Электроника

ЗОННАЯ ПЛАВКА, метод перекристаллизации материалов посредством создания в образце из обрабатываемого материала небольшого расплавленного участка, т. и. зоны, и его «перемещения» по образцу. 3. п. можно подвергать почти все технически важные металлы, ПП и диэлектрики. Первое упоминание о применении 3. п. относится к 1927, когда этот метод был использован для очистки железа.
В технологии электронных приборов 3. п. применяется в лабораторной и производств, практике для получения чистых материалов с содержанием примесей 10~ —10~~ % (зонная очистка), для легирования и равномерного распределения примеси по слитку (зонное выравнивание), а также для получения монокристаллов и в др. целях.
Различают контейнерную и бестигельную 3. п. При контейнерной 3. л. образец помещают в спец. контейнер, к-рый медленно перемещается мимо нагревателей (рис 1). При этом иа одной поверхности раздела твёрдой и жидкой фаэ (фронт кристаллизации) происходит кристаллизация материала, а на др. (фронт плавления) — подпитка зоны исходным материалом. Контейнерная 3. п. применяется для очистки материала, ие взаимодействующего с материалом контейнера.
При бестигельной 3. п. расплавленная зона удерживается в основном силами поверхностного натяжения, поэтому такая 3. п. широко используется для материалов с достаточно высоким поверхностным натяжением и не очень большой плотностью в жидком состоянии (напр.. Si, Се, Мо, Pt, Pd, Pu, Nb). Обрабатываемый материал в виде стержня или вытянутого слитка устанавливают вертикально, а нагреватель размещается вокруг стержня (рис. 2). Наиболее широко в установках для 3. п. применяется индукц. нагрев токами ВЧ (для плавки в вакууме или в среде инертного газа в-в с хорошей электропроводностью), электронно-лучевой нагрев (для плавки в вакууме материалов с высокой темп-рой плавления), радиац. иагрев (для плавки материалов с низкой темп-рой плавления). В процессе плавки либо нагреватель перемещается относительно неподвижного образца, либо образец перемещается относительно нагревателя. Скорость перемещения расплавленных зон по образцу обычно 0,1—10 мм мин.
Зонная очистка осн. иа том, что при равновесии между жидкой и твёрдой фазами очищаемого материала растворимость примесей в них различна. Для получения чистых материалов обычно расплавленную зону перемещают по слитку неси, раз или создают иа слитке одновременно иеск. расплавленных зон с участками твёрдого материала между ними. Очистку заканчивают при достижении предельного (конечного) распределения примеси, к-рое не может быть изменено последующими перемещениями зон. Эффективность зонной очистки зависит от соотношения концентраций примеси в жидкой и твёрдой фазах очищаемого материала, от числа проходов и скорости перемещения эоны, от отношения длины слитка к ширине зоны. Очистка материала от газовых примесей обеспечивается откачкой выделяющихся из расплава газов (3. п. проводится в вакууме).
Зонное выравнивание состоит в том, что в расплавленную зону вводят легирующую добавку, к-рая при многократном перемещении эоны по слитку равномерно распределяется по его длине. Иногда для лучшего выравнивания распределения примесей по слитку расплавленную зону попеременно перемещают от начала слитка к концу и обратно.
Для получения монокристаллов применяют затравочный кристалл — монокрист. зародыш, ориентированный в нужном кристаллографич. направлении. В месте стыка затравочного кристалла со стержнем, подлежащим кристаллизации, создается расплавленная зона, захватывающая как часть стержня, так и часть затравки. На границе раздела фаэ «затравка — расплаве возникают тепловые условия, обеспечивающие при затвердевании расплава со стороны затравки контролируемую кристаллизацию в обусловленном затравкой направлении.