Кремний плавящей зоны — это очень чистый кремний, полученный методом вертикальной зонной плавки . Процесс был разработан в Bell Labs Генри Тойерером в 1955 году как модификация метода, разработанного Уильямом Гарднером Пфанном для германия . В вертикальной конфигурации расплавленный кремний имеет достаточное поверхностное натяжение , чтобы не допустить разделения заряда. Главным преимуществом является бестигельный рост, который предотвращает загрязнение кремния из самого сосуда и, следовательно, по своей сути является высокочистой альтернативой кристаллам були, выращенным методом Чохральского .
Концентрации легких примесей, таких как элементы углерода (C) и кислорода (O 2 ), чрезвычайно низки. Другая легкая примесь, азот (N 2 ), помогает контролировать микродефекты, а также улучшает механическую прочность пластин и теперь намеренно добавляется на этапах роста.
Диаметры пластин с плавающей зоной обычно не превышают 200 мм из-за ограничений поверхностного натяжения во время роста. Поликристаллический стержень из сверхчистого электронного кремния пропускается через нагревательную катушку RF , которая создает локализованную расплавленную зону, из которой растет кристаллический слиток. Затравочный кристалл используется на одном конце для начала роста. Весь процесс осуществляется в вакуумной камере или в продувке инертным газом.
Расплавленная зона уносит с собой примеси и, следовательно, снижает концентрацию примесей (большинство примесей более растворимы в расплаве, чем в кристалле). Специализированные методы легирования, такие как легирование сердечника , легирование таблетками, газовое легирование и легирование нейтронной трансмутацией, используются для введения однородной концентрации желаемой примеси.
Кремниевые пластины с плавающей зоной можно облучить нейтронами, чтобы превратить их в n-легированный полупроводник.
Кремний с плавающей зоной обычно используется для силовых устройств и детекторных приложений, где требуется высокое сопротивление. [1] : 364 Он очень прозрачен для терагерцового излучения и обычно используется для изготовления оптических компонентов, таких как линзы и окна, для терагерцовых приложений. Он также используется в солнечных батареях спутников, поскольку имеет более высокую эффективность преобразования. [2] [3] [1] : 364