1. Những đột phá trong việc chế tạo vật liệu có độ tinh khiết cao
Vật liệu gốc silicon: Độ tinh khiết của tinh thể đơn silicon đã vượt qua 13N (99,9999999999%) bằng phương pháp vùng nổi (FZ), giúp nâng cao đáng kể hiệu suất của các thiết bị bán dẫn công suất cao (ví dụ: IGBT) và chip tiên tiến45. Công nghệ này giảm thiểu sự nhiễm bẩn oxy thông qua quy trình không cần nồi nấu chảy và tích hợp phương pháp CVD silane và phương pháp Siemens cải tiến để đạt được hiệu quả sản xuất polysilicon cấp độ nóng chảy vùng47.
Vật liệu Germanium: Quá trình tinh chế bằng phương pháp nấu chảy vùng tối ưu đã nâng cao độ tinh khiết của germanium lên 13N, với hệ số phân bố tạp chất được cải thiện, cho phép ứng dụng trong quang học hồng ngoại và máy dò bức xạ23. Tuy nhiên, sự tương tác giữa germanium nóng chảy và vật liệu thiết bị ở nhiệt độ cao vẫn là một thách thức quan trọng23.
2. Những đổi mới trong quy trình và thiết bị
Kiểm soát thông số động: Việc điều chỉnh tốc độ di chuyển vùng nóng chảy, độ dốc nhiệt độ và môi trường khí bảo vệ—kết hợp với hệ thống giám sát thời gian thực và phản hồi tự động—đã nâng cao tính ổn định và khả năng lặp lại của quy trình đồng thời giảm thiểu sự tương tác giữa germanium/silicon và thiết bị27.
Sản xuất Polysilicon: Các phương pháp mới có thể mở rộng quy mô để sản xuất polysilicon cấp độ nóng chảy vùng giải quyết các thách thức kiểm soát hàm lượng oxy trong các quy trình truyền thống, giảm tiêu thụ năng lượng và tăng năng suất47.
3. Tích hợp công nghệ và ứng dụng liên ngành
Lai ghép kết tinh nóng chảy: Các kỹ thuật kết tinh nóng chảy năng lượng thấp đang được tích hợp để tối ưu hóa việc tách và tinh chế các hợp chất hữu cơ, mở rộng các ứng dụng nóng chảy theo vùng trong các chất trung gian dược phẩm và hóa chất tinh khiết6.
Bán dẫn thế hệ thứ ba: Phương pháp nung chảy vùng hiện đang được áp dụng cho các vật liệu có dải năng lượng rộng như cacbua silic (SiC) và nitrua gali (GaN), hỗ trợ các thiết bị tần số cao và nhiệt độ cao. Ví dụ, công nghệ lò nung đơn tinh thể pha lỏng cho phép tăng trưởng tinh thể SiC ổn định thông qua kiểm soát nhiệt độ chính xác15.
4. Các kịch bản ứng dụng đa dạng
Quang điện: Polysilicon loại nóng chảy vùng được sử dụng trong các tế bào năng lượng mặt trời hiệu suất cao, đạt hiệu suất chuyển đổi quang điện trên 26% và thúc đẩy những tiến bộ trong năng lượng tái tạo4.
Công nghệ hồng ngoại và dò tìm: Germanium siêu tinh khiết cho phép tạo ra các thiết bị hình ảnh hồng ngoại và nhìn đêm thu nhỏ, hiệu suất cao cho thị trường quân sự, an ninh và dân sự23.
5. Thách thức và định hướng tương lai
Giới hạn loại bỏ tạp chất: Các phương pháp hiện tại gặp khó khăn trong việc loại bỏ các tạp chất nguyên tố nhẹ (ví dụ: boron, phốt pho), đòi hỏi các quy trình pha tạp mới hoặc công nghệ kiểm soát vùng nóng chảy động25.
Độ bền thiết bị và hiệu quả năng lượng: Nghiên cứu tập trung vào việc phát triển các vật liệu nồi nấu chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn và hệ thống gia nhiệt tần số vô tuyến để giảm tiêu thụ năng lượng và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Công nghệ nấu chảy lại bằng hồ quang chân không (VAR) cho thấy nhiều triển vọng trong việc tinh luyện kim loại47.
Công nghệ nung chảy vùng đang tiến tới độ tinh khiết cao hơn, chi phí thấp hơn và khả năng ứng dụng rộng rãi hơn, củng cố vai trò của nó như một nền tảng trong ngành bán dẫn, năng lượng tái tạo và quang điện tử.
Thời gian đăng bài: 26/03/2025