Techniklexikon

Zonenschmelzverfahren

Festkörperphysik, tiegelfreies Zonenschmelzverfahren, Schwebezonenschmelzverfahren, Floating-Zone-Verfahren, Methode zur Kristallzüchtung, bei der ein zylindrischer, an seinen beiden Enden gehalterter Stab in einer schmalen Zone aufgeschmolzen wird; diese Schmelzzone durchwandert dann – durch Bewegen entweder des Stabes oder der Heizvorrichtung – den Stab, meistens von unten nach oben. Der Vorgang des Zonenschmelzens wird zur Reinigung mehrmals hintereinander durchgeführt und erst beim letzten Durchgang wird Wert darauf gelegt, dass ein Einkristall entsteht; das untere Stabende muss dabei als Einkristall vorgegeben sein, um die Rolle des Keimkristalls übernehmen zu können. Das Zonenschmelzen wurde v.a. für die Hochreinigung von Halbleitersubstanzen entwickelt (Zonenreinigung) und ist für deren Herstellung der wesentliche Verfahrensschritt geworden. Insbesondere die Produktion von Halbleitersilicium wird auf technisch hochentwickelten, weitgehend automatisierten Anlagen vorgenommen. Die Entwicklung ist darauf angelegt, den Durchmesser der Stäbe ständig zu vergrössern.

In der Abb. sind die Windungen einer von einem Hochfrequenzgenerator gespeisten Hochfrequenzspule angedeutet, mittels welcher direkt im Stab Wirbelströme induziert werden, die die Wärme erzeugen. Schliesslich wird das Zonenschmelzen zur Reinigung und zur Einkristallzüchtung auch in Tiegeln durchgeführt, und zwar sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Anordnung.

Zonenschmelzverfahren: Schematische Darstellung des tiegelfreien Zonenschmelzverfahrens zur Kristallzüchtung aus der Schmelze: 1 Halterung, 2 aufschmelzender Kristallstab, 3 Schmelzzone, 4 Hochfrequenzspule, 5 wachsender Kristallstab.