ज़ोन मेल्टिंग प्रौद्योगिकी में नवीन विकास

1. उच्च शुद्धता सामग्री तैयार करने में सफलता
सिलिकॉन-आधारित सामग्री: फ्लोटिंग ज़ोन (FZ) विधि का उपयोग करके सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल की शुद्धता 13N (99.9999999999%) से अधिक हो गई है, जो उच्च-शक्ति अर्धचालक उपकरणों (जैसे, IGBTs) और उन्नत चिप्स के प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है45। यह तकनीक क्रूसिबल-मुक्त प्रक्रिया के माध्यम से ऑक्सीजन संदूषण को कम करती है और ज़ोन-मेल्टिंग-ग्रेड पॉलीसिलिकॉन47 के कुशल उत्पादन को प्राप्त करने के लिए सिलेन CVD और संशोधित सीमेंस विधियों को एकीकृत करती है।
जर्मेनियम सामग्री: अनुकूलित ज़ोन पिघलने शुद्धिकरण ने जर्मेनियम की शुद्धता को 13N तक बढ़ा दिया है, साथ ही अशुद्धता वितरण गुणांक में सुधार किया है, जिससे इन्फ्रारेड ऑप्टिक्स और विकिरण डिटेक्टरों में अनुप्रयोगों को सक्षम किया जा सकता है23। हालांकि, उच्च तापमान पर पिघले हुए जर्मेनियम और उपकरण सामग्री के बीच परस्पर क्रिया एक गंभीर चुनौती बनी हुई है23।
2. प्रक्रिया और उपकरण में नवाचार
गतिशील पैरामीटर नियंत्रण: पिघलन क्षेत्र की गति, तापमान ढाल और सुरक्षात्मक गैस वातावरण में समायोजन - वास्तविक समय की निगरानी और स्वचालित प्रतिक्रिया प्रणालियों के साथ मिलकर - जर्मेनियम / सिलिकॉन और उपकरणों के बीच बातचीत को कम करते हुए प्रक्रिया स्थिरता और पुनरावृत्ति को बढ़ाया है।
पॉलीसिलिकॉन उत्पादन: ज़ोन-मेल्टिंग-ग्रेड पॉलीसिलिकॉन के लिए नवीन स्केलेबल विधियाँ पारंपरिक प्रक्रियाओं में ऑक्सीजन सामग्री नियंत्रण चुनौतियों का समाधान करती हैं, ऊर्जा की खपत को कम करती हैं और उपज को बढ़ाती हैं47.
3. प्रौद्योगिकी एकीकरण और अंतर-अनुशासनात्मक अनुप्रयोग
‌पिघल क्रिस्टलीकरण संकरण‌: कार्बनिक यौगिक पृथक्करण और शुद्धिकरण को अनुकूलित करने के लिए कम ऊर्जा पिघल क्रिस्टलीकरण तकनीकों को एकीकृत किया जा रहा है, जिससे फार्मास्युटिकल मध्यवर्ती और ठीक रसायनों में ज़ोन पिघलने के अनुप्रयोगों का विस्तार हो रहा है‌6।
तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर: ज़ोन मेल्टिंग अब वाइड-बैंडगैप सामग्रियों जैसे कि सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) पर लागू होती है, जो उच्च-आवृत्ति और उच्च-तापमान उपकरणों का समर्थन करती है। उदाहरण के लिए, लिक्विड-फ़ेज़ सिंगल-क्रिस्टल फर्नेस तकनीक सटीक तापमान नियंत्रण के माध्यम से स्थिर SiC क्रिस्टल विकास को सक्षम बनाती है।
4. विविध अनुप्रयोग परिदृश्य
फोटोवोल्टिक्स: ज़ोन-मेल्टिंग-ग्रेड पॉलीसिलिकॉन का उपयोग उच्च दक्षता वाले सौर कोशिकाओं में किया जाता है, जिससे 26% से अधिक फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता प्राप्त होती है और नवीकरणीय ऊर्जा में प्रगति होती है।
इन्फ्रारेड और डिटेक्टर टेक्नोलॉजीज: अल्ट्रा-हाई-प्योरिटी जर्मेनियम सैन्य, सुरक्षा और नागरिक बाजारों के लिए लघुकृत, उच्च-प्रदर्शन इन्फ्रारेड इमेजिंग और नाइट-विज़न डिवाइस को सक्षम बनाता है।
5. चुनौतियाँ और भविष्य की दिशाएँ
अशुद्धता हटाने की सीमाएँ: वर्तमान विधियाँ हल्के-तत्व अशुद्धियों (जैसे, बोरॉन, फॉस्फोरस) को हटाने में संघर्ष करती हैं, जिसके लिए नई डोपिंग प्रक्रियाओं या गतिशील पिघल क्षेत्र नियंत्रण प्रौद्योगिकियों की आवश्यकता होती है।
उपकरण स्थायित्व और ऊर्जा दक्षता: अनुसंधान ऊर्जा खपत को कम करने और उपकरण के जीवनकाल को बढ़ाने के लिए उच्च तापमान प्रतिरोधी, संक्षारण प्रतिरोधी क्रूसिबल सामग्री और रेडियोफ्रीक्वेंसी हीटिंग सिस्टम विकसित करने पर केंद्रित है। वैक्यूम आर्क रीमेल्टिंग (VAR) तकनीक धातु शोधन के लिए आशाजनक है47.
ज़ोन मेल्टिंग तकनीक उच्च शुद्धता, कम लागत और व्यापक प्रयोज्यता की ओर आगे बढ़ रही है, जिससे अर्धचालकों, नवीकरणीय ऊर्जा और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में आधारशिला के रूप में इसकी भूमिका मजबूत हो रही है।