1. Descoperiri în prepararea materialelor de înaltă puritate
Materiale pe bază de siliciu: Puritatea monocristalelor de siliciu a depășit 13N (99,9999999999%) utilizând metoda zonei flotante (FZ), îmbunătățind semnificativ performanța dispozitivelor semiconductoare de mare putere (de exemplu, IGBT-uri) și a cipurilor avansate45. Această tehnologie reduce contaminarea cu oxigen printr-un proces fără creuzet și integrează CVD cu silan și metode Siemens modificate pentru a obține o producție eficientă de polisilicon cu grad de topire zonală47.
Materiale pe bază de germaniu: Purificarea optimizată prin topire zonală a ridicat puritatea germaniului la 13N, cu coeficienți de distribuție a impurităților îmbunătățiți, permițând aplicații în optica în infraroșu și detectoarele de radiații23. Cu toate acestea, interacțiunile dintre germaniul topit și materialele echipamentelor la temperaturi ridicate rămân o provocare critică23.
2. Inovații în procese și echipamente
Controlul dinamic al parametrilor: Ajustările vitezei de mișcare a zonei de topire, ale gradienților de temperatură și ale mediilor cu gaz protector — împreună cu monitorizarea în timp real și sistemele automate de feedback — au îmbunătățit stabilitatea și repetabilitatea procesului, minimizând în același timp interacțiunile dintre germaniu/siliciu și echipamente.
Producția de polisilicon: Metodele noi și scalabile pentru polisiliconul cu grad de topire zonală abordează provocările legate de controlul conținutului de oxigen în procesele tradiționale, reducând consumul de energie și crescând randamentul.47
3. Integrarea tehnologiei și aplicații interdisciplinare
Hibridizare prin cristalizare la topire: Tehnicile de cristalizare la topire cu consum redus de energie sunt integrate pentru a optimiza separarea și purificarea compușilor organici, extinzând aplicațiile de topire zonală în intermediarii farmaceutici și substanțele chimice fine.
Semiconductori de a treia generație: Topirea zonală este aplicată acum materialelor cu bandă interzisă largă, cum ar fi carbura de siliciu (SiC) și nitrura de galiu (GaN), suportând dispozitive de înaltă frecvență și temperatură ridicată. De exemplu, tehnologia cuptorului monocristal în fază lichidă permite o creștere stabilă a cristalelor de SiC prin controlul precis al temperaturii.
4. Scenarii de aplicații diversificate
Fotovoltaică: Polisiliconul cu topire zonală este utilizat în celulele solare de înaltă eficiență, atingând eficiențe de conversie fotoelectrică de peste 26% și stimulând progresele în domeniul energiei regenerabile.
Tehnologii cu infraroșu și detectoare: Germaniul de ultra-puritate permite dispozitive miniaturizate de imagistică în infraroșu și vedere nocturnă de înaltă performanță pentru piețele militare, de securitate și civile.
5. Provocări și direcții viitoare
Limitele eliminării impurităților: Metodele actuale se confruntă cu dificultăți în îndepărtarea impurităților din elemente ușoare (de exemplu, bor, fosfor), necesitând noi procese de dopare sau tehnologii dinamice de control al zonei de topire25.
Durabilitatea și eficiența energetică a echipamentelor: Cercetarea se concentrează pe dezvoltarea de materiale pentru creuzete rezistente la temperaturi ridicate și la coroziune, precum și a sistemelor de încălzire prin radiofrecvență, pentru a reduce consumul de energie și a prelungi durata de viață a echipamentelor. Tehnologia de retopire cu arc în vid (VAR) este promițătoare pentru rafinarea metalelor47.
Tehnologia de topire zonală avansează spre o puritate mai mare, costuri mai mici și o aplicabilitate mai largă, consolidându-și rolul de piatră de temelie în semiconductori, energie regenerabilă și optoelectronică.
Data publicării: 26 martie 2025