Nous desenvolupaments en la tecnologia de fusió per zones

1. Avenços en la preparació de materials d'alta puresa
Materials basats en silici: La puresa dels monocristalls de silici ha superat els 13N (99,9999999999%) utilitzant el mètode de zona flotant (FZ), millorant significativament el rendiment dels dispositius semiconductors d'alta potència (per exemple, IGBT) i els xips avançats.45 Aquesta tecnologia redueix la contaminació per oxigen mitjançant un procés sense gresol i integra la deposició química en fase (CVD) de silà i mètodes de Siemens modificats per aconseguir una producció eficient de polisilici de grau de fusió per zona.47
Materials de germani: La purificació optimitzada per fusió per zona ha elevat la puresa del germani a 13N, amb coeficients de distribució d'impureses millorats, cosa que permet aplicacions en òptica infraroja i detectors de radiació23. Tanmateix, les interaccions entre el germani fos i els materials dels equips a altes temperatures continuen sent un repte crític23.
2. Innovacions en processos i equips
Control dinàmic dels paràmetres: Els ajustaments a la velocitat de moviment de la zona de fusió, els gradients de temperatura i els entorns de gas protector, juntament amb la monitorització en temps real i els sistemes de retroalimentació automatitzats, han millorat l'estabilitat i la repetibilitat del procés alhora que minimitzen les interaccions entre el germani/silici i l'equip.
Producció de polisilici: Els nous mètodes escalables per al polisilici de grau de fusió per zona aborden els reptes de control del contingut d'oxigen en els processos tradicionals, reduint el consum d'energia i augmentant el rendiment.
3. Integració tecnològica i aplicacions interdisciplinàries
Hibridació per cristal·lització en estat fos: S'estan integrant tècniques de cristal·lització en estat fos de baixa energia per optimitzar la separació i purificació de compostos orgànics, ampliant les aplicacions de fusió per zona en intermediaris farmacèutics i productes químics fins.
Semiconductors de tercera generació: la fusió per zones ara s'aplica a materials de banda prohibida ampla com el carbur de silici (SiC) i el nitrur de gal·li (GaN), cosa que permet dispositius d'alta freqüència i alta temperatura. Per exemple, la tecnologia de forn de monocristall en fase líquida permet un creixement estable del cristall de SiC mitjançant un control precís de la temperatura.15
4. Escenaris d'aplicacions diversificades
Fotovoltaica: El polisilici de grau de fusió zonal s'utilitza en cèl·lules solars d'alta eficiència, aconseguint eficiències de conversió fotoelèctrica superiors al 26% i impulsant avenços en energies renovables.
Tecnologies d'infrarojos i detectors: El germani d'ultraalta puresa permet dispositius miniaturitzats d'imatge infraroja i visió nocturna d'alt rendiment per als mercats militar, de seguretat i civils.
5. Reptes i futures direccions
‌Límits d'eliminació d'impureses‌: Els mètodes actuals tenen dificultats per eliminar les impureses d'elements lleugers (per exemple, bor, fòsfor), cosa que requereix nous processos de dopatge o tecnologies de control dinàmic de la zona de fusió‌25.
Durabilitat i eficiència energètica dels equips: La recerca se centra en el desenvolupament de materials de gresol resistents a altes temperatures i a la corrosió, i sistemes de calefacció per radiofreqüència per reduir el consum d'energia i allargar la vida útil dels equips. La tecnologia de refusió per arc al buit (VAR) és prometedora per al refinament de metalls47.
La tecnologia de fusió per zones avança cap a una major puresa, un menor cost i una aplicabilitat més àmplia, consolidant el seu paper com a pedra angular en semiconductors, energies renovables i optoelectrònica.