Novos desenvolvementos na tecnoloxía de fusión por zonas

1. Avances na preparación de materiais de alta pureza
Materiais a base de silicio: a pureza dos monocristais de silicio superou os 13N (99,9999999999 %) usando o método da zona flotante (FZ), o que mellora significativamente o rendemento dos dispositivos semicondutores de alta potencia (por exemplo, IGBT) e dos chips avanzados45. Esta tecnoloxía reduce a contaminación por osíxeno mediante un proceso sen crisol e integra a deposición química en fase CVD con silano e métodos modificados de Siemens para lograr unha produción eficiente de polisilicio de grao de fusión por zona47.
Materiais de xermanio: A purificación por fusión por zona optimizada elevou a pureza do xermanio a 13N, con coeficientes de distribución de impurezas mellorados, o que permite aplicacións en óptica infravermella e detectores de radiación23. Non obstante, as interaccións entre o xermanio fundido e os materiais dos equipos a altas temperaturas seguen sendo un desafío crítico23.
2. Innovacións en procesos e equipos
Control dinámico de parámetros: Os axustes da velocidade de movemento da zona de fusión, os gradientes de temperatura e os ambientes de gas protector, xunto coa monitorización en tempo real e os sistemas de retroalimentación automatizados, melloraron a estabilidade e a repetibilidade do proceso, á vez que minimizaron as interaccións entre o xermanio/silicio e o equipo.
Produción de polisilicio: Os novos métodos escalables para o polisilicio de grao de fusión por zona abordan os desafíos de control do contido de osíxeno nos procesos tradicionais, reducindo o consumo de enerxía e aumentando o rendemento.
3. Integración tecnolóxica e aplicacións interdisciplinarias
Hibridación por cristalización en estado fundido: Estanse a integrar técnicas de cristalización en estado fundido de baixa enerxía para optimizar a separación e a purificación de compostos orgánicos, ampliando as aplicacións de fusión por zona en produtos farmacéuticos intermedios e produtos químicos finos.
Semicondutores de terceira xeración: a fusión por zonas aplícase agora a materiais de banda prohibida ancha como o carburo de silicio (SiC) e o nitruro de galio (GaN), o que permite dispositivos de alta frecuencia e alta temperatura. Por exemplo, a tecnoloxía de forno monocristal en fase líquida permite un crecemento estable do cristal de SiC mediante un control preciso da temperatura.15
4. Escenarios de aplicacións diversificadas
Fotovoltaica: o polisilicio de grao de fusión zonal úsase en células solares de alta eficiencia, conseguindo eficiencias de conversión fotoeléctrica superiores ao 26 % e impulsando avances nas enerxías renovables.
Tecnoloxías de infravermellos e detectores: o xermanio de pureza ultraalta permite dispositivos de imaxe infravermella e visión nocturna miniaturizados e de alto rendemento para os mercados militar, de seguridade e civil.
5. Desafíos e direccións futuras
Límites da eliminación de impurezas: Os métodos actuais teñen dificultades para eliminar as impurezas dos elementos lixeiros (por exemplo, boro, fósforo), o que fai necesarios novos procesos de dopaxe ou tecnoloxías dinámicas de control da zona de fusión.
Durabilidade e eficiencia enerxética dos equipos: A investigación céntrase no desenvolvemento de materiais para crisol resistentes ás altas temperaturas e á corrosión, así como de sistemas de calefacción por radiofrecuencia para reducir o consumo de enerxía e prolongar a vida útil dos equipos. A tecnoloxía de refusión por arco de baleiro (VAR) é prometedora para o refinamento de metais47.
A tecnoloxía de fusión por zonas avanza cara a unha maior pureza, un menor custo e unha aplicabilidade máis ampla, consolidando o seu papel como pedra angular nos semicondutores, as enerxías renovables e a optoelectrónica.