ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКА, зонная перекристаллизация, кристаллофизич. метод рафинирования материалов, к-рый состоит в перемещении узкой расплавл. зоны вдоль длинного твёрдого стержня из рафинируемого материала. 3. п. можно подвергать почти все технически важные металлы, полупроводники, диэлектрики, неорганич. и органич. соединения - св. 120 веществ.

Первое упоминание о применении 3. п. относится к 1927, когда этот метод был использован для очистки железа. Широкую известность 3. п. получила в 1952 благодаря работам В. Пфанна (США), к-рый применил её для получения германия высокой степени чистоты в спец. контейнере (контейнерная 3. п.).

Для осуществления контейнерной 3. п. на твёрдой загрузке, помещ. в контейнер, создаётся небольшой расплавл. участок, наз. зоной, к-рый перемещается вдоль загрузки. При этом на одной поверхности раздела твёрдой и жидкой фаз (фронт кристаллизации) происходит кристаллизация материала, а на другой (фронт плавления)- подпитка зоны исходным материалом. Контейнерная 3. п. применяется для очистки материала, не взаимодействующего с материалом контейнера. Для очистки полупроводникового кремния П. Кек и М. Голей (США) в 1953 предложили метод бестигельной 3. п. вертикально располож. стержня (т. н. метод плавающей зоны). При этом расплавл. зона удерживается в основном силами поверхностного натяжения, поэтому бестигельная 3. п. широко применяется для тугоплавких или активных материалов с достаточно высоким поверхностным натяжением и не очень большой плотностью в жидком состоянии (кремний, германий, молибден, вольфрам, платина, паладий, рений, ниобий и др.). После 1955 3. п. широко применяется в лабораторной и заводской практике для получения чистых материалов с содержанием примесей до 10-7-10-9% (т. н. зонная очистка), для легирования и равномерного распределения примеси по слитку (т. н. зонное выравнивание), а также для выращивания монокристаллов, концентрирования примесей в аналитич. практике, создания эталонов высокой чистоты, исследования диаграмм состояния и пр. Зонная очистка основана на том, что при равновесии между жидкой и твёрдой фазами растворимость примесей в жидкой и твёрдой фазах различна. Для получения чистых материалов обычно расплавл. зону перемещают по слитку неск. раз или одновременно на слитке создают неск. перемещающихся расплавл. зон с участками твёрдого материала между ними. Скорость перемещения расплавл. зон обычно 0,1-10 мм/мин, число проходов 10-15 и более. Очистку заканчивают при достижении предельного (конечного) распределения примеси, к-рое не может быть изменено последующими перемещениями зон.

Эффективность зонной очистки материала от примеси зависит от коэффициента распределения этой примеси - отношения концентрации примеси в твёрдой фазе к концентрации в жидкой фазе, от количества проходов и скорости перемещения зоны, от отношения длины слитка к длине зоны. Зонное выравнивание заключается в том, что в первую зону помещается легирующая добавка, к-рая при многократном перемещении зоны по слитку равномерно распределяется по его длине. Иногда для равномерного распределения примеси по слитку применяют попеременное движение зоны от начала к концу слитка и обратно. 3. п. может быть использована одновременно с очисткой и для получения монокристаллов. Для этого применяется затравочный кристалл - монокристаллический зародыш, ориентированный в заданном кристаллографическом направлении. В месте стыка затравочного кристалла со стержнем, подлежащим 3. п., создаётся первая расплавл. зона, причём расплавляется часть стержня и часть затравки. На границе раздела фаз "затравка - расплав" создаются тепловые условия, обеспечивающие при затвердевании расплава со стороны затравки контролируемую кристаллизацию в обусловленном затравкой направлении. Особый вид - 3. п. с температурным градиентом (метод изготовления р-п переходов, получения фосфидов и арсенидов галлия и индия). В этом случае между границами жидкой зоны создаётся разность температур и концентраций. В связи с различной растворимостью компонентов системы при различной темп-ре происходит перемещение зоны в направлении градиента темп-р. Обычно скорости перемещения зоны 0,1-1,0 мм/ч, температурная разность до 80 град/мм.

В зависимости от назначения, условий проведения процесса и производительности для 3. п. применяется разнообразная аппаратура. По способу осуществления различают контейнерные и бестигельные установки, к-рые в свою очередь делятся по характеру процесса на периодич., методич. и непрерывные; по расположению плавящегося материала - на горизонт. и вертик.; по способу перемещения зоны - на установки с перемещающимся слитком или нагревателем; по способу нагрева зоны - на установки, использующие нагреватели сопротивления (для материалов с темп-рой плавления до 1500 °С), индукционный нагрев (для плавки веществ с хорошей электропроводностью в вакууме или инертной газовой среде), электроннолучевой нагревдля плавки в вакууме материалов с высокой темп-рой плавления), радиац. нагрев (для материалов с низкой температурой плавления), нагрев теплопроводностью, джоулевым теплом и пр.; по способу перемешивания зоны (конвентивное, механич., электромагнитное); по составу атмосферы (вакуум, инертный или защитный газ).

