Mis on tsooni sulamine?

Tsoonisulatamine on kristallide, eriti pooljuhtides kasutatavate kristallide puhastusprotsess, mis kasutab soojust, et lükata lisandid kristalli ülaosast kristalli põhja. Kui kristalli kuumutatakse, tõmmatakse lisandid kristalli põhja ja põhi lõigatakse ära, jättes maha puhastatud proovi. Tsooni sulatamiseks on kaks võimalust: kuumustsoon on kas paigal või liigub; mõlemad jõuavad sarnaste tulemusteni. Tsooni rafineerimine on protsess, kus sulatusprotseduur viiakse läbi mitu korda, kuni kristall on täielikult puhastatud.

Tsooni sulamise alustamiseks asetatakse silindrilisse tiiglisse kristall, mille ülaosast torkab välja idukristall. Seemnekristall on põhiosa, mida tuleb puhastada, kuigi puhastatakse ka osa teistest kristallidest. Seejärel valmistatakse ahi, mille keskkoha lähedal on kitsas kuumustsoon, ja kristall allutatakse aeglaselt kuumustsoonile.

Tsoonisulatusprotsessi läbiviimiseks on kaks peamist meetodit. Bridgmani meetodi puhul liigub kuum tsoon vastu tiigli, kui tiigel on paigal. Stockbargeri meetod on vastupidine, tiigel liigub läbi kuumustsooni. Kuigi täielikud vastandid, teevad mõlemad sama asja.

Kui kristall allutatakse kuumustsoonile, muutub see sulaks. See võimaldab kristallis olevatel lisanditel vabalt liikuda ja need kipuvad liikuma külmema osa poole, mida soojustsoonist läbi ei lasta. Et kõik lisandid saaksid liikuda, kuumutatakse kristalli väga aeglaselt, kuni puhtused on tõmmatud kristalli põhja. Kristalli alumine osa saetakse ära, jättes maha puhastatud kristalli.

Tsoonide sulamise õnnestumise tagamiseks kasutatakse protsessi, mida nimetatakse tsooni rafineerimiseks. See on sama, mis tsooni sulamine, kuid kristalli puhastatakse mitu korda. Tehes seda sama kristalliga mitu korda, võivad töötajad olla kindlad, et kristall on täiesti vaba.

Seda puhastusprotsessi tehakse peamiselt pooljuhtidena kasutatavate kristallide jaoks, kuid seda saab kasutada ka muudes rakendustes. Pooljuhid on inseneritöös kasutatavad tükid, millel on juhi ja isolaatori vaheline juhtivus. Kui lisandid jäävad kristalli, segaksid need elektrivoolu, muutes kristalli kas liiga juhtivaks või mitte piisavalt juhtivaks.