15. Многократная зонная плавка
Преимущество зонной плавки в том, что она может быть произведена многократно. Добиться этого многократной направленной кристаллизацией нельзя без удаления загрязненной части кристалла. Задача распределения примеси при многократной зонной плавке решается численными методами на ЭВМ. С увеличением числа проходов градиент концентрации по длине кристалла растем тем быстрее, чем больше коэффициент распределения отличается от 1. При некотором числе проходов достигается предельное распределение, которое сохраняется при последующих проходах. Предельное распределение в координатах lgC(X/l) имеет линейный характер (рис.2.15). Оно зависит от длины зоны l и коэффициента распределения К.
Уменьшение l делает возможным более глубокую очистку при достижении предельного распределения. Чем больше К отличается от 1, тем лучше очистка. При К = 10–3 теоретически можно получить С/С0 = 10–37 в начальной части слитка (без учета загрязнений из окружающей среды и обратной диффузии в слитке). При К = 0,1 можно получить 50 % слитка с концентрацией примеси меньше 10–6, однако, на практике может быть загрязнение.
Рис. 2.14. Распределение концентрации примеси по длине кристалла: а – после однократной зонной плавки; б – после направленной кристаллизации; 1 – при полном перемешивании расплава; 2 – при переносе примеси только диффузией
Рис. 2.15. Распределение примеси по длине кристалла при многократной зонной плавке (L/l = 10)
Технологические параметры зонной очистки: число проходов n, длина зоны l, скорость перемещения зоны х, длина слитка L.
Эффективно обрабатывать слитки большой длины одновременно несколькими узкими зонами. Тогда будет еще один технологический параметр – расстояние между зонами.
Для достижения конечного распределения число проходов может быть приблизительно посчитано
.
(2.36)