Зонная перекристаллизация или плавка

Наиболее эффективным методом глубокой очистки металлов оказалась зонная перекристаллизация по Пфанну. При зонной перекристаллизации расплавляется не весь исходный материал, подлежащий очистке, а только его узкая часть (зона), которая перемещается вдоль слитка. Зона ограничена фронтом плавления и фронтом кристаллизации.

В процессе кристаллизации происходит перераспределение примеси с одного конца слитка к другому.

Зонную перекристаллизацию металла можно повторять многократно.

Кристаллизационные методы очистки позволяют получать материалы для электронной промышленности с содержанием примесей 10^-6-10^-8%.

Зонная плавка - метод очистки полупроводниковых материалов, таких, как германий и кремний, для применений в микроэлектронике.

Распределение примеси характеризуется коэффициентом распределения, который равен

где С_S — концентрация примеси в жидкой фазе, С_L — концентрация примеси в твердой фазе.

Иногда вместо коэффициента распределения K используют коэффициент разделения α, который равен

Примеси, для которых коэффициент распределения K <1, концентрируются в расплавленной зоне и вместе с ней перемещаются к концу слитка. С другой стороны от расплавленной зоны образуются слои вещества, более чистого относительно примесей, для которых K <1. Те примеси, для которых K >1, наоборот, концентрируются в начале слитка. Если осуществить многократное прохождение расплавленной зоны, то примеси с K <1 соберутся в конце слитка. Для примесей с К > 1 метод мало эффективен. Самые чистые части слитка (из середины) используются для изготовления приборов. Таким методом можно очистить германий до образцов с удельным сопротивлением порядка 70 ом·см, в которых остается примерно один атом примеси на 10¹⁰ атомов германия.