区域熔炼

区域熔炼(卷名：矿冶）zonemelting

靠局部加热使材料锭条上出现一个狭窄熔区，并将此窄熔区缓慢移动，利用杂质在固相与液相间的溶解度差异，在熔化和凝固的过程中控制杂质分布的技术。也称区域熔化。

区域提纯区域熔炼中最重要的应用，也是制备半导体材料和其他高纯材料(金属、无机化合物和有机化合物)的重要方法。由图1可以看到，当固液共存时，杂质在固相中的浓度Cs和液相中的浓度C1是不相同的，两者之比称为分布系数，即K＝Cs/C1。在图2中，当熔区自左向右缓慢移动时，若分布系数K小于1，杂质就会逐渐向右边富集；反之，则向左边富集。图3是区熔一次后不同分布系数K的杂质分布曲线。图中C为杂质浓度，C0为杂质的初始浓度，l为熔区长度，x为已凝固的总长度。一次区域提纯往往不能达到所要求的纯度，提纯过程需要重复多次或者用一系列的加热器，在一个锭条上产生多个熔区。让这些熔区在一次操作中先后通过原料锭条。

普凡(W.G.Pfann)在20世纪50年代初发明了区域提纯法并且用来制备高纯锗，并在此后的几年里对区域提纯理论作了详细的阐述。锗是使用区域提纯较早而且效果显著的材料。经化学提纯后的锗中杂质含量为10ppm。当区域提纯六次以后，锭长的一半以上杂质浓度可降到0.1ppb。悬浮区域熔化工艺应用于硅单晶生产，在高真空(10-5)托下使杂质挥发，可制备探测器级的硅材料，其杂质含量可达0.05ppb。

难熔金属(钨、钼、钽)的悬浮区域熔炼是真空下用电子束加热的。区熔次数与钨单晶纯度的关系见表。表中用R298K/R4.2K表示材料的纯度，随着区熔次数增加，R298K/R4.2K也增加，说明材料纯度提高。

区域提纯技术还用于制备铝、镓、锑、铜、铁、银、碲、硼等元素的高纯金属材料，也用于某些无机化合物和有机化合物的提纯（见超纯金属）。

其他应用区域熔炼的另一个重要应用是区熔致匀和晶体生长。用区域熔炼法可以精确地控制材料中的杂质含量和生长出结构完整的晶体。区域熔炼的另一分支──温度梯度区域熔炼(TGZM)已经应用到半导体技术中，如单晶生长，焊接和半导体p-n结的制造等(见硅，锗)。

参考书目

W.G.Pfann，ZoneMelting，Wiley&Sons，NewYork，1958.