Nye utviklinger innen sonesmelteteknologi

1. Gjennombrudd innen fremstilling av materialer med høy renhet
Silisiumbaserte materialer: Renheten til silisium-enkeltkrystaller har overgått 13N (99,9999999999 %) ved bruk av flytende sonemetoden (FZ), noe som forbedrer ytelsen til høyeffekts halvlederkomponenter (f.eks. IGBT-er) og avanserte brikker betydelig. Denne teknologien reduserer oksygenforurensning gjennom en digelfri prosess og integrerer silan-CVD og modifiserte Siemens-metoder for å oppnå effektiv produksjon av polysilisium av sonesmeltekvalitet.
Germaniummaterialer: Optimalisert sonesmelterensing har økt germaniums renhet til 13N, med forbedrede urenhetsfordelingskoeffisienter, noe som muliggjør bruksområder innen infrarød optikk og strålingsdetektorer23. Imidlertid er interaksjoner mellom smeltet germanium og utstyrsmaterialer ved høye temperaturer fortsatt en kritisk utfordring23.
2. Innovasjoner innen prosess og utstyr
Dynamisk parameterkontroll: Justeringer av smeltesonens bevegelseshastighet, temperaturgradienter og beskyttende gassmiljøer – kombinert med sanntidsovervåking og automatiserte tilbakemeldingssystemer – har forbedret prosessstabilitet og repeterbarhet, samtidig som interaksjoner mellom germanium/silisium og utstyr minimeres.
‌Produksjon av polysilisium‌: Nye skalerbare metoder for polysilisium av sonesmeltekvalitet løser utfordringer med kontroll av oksygeninnhold i tradisjonelle prosesser, reduserer energiforbruket og øker utbyttet‌47.
3. Teknologiintegrasjon og tverrfaglige applikasjoner
Smeltekrystalliseringshybridisering: Lavenergi-smeltekrystalliseringsteknikker integreres for å optimalisere separasjon og rensing av organiske forbindelser, og utvide sonesmeltingsapplikasjoner i farmasøytiske mellomprodukter og finkjemikalier.
Tredje generasjons halvledere: Sonesmelting brukes nå på materialer med bredt båndgap som silisiumkarbid (SiC) og galliumnitrid (GaN), og støtter høyfrekvente og høytemperaturenheter. For eksempel muliggjør væskefase-enkrystallovnsteknologi stabil SiC-krystallvekst via presis temperaturkontroll.
4. ‌Merkbare applikasjonsscenarier‌
Fotovoltaisk energi: Polysilisium av sonesmeltekvalitet brukes i høyeffektive solceller, og oppnår fotoelektrisk konverteringseffektivitet på over 26 % og driver frem fremskritt innen fornybar energi.
Infrarød- og detektorteknologi: Germanium med ultrahøy renhet muliggjør miniatyriserte infrarøde bildebehandlings- og nattsynsenheter med høy ytelse for militære, sikkerhetsmessige og sivile markeder.
5. Utfordringer og fremtidige retninger
Grenser for fjerning av urenheter: Nåværende metoder sliter med å fjerne urenheter fra lette grunnstoffer (f.eks. bor, fosfor), noe som nødvendiggjør nye dopingprosesser eller dynamiske smeltesonekontrollteknologier.
Utstyrs holdbarhet og energieffektivitet: Forskningen fokuserer på å utvikle høytemperaturbestandige, korrosjonsbestandige digelmaterialer og radiofrekvensvarmesystemer for å redusere energiforbruket og forlenge utstyrets levetid. Vakuumbueomsmeltingsteknologi (VAR) viser lovende resultater for metallforedling47.
Sonesmelteteknologi går mot høyere renhet, lavere kostnader og bredere anvendelighet, og befester sin rolle som en hjørnestein innen halvledere, fornybar energi og optoelektronikk.