföra smältförfarandet flera gånger tills kristallen är helt renad.

För att påbörja zonsmältningen placeras en kristall i en cylindrisk degel, med en utsädeskristall som tränger ut från toppen. Frökristallen är den huvudsakliga delen som måste renas, även om en del av den andra kristallen också kommer att renas. En ugn framställs sedan med en smal värmezon nära mitten och kristallen underkastas långsamt värmezonen.

Det finns två huvudmetoder för att utföra en zonsmältningsprocess. I Bridgman-metoden rör sig den heta zonen mot degeln medan degeln är stillastående. Stockbarger-metoden är motsatt, med degeln som rör sig genom en värmezon. Medan fullständiga motsatser gör båda samma sak.

När kristallen utsätts för värmesonen blir den smält. Detta tillåter föroreningar i kristallen att röra sig fritt, och de tenderar att röra sig mot den kallare delen som inte passerar genom värmezonen. För att låta alla föroreningar röra sig upphettas kristallen mycket långsamt tills renheten dras in i kristallen. Kristallens nedre del sågas bort och lämnar en renad kristall kvar.

För att säkerställa att zonsmältningen är framgångsrik används en process som kallas zonraffinering. Detta är samma som zonsmältning, men kristallen renas flera gånger. Genom att göra detta flera gånger till samma kristall kan arbetarna vara säkra på att kristallen är helt fri från föroreningar.

Denna rening görs främst till kristaller som används som halvledare, men den kan också användas i andra applikationer. Halvledare är delar som används i konstruktion som har konduktivitet mellan en ledare och isolator. Om föroreningar kvarstår i kristallen skulle de störa elflödet och göra kristallen antingen för ledande eller inte ledande nog.