Рис.1.Схемаконтейнерной зонной плавки.

Аппаратура контейнерной 3. п. (рис. 1) представляет собой горизонтальную трубу 1, в к-рой перемещается контейнер 2 с очищаемой загрузкой 4. Нагреватели 3 устанавливаются снаружи трубы и нагревают либо загрузку, либо контейнер. Зонноочищенные слитки олова достигают 60 кг, германия - 10 кг, арсенида галлия - 1 кг. Бестигельная 3. п. (рис. 2) осуществляется в вертикальной трубе 1, в к-рой устанавливается подлежащий очистке стержень 2. Нагреватель 3 располагается вокруг стержня снаружи или внутри трубы. Диаметр зонноочищенных слитков кремния достигает 35-50 мм, бериллия, железа - 25 мм, ванадия - 15 мм.

Рис.2. Схема бестигельной зонной плавки.

Контейнерная 3. п. развивается в направлении создания установок и процессов непрерывной 3. п. (зоннопустотный, зоннотранспортный, электродинамич. методы и др.), увеличения интенсивности очистки, уменьшения неоднородности получаемых кристаллов, увеличения степени их чистоты. Развитие бестигельной 3. п. осуществляется по пути увеличения размеров монокристаллов (диаметр 55-65 мм), интенсификации процесса очистки, достижения однородности распределения примесей и дефектов структуры. Разработка оптимальных режимов, создание более совершенной аппаратуры, автоматизация процесса, применение методов программирования характеризуют общую тенденцию развития 3. п.

Лит.: Парр Н., Зонная очистка и ее техника, пер. с англ., М., 1963; Зонная плавка сб. под ред. В. Н. Вигдоровича, М., 1966; Романенко В. Н., Получение однородных полупроводниковых кристаллов, М., 1966; Вигдорович В. Н., Очистка металлов и полупроводников кристаллизацией, М., 1969; Пфанн В. Дж., Зонная плавка, пер. с англ., М., 1960.

К. Я. Неймарк.




Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

ЗОННАЯ ТЕОРИЯ →← ЗОНИРОВАНИЕ ГОРОДСКИХТЕРРИТОРИЙ

Смотреть что такое ЗОННАЯ ПЛАВКА в других словарях:

