Zonenschmelzen

Zo|nen|schmel|zen, Zo|nen|schmelz|ver|fah|ren [griech. zó̄ne = Gürtel]: ein Verfahren zur Hochreinigung schmelzbarer Stoffe, bei dem ein von Verunreinigungen zu befreiender stabförmiger Probenkörper langsam horizontal durch eine Heizzone wandert, kurzzeitig aufschmilzt u. unmittelbar anschließend wieder abgekühlt wird; die Verunreinigungen sammeln sich in der Schmelzzone, wandern mit dieser zum Stabende u. werden mit Letzterem abgetrennt. Das Z. lässt sich auch zur Kristallzüchtung benutzen (sog. tiegelfreies Zonenziehen).

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Zonenschmelzen,

 

Zonenschmelzverfahren, Verfahren zur Reinigung von Materialien (Zonenreinigung) oder zur Züchtung von Einkristallen (Zonenkristallisation) durch örtlich begrenztes Aufschmelzen. Das Zonenschmelzen hat besonders in der Halbleitertechnik Bedeutung erlangt. Bei der Herstellung von hochreinem Germanium, bei der das Zonenschmelzen in den 1950er-Jahren erstmals angewandt wurde, wird ein Germaniumstab in einem horizontal angeordneten »Boot« aus Graphit oder graphitbeschichtetem Quarz langsam durch ein mit Inertgas gespültes Quarzrohr bewegt; durch eine außerhalb des Quarzrohres angebrachte Heizung (Hochfrequenz- oder Widerstandsheizung) werden kurze Zonen des Stabes aufgeschmolzen (auch die umgekehrte Anordnung mit stationär vorliegender stabförmiger Probe und bewegter Heizvorrichtung ist möglich). Der Reinigungseffekt beruht darauf, dass Verunreinigungen in der Schmelze besser löslich sind als im Kristall, sodass diese mit den Schmelzzonen zum Ende des Stabes transportiert werden und durch Abschneiden beseitigt werden können. Für die Herstellung von Siliciumeinkristallen höchster Reinheit wird das tiegelfreie Zonenschmelzen (»Zonenziehen«) angewandt (Kristallzüchtung). Bei diesem Verfahren wird ein senkrecht angeordneter, an beiden Enden gehalterter Stab durch die Heizzone bewegt. Dabei erfolgt die Umwandlung von einem polykristallinen Vorratsstab über die Schmelze in einen Einkristallstab; die Schmelzzone wird durch die Oberflächenspannung zusammengehalten.