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:

Все значение (28) шт здесь, краткое описание ↓↓↓

ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКАметод очистки полупроводниковых материалов, таких, как германий и кремний, для применений в микроэлектронике, а других (металлов, химическ

ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКА - кристаллофизический метод рафинирования материалов; состоит в создании и перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного стержня из

ЗОННАЯ ПЛАВКА

Зо́нная пла́вка (зонная кристаллизация), процесс глубокой очистки вещества в технологии полупроводниковых материалов. Зонная плавка осуществляется расп

ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКА, кристаллофизический метод рафинирования материалов; состоит в создании и перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного стержня из

ЗОННАЯ ПЛАВКА

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

ЗОННАЯ ПЛАВКА

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

ЗОННАЯ ПЛАВКА

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

ЗОННАЯ ПЛАВКА

— кристаллофизический метод рафинирования материалов, состоящий в перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного твердого стержня из рафинируемого

ЗОННАЯ ПЛАВКА

Zone melting — Зонная плавка. Высоко локализованное плавление обычно индукционным нагреванием маленького объема металлического прутка. Перемещая виток

ЗОННАЯ ПЛАВКА

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

ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКА, кристаллофизический метод рафинирования материалов; состоит в создании и перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного стержня из

ЗОННАЯ ПЛАВКА

ЗОННАЯ ПЛАВКА , кристаллофизический метод рафинирования материалов; состоит в создании и перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного стержня из

ЗОННАЯ ПЛАВКА

[zonal melting] — метод рафинирования, заключающийся в перемещении узкой расплавленной зоны вдоль прутка (слитка, заготовки) из рафинированного металла

ЗОННАЯ ПЛАВКА

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

ЗОННАЯ ПЛАВКА

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

ЗОННАЯ ПЛАВКА

зо́нне то́плення, зо́нне вито́плювання

T: 156 M: 4 D: 4