ЗОННАЯ ПЛАВКА

        зонная перекристаллизация, кристаллофизический метод рафинирования материалов, который состоит в перемещении узкой расплавленной зоны вдоль дли... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКАметод очистки полупроводниковых материалов, таких, как германий и кремний, для применений в микроэлектронике, а других (металлов, химических соединений) - в основном для научных исследований. При использовании этого метода по длинному слитку твердого материала медленно перемещают узкую зону расплава, в результате чего благодаря рекристаллизации происходит перераспределение примесей, растворенных в слитке. Окончательное распределение примесей зависит от их первоначального распределения, числа и ширины зон расплава и направления их движения. Наиболее важное значение имеют два варианта зонной плавки - зонная очистка и зонное выравнивание.Зонная очистка. Метод состоит в том, что некоторое число расплавленных зон перемещают по слитку в одном направлении. Каждая зона переносит определенное количество примесей к концу слитка, очищая от них остальную его часть.Зонная очистка была разработана в начале 1950-х годов В.Пфанном, тогда являвшимся сотрудником фирмы "Белл телефон лэбораторис", как метод получения сверхчистого германия - полупроводникового материала, широко применявшегося для изготовления транзисторов (cм. также ТРАНЗИСТОР). Она позволяет получать германий с содержанием примесей менее 0,0001%. Зонная плавка была применена также для очистки многих других полупроводниковых материалов, металлов, органических и неорганических соединений, став ценным методом фундаментальных научных исследований и важной промышленной технологией. См. также ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ; ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ; ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА.Методика зонной очистки. Германиевый слиток, помещенный в графитовую лодочку, перемещают внутри ряда кольцевых индукционных нагревателей (см. рисунок). Каждый нагреватель расплавляет узкий участок слитка. При перемещении слитка через нагреватель расплавленная зона перемещается по слитку, и растворенные примеси, переходя через переднюю границу раздела твердой и жидкой фаз, накапливаются в расплаве и переносятся к концу слитка.Таким образом, процесс зонной очистки основан на фракционной рекристаллизации, которая может быть многократно повторена. В конечном счете достигается некий предельный уровень очистки, после которого дальнейшее увеличение числа проходов зоны не дает эффекта. При данной ширине зоны предельный уровень чистоты тем выше, чем длиннее слиток. Длину слитка обычно выбирают так, чтобы она была примерно в 10 раз больше ширины зоны.Метод плавающей зоны. Этот метод особенно подходит для очистки кремния. Установка представляет собой вакуумную камеру с закрепленным в ней вертикально кремниевым стержнем, окруженным витком из медной трубки. Медный виток служит нагревательным индуктором и токами высокой частоты расплавляет узкую поперечную зону стержня. Нагревательный виток можно перемещать вверх по стержню либо, при неподвижном витке, перемещать слиток. В обоих случаях расплавленная зона тоже перемещается и переносит оказавшиеся в ней примеси.Методом плавающей зоны был получен кремний очень высокой чистоты; он пригоден также для очистки металлов с высокой температурой плавления - молибдена, вольфрама, железа, ниобия и рения.Непрерывная зонная очистка. В рассмотренных выше вариантах метода проводится зонная очистка слитка ограниченной длины, от которого после определенного числа проходов зоны отделяют конец с повышенным содержанием примесей. При непрерывной же зонной очистке исходный материал непрерывно подается в установку, так что образуются два непрерывных встречных потока: один - чистого материала (продукт), а другой - загрязненного (отходы).Зонное выравнивание. В соответствии с требованиями промышленного производства полупроводниковых материалов был разработан метод зонного выравнивания, позволяющий вводить в германий контролируемые количества равномерно распределенных легирующих примесей.Ранее монокристаллический германий получали методом вытягивания из расплава: в расплав германия, находящийся в тигле, опускали небольшой "затравочный" кристалл и, медленно вытягивая затравку, выращивали большой монокристалл германия (см. также ТРАНЗИСТОР). При таком методе вследствие перераспределения примесей на границе кристаллизации происходит их накопление в расплаве, вследствие чего их распределение в вытянутом монокристалле оказывается неравномерным (концентрация в разных точках может различаться в 2 раза). В производстве же транзисторов требуется, чтобы колебания концентрации не превышали малой доли процента.В одном из вариантов зонного выравнивания поликристаллический слиток чистого германия помещают в горизонтальную трубу или лодочку из плавленого кварца. С одного конца загруженного материала помещают монокристаллическую германиевую затравку. Нагревательный виток создает расплавленную зону в месте соприкосновения затравки со слитком. В зону вводят крупинку легирующего материала (индия или сурьмы), а затем медленно перемещают зону вдоль слитка. Легирующая примесь в малых, но постоянных количествах переходит в затвердевающий германий позади расплавленной зоны. В результате получается монокристалл с весьма однородным содержанием примеси почти по всей его длине.... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

зо́нная пла́вка (зонная кристаллизация), процесс глубокой очистки вещества в технологии полупроводниковых материалов. Зонная плавка осуществляется р... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

Зо́нная пла́вка (зонная кристаллизация), процесс глубокой очистки вещества в технологии полупроводниковых материалов. Зонная плавка осуществляется расплавлением небольшого участка (зоны) или нескольких участков твёрдого слитка и последовательным их перемещением вдоль слитка. <p class="tab">Принципиальная схема зонной плавки показана на рисунке. Слиток металла 2 помещают в контейнер-лодочку 1, который устанавливается в кварцевой трубе 3. Вслед за движущейся расплавленной зоной 5 происходит кристаллизация металла 6. В ряде случаев очищаемый материал помещается в вертикально расположенный цилиндрический контейнер. Нагрев для создания расплавленной зоны осуществляется нагревателями сопротивления 4, токами высокой частоты, электродуговым и электронно-лучевым способами. Для исключения возможного загрязнения материала слитка из окружающей среды зонную плавку проводят в вакууме или атмосфере инертного газа. Очистка материала происходит вследствие различного распределения примесей между твёрдой и жидкой фазами. Для достижения глубокой очистки требуется, как правило, большое число (не менее 10) проходов расплавленной зоны. Остаточное содержание примесей в очищенном таким способом материале составляет не более 10-4 % масс (1 атом примеси на 1 000 000 атомов основного вещества). </p><p class="tab"><img style="max-width:650px;" src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/1607/313e6fad-9a60-449d-8537-a28e300a5860" title="ЗОННАЯ ПЛАВКА фото" alt="ЗОННАЯ ПЛАВКА фото" border="0" class="responsive-img img-responsive"> </p><p class="tab">Схема горизонтальной зонной плавки </p><p class="tab"> </p><p class="tab">Зонная плавка высокореакционных материалов осуществляется бестигельным методом: слиток располагают вертикально и закрепляют сверху и снизу. Расплавленный участок такого слитка удерживается между твёрдыми участками силами поверхностного натяжения и может перемещаться вдоль слитка вверх и вниз (метод бестигельной зонной плавки). Вращение твёрдых частей кристалла относительно друг друга вокруг вертикальной оси обеспечивает перемешивание расплава в жидкой зоне и возможность получения кристаллов цилиндрической формы. Горизонтальная зонная плавка применяется для производства особо чистых кристаллов кремния, индия, галлия, других металлов и соединений, используемых в производстве полупроводниковых приборов.</p>... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

