ज़ोन मेल्टिंग तकनीक में नए विकास

1. उच्च शुद्धता वाली सामग्री के निर्माण में महत्वपूर्ण उपलब्धियाँ
सिलिकॉन-आधारित सामग्री: फ्लोटिंग ज़ोन (FZ) विधि का उपयोग करके सिलिकॉन एकल क्रिस्टल की शुद्धता 13N (99.9999999999%) से अधिक हो गई है, जिससे उच्च-शक्ति वाले अर्धचालक उपकरणों (जैसे, IGBT) और उन्नत चिप्स के प्रदर्शन में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है।45 यह तकनीक क्रूसिबल-मुक्त प्रक्रिया के माध्यम से ऑक्सीजन संदूषण को कम करती है और ज़ोन-मेल्टिंग-ग्रेड पॉलीसिलिकॉन के कुशल उत्पादन को प्राप्त करने के लिए सिलान CVD और संशोधित सीमेंस विधियों को एकीकृत करती है।47
जर्मेनियम सामग्री: अनुकूलित ज़ोन पिघलने की शुद्धि ने जर्मेनियम की शुद्धता को 13N तक बढ़ा दिया है, जिससे अशुद्धता वितरण गुणांक में सुधार हुआ है, जो अवरक्त प्रकाशिकी और विकिरण डिटेक्टरों में अनुप्रयोगों को सक्षम बनाता है।23 हालांकि, उच्च तापमान पर पिघले हुए जर्मेनियम और उपकरण सामग्री के बीच परस्पर क्रिया एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है।23
2. प्रक्रिया और उपकरण में नवाचार
गतिशील पैरामीटर नियंत्रण: पिघल क्षेत्र की गति, तापमान प्रवणता और सुरक्षात्मक गैस वातावरण में समायोजन - वास्तविक समय की निगरानी और स्वचालित प्रतिक्रिया प्रणालियों के साथ मिलकर - प्रक्रिया स्थिरता और पुनरावृत्ति को बढ़ाया है जबकि जर्मेनियम / सिलिकॉन और उपकरण के बीच अंतःक्रियाओं को कम किया है 27.
पॉलीसिलिकॉन उत्पादन: ज़ोन-मेल्टिंग-ग्रेड पॉलीसिलिकॉन के लिए नवीन स्केलेबल विधियाँ पारंपरिक प्रक्रियाओं में ऑक्सीजन सामग्री नियंत्रण चुनौतियों का समाधान करती हैं, ऊर्जा खपत को कम करती हैं और उपज को बढ़ाती हैं‌47.
3. प्रौद्योगिकी एकीकरण और अंतर-विषयक 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 फाइन केमिकल्स में ज़ोन पिघलने के अनुप्रयोगों का विस्तार हो रहा है।6
तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक: ज़ोन मेल्टिंग अब सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) जैसे वाइड-बैंडगैप सामग्रियों पर लागू होती है, जो उच्च आवृत्ति और उच्च तापमान वाले उपकरणों का समर्थन करती है। उदाहरण के लिए, तरल-चरण एकल-क्रिस्टल भट्टी प्रौद्योगिकी सटीक तापमान नियंत्रण के माध्यम से स्थिर SiC क्रिस्टल वृद्धि को सक्षम बनाती है।15
4. विविध अनुप्रयोग परिदृश्य
फोटोवोल्टिक्स: ज़ोन-मेल्टिंग-ग्रेड पॉलीसिलिकॉन का उपयोग उच्च दक्षता वाले सौर सेल में किया जाता है, जो 26% से अधिक फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता प्राप्त करता है और नवीकरणीय ऊर्जा में प्रगति को बढ़ावा देता है।
इन्फ्रारेड और डिटेक्टर टेक्नोलॉजीज: अल्ट्रा-हाई-प्योरिटी जर्मेनियम सैन्य, सुरक्षा और नागरिक बाजारों के लिए लघु, उच्च-प्रदर्शन इन्फ्रारेड इमेजिंग और नाइट-विज़न उपकरणों को सक्षम बनाता है।23.
5. चुनौतियाँ और भविष्य की दिशाएँ
अशुद्धता हटाने की सीमाएँ: वर्तमान विधियाँ हल्के तत्व अशुद्धियों (जैसे, बोरॉन, फास्फोरस) को हटाने में संघर्ष करती हैं, जिसके लिए नई डोपिंग प्रक्रियाओं या गतिशील पिघल क्षेत्र नियंत्रण प्रौद्योगिकियों की आवश्यकता होती है।25
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 (वीएआर) तकनीक धातु शोधन के लिए आशाजनक है।47
जोन मेल्टिंग तकनीक उच्च शुद्धता, कम लागत और व्यापक प्रयोज्यता की ओर अग्रसर हो रही है, जिससे अर्धचालकों, नवीकरणीय ऊर्जा और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में एक आधारशिला के रूप में इसकी भूमिका मजबूत हो रही है।