zum Directory-modus

ZonenschmelzverfahrenZoomA-Z

Fachgebiet - Anorganische Chemie

Das Zonenschmelzverfahren ist ein Reinigungsverfahren zur Gewinnung hochreiner, meist für die Halbleiterindustrie interessanter Metalle, wie z.B. Silicium, Germanium, Gallium u.a.:

Beim Zonenschmelzen werden die zu reinigenden, meist in Form von Stäben vorliegenden Metalle (Durchmesser bis zu 20 cm) unter einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum an einem Ende z.B. per Induktionsheizung soweit erhitzt, dass sich an dieser Stelle eine schmale schmelzflüssige Zone bildet. Um einen gleichmäßigen Schmelzvorgang zu gewährleisten, rotiert der Metallstab langsam. Da noch vorhandene Verunreinigungen in der Schmelze leichter löslich sind als im kristallinen Feststoff, kann durch eine kontinuierliche Bewegung des Metallstabes entlang der Heizquelle (oder umgekehrt) eine Anreicherung der Fremdbestandteile in der geschmolzenen Phase und dementsprechend eine Erhöhung der Reinheit in dem beim Abkühlen wieder kristallisierenden Abschnitt des Metallstabes erzielt werden. Die Schmelzzone wird zusätzlich mit einem Impfkristall in Kontakt gebracht, so dass die erkaltende Schmelze als Einkristall mit einheitlicher Kristallstruktur erstarrt. Im Verlauf des Prozesses werden auf diese Weise die Verunreinigungen bis zum anderen Ende des Metallstabes transportiert, welches schließlich abgetrennt wird.

Die berührungslose Anordnung beim Zonenschmelzverfahren hat einmal den Vorteil, dass ein Einwandern von Verunreinigungen aus den Gefäßmaterialien vermieden wird, zum anderen kann auch ein gleichmäßiges Abdampfen flüchtiger Verunreinigungen über die gesamte Stablänge erfolgen.

Durch wiederholtes Zonenschmelzen lässt sich eine für halbleiterelektronische Anwendungen erforderliche Reinheit von < 10−9 Atom-% an Fremdatomen erzielen.