[zonal melting] — метод рафинирования, заключающийся в перемещении узкой расплавленной зоны вдоль прутка (слитка, заготовки) из рафинированного металла или сплава; основанный на разных растворимостях разных элементов в твердых и жидких фазах материала; применяется для получения чистых металлов и полупроводников, выращивания монокристаллов и т.д. В зависимости от конструкции устройства различают вертикальную, горизонтальную, бестигельную и другие виды зонной плавка.<br>Смотри также:<br> — Плавка<br> — электронно-лучевая плавка<br> — шахтная плавка<br> — циклонная плавка<br> — сократительная плавка<br> — руднотермическая плавка<br> — реакционная плавка<br> — полупиритная плавка<br> — плазменная плавка<br> — плавка во взвешенном состоянии<br> — плавка Ванюкова<br> — пиритная плавка<br> — отражательная плавка<br> — осадительная плавка<br> — ликвационная плавка<br> — кислородно-факельная плавка<br> — кислородно-взвешенная плавка<br> — КИВЦЕТ-плавка<br> — гарнисажная плавка<br> — восстановительная плавка<br> — вакуумная плавка<br> — автогенная плавка<br> — разделительная плавка (ОРФОРД-процесс)<br> — плавка в жидкой ванне (ПЖВ)<br> — вакуумная индукционная плавка (ВИП)<br> — медно-серная плавка <br>... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

зонная перекристаллизация, - кристаллофиз. метод рафинирования материалов, заключающийся в перемещении узкой расплавл. зоны вдоль длинного тнёрдого сте... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

Zone melting — Зонная плавка. Высоко локализованное плавление обычно индукционным нагреванием маленького объема металлического прутка. Перемещая виток индуктора по стержню, расплавленная зона проходит с одного конца на другой. В бинарных составах, где имеется большое различие в составе на линиях ликвидус и солидус, высокая чистота может быть достигнута путем концентрации одного из элементов в жидкости, движущейся вдоль стержня. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО "Профессионал", НПО "Мир и семья"; Санкт-Петербург, 2003 г.)... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКА, метод очистки кристаллов, особенно тех, что применяются в ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ приборах. Материал помещается в длинную трубку и проводится ... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКА, кристаллофизический метод рафинирования материалов; состоит в создании и перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного стержня из рафинируемого материала. Применяется для получения чистых металлов и полупроводников (содержание примесей 10-7 - 10-9%), выращивания монокристаллов и т. д.<br><br><br>... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКА - кристаллофизический метод рафинирования материалов; состоит в создании и перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного стержня из рафинируемого материала. Применяется для получения чистых металлов и полупроводников (содержание примесей 10-7 - 10-9%), выращивания монокристаллов и т. д.<br>... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКА , кристаллофизический метод рафинирования материалов; состоит в создании и перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного стержня из рафинируемого материала. Применяется для получения чистых металлов и полупроводников (содержание примесей 10-7 - 10-9%), выращивания монокристаллов и т. д.... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКА, кристаллофизический метод рафинирования материалов; состоит в создании и перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного стержня из рафинируемого материала. Применяется для получения чистых металлов и полупроводников (содержание примесей 10-7 - 10-9%), выращивания монокристаллов и т. д.... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

— кристаллофизический метод рафинирования материалов, состоящий в перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного твердого стержня из рафинируемого металла. 3онная плавка широко применяют для получения чистых материалов с содержанием примесей до 10<sup>-9</sup>% (так называем зонная очистка).<br><br>... смотреть

ЗОННАЯ ПЛАВКА

— см. Плавление зонное.Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра.Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др..1978.

ЗОННАЯ ПЛАВКА

• pásmová tavba• pásmové tavení• zonální tavba• zonální tavení• zónová tavba• zónové tavení

ЗОННАЯ ПЛАВКА

zone melting* * *zone melting

ЗОННАЯ ПЛАВКА

крист. zone melting, floating zone method

ЗОННАЯ ПЛАВКА

зо́нне то́плення, зо́нне вито́плювання

ЗОННАЯ ПЛАВКА

floating-zone melting, zone melting

T: 41