פיתוחים חדשים בטכנולוגיית התכה אזורית

1. פריצות דרך בהכנת חומרים בעלי טוהר גבוה
חומרים מבוססי סיליקון: טוהר גבישי הסיליקון הבודדים עלה על 13N (99.9999999999%) באמצעות שיטת האזור הצף (FZ), מה שמשפר משמעותית את ביצועי התקני מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה (למשל, IGBTs) ושבבים מתקדמים. טכנולוגיה זו מפחיתה את זיהום החמצן באמצעות תהליך ללא ציד ומשלבת CVD של סילאן ושיטות סימנס שעברו שינויים כדי להשיג ייצור יעיל של פוליסיליקון ברמת התכה אזורית.
חומרי גרמניום: טיהור אופטימלי של התכת אזור העלה את טוהר הגרמניום ל-13N, עם מקדמי פיזור זיהומים משופרים, מה שמאפשר יישומים באופטיקה אינפרא אדום ובגלאי קרינה. עם זאת, אינטראקציות בין גרמניום מותך וחומרי ציוד בטמפרטורות גבוהות נותרות אתגר קריטי.
2. חידושים בתהליכים ובציוד
בקרת פרמטרים דינמית: התאמות למהירות התנועה של אזור ההיתוך, גרדיאנטי הטמפרטורה וסביבות הגז המגנות - בשילוב עם ניטור בזמן אמת ומערכות משוב אוטומטיות - שיפרו את יציבות התהליך ואת יכולת החזרה שלו תוך מזעור האינטראקציות בין גרמניום/סיליקון לציוד.
ייצור פוליסיליקון: שיטות חדשניות הניתנות להרחבה לייצור פוליסיליקון ברמת התכה אזורית מטפלות באתגרי בקרת תכולת החמצן בתהליכים מסורתיים, מפחיתות את צריכת האנרגיה ומגבירות את התפוקה.
3. שילוב טכנולוגי ויישומים בין-תחומיים
הכלאה של התגבשות בהתכה: טכניקות התגבשות בהתכה באנרגיה נמוכה משולבות כדי לייעל את הפרדת וטיהור תרכובות אורגניות, תוך הרחבת יישומי התכה אזורית בתוצרי ביניים פרמצבטיים וכימיקלים עדינים.
מוליכים למחצה דור שלישי: התכת אזורים מיושמת כיום על חומרים בעלי פער אנרגיה רחב כמו סיליקון קרביד (SiC) וגליום ניטריד (GaN), ותומכת בהתקנים בתדר גבוה ובטמפרטורה גבוהה. לדוגמה, טכנולוגיית תנור גביש יחיד בפאזה נוזלית מאפשרת גידול גבישי SiC יציב באמצעות בקרת טמפרטורה מדויקת.
4. תרחישי יישום מגוונים
פוטו-וולטאיקה: פוליסיליקון בדרגת התכה אזורית משמש בתאים סולאריים בעלי יעילות גבוהה, ומשיג יעילות המרה פוטואלקטרית של מעל 26% ומניע התקדמות באנרגיה מתחדשת.
טכנולוגיות אינפרא אדום וגלאים: גרמניום בעל טוהר גבוה במיוחד מאפשר מכשירי הדמיה וראיית לילה אינפרא אדום ממוזערים ובעלי ביצועים גבוהים עבור שווקים צבאיים, ביטחוניים ואזרחיים.
5. אתגרים וכיוונים עתידיים
מגבלות הסרת זיהומים: השיטות הנוכחיות מתקשות בהסרת זיהומים של יסודות קלים (למשל, בורון, זרחן), מה שמחייב תהליכי סימום חדשים או טכנולוגיות בקרת אזורי התכה דינמיות.
עמידות ציוד ויעילות אנרגטית: המחקר מתמקד בפיתוח חומרי כור היתוך עמידים לטמפרטורות גבוהות וקורוזיה ומערכות חימום בתדרי רדיו כדי להפחית את צריכת האנרגיה ולהאריך את תוחלת החיים של הציוד. טכנולוגיית התכת קשת ואקום (VAR) מבטיחה לזיקוק מתכות.
טכנולוגיית ההיתוך האזורי מתקדמת לעבר "טוהר גבוה יותר, עלות נמוכה יותר ויישומיות רחבה יותר", ומחזקת את תפקידה כאבן פינה בתחומי המוליכים למחצה, אנרגיה מתחדשת ואופטואלקטרוניקה.