Зонная плавка — это процесс очистки кристаллов, особенно используемых в полупроводниках, в котором используется тепло для удаления примесей из вершины кристалла к основанию кристалла. При нагревании кристалла примеси вытягиваются на дно кристалла, а дно отрезается, оставляя после себя очищенный образец. Существует два способа выполнения зонной плавки: зона нагрева либо стационарная, либо подвижная; оба приходят к одинаковым результатам. Зональная очистка – это процесс многократного выполнения процедуры плавления, пока кристалл не будет полностью очищен.
Для начала зонной плавки кристалл помещают в цилиндрический тигель, из верхней части которого выступает затравочный кристалл. Затравочный кристалл является основной частью, которую необходимо очистить, хотя некоторые другие кристаллы также будут очищены. Затем подготавливается печь с узкой зоной нагрева около центра, и кристалл медленно подвергается воздействию зоны нагрева.
Существует два основных метода проведения процесса зонной плавки. В методе Бриджмена горячая зона перемещается относительно тигля, в то время как тигель неподвижен. Метод Стокбаргера противоположен тиглю, перемещающемуся через зону нагрева. Будучи полными противоположностями, оба делают одно и то же.
Когда кристалл подвергается воздействию зоны нагрева, он становится расплавленным. Это позволяет примесям в кристалле свободно перемещаться, и они имеют тенденцию двигаться к более холодной части, которая не проходит через зону нагрева. Чтобы позволить всем примесям двигаться, кристалл нагревают очень медленно, пока чистота не втянется в основание кристалла. Нижняя часть кристалла отпиливается, оставляя после себя очищенный кристалл.
Чтобы обеспечить успешное зонное плавление, используется процесс, называемый зонным рафинированием. Это то же самое, что и зонная плавка, но кристалл очищается несколько раз. Делая это несколько раз с одним и тем же кристаллом, рабочие могут быть уверены, что кристалл полностью свободен от примесей.
Этот процесс очистки выполняется в первую очередь для кристаллов, которые используются в качестве полупроводников, но его также можно использовать в других приложениях. Полупроводники — это элементы, используемые в инженерии, которые имеют проводимость между проводником и изолятором. Если в кристалле останутся примеси, они будут мешать потоку электричества, делая кристалл либо слишком проводящим, либо недостаточно проводящим.