1.5 Зонная очистка

При очистке материалов от примесей данным методом стержень этого материала пропускают чрез катушку индукционного нагревателя. При этом часть стержня, находящаяся вблизи катушки, плавится и перекристаллизуется. А примеси собираются на одном из его концов (смотря по тому, больше или меньше единицы коэффициент сегрегации К.)

При медленном движении загрязненного алюминия в графитовой лодочке относительно индукционных нагревателей вдоль слитка перемещаются расплавленные зоны, переносящие накапливающиеся в них примеси к его концу. 1-примеси; 2-графитовая лодочка; 3- индукционные нагреватели; 4 -чистый алюминий; 5-расплавленная зона

Метод получения очень чистых веществ, основанный на повторении несколько раз такой зонной плавки, называется попроходной зонной очисткой. Этот метод широко применяется при очистке полупроводников, используемых в электронной промышленности для изготовления полупроводниковых приборов, где требования к чистоте очень велики. Например, так называемый технический кремний, являющийся исходным материалом для зонной очистки, содержит примерно 1% примесей. Его получают из природных оксидов кремния –песка и кварца. Восстановлением в пламени электрической дуги.) По мере увеличения числа проходов расплавленной зоны степень очистки значительно возрастает. Однако эффективность оттеснения примеси при каждом новом проходе падает. В конце концов достигается некоторое предельное распределение примеси по длине образца. Поскольку зонная плавка-процесс весьма длительный, желательно, естественно, получить распределение близкое к предельному, за минимальное число проходов .После многопроходной зонной плавки удается очистить кремний до уровня 10-5 %, соответствующего 1 атому примеси на 15 миллиардов атомов кремния.

Обработка результатов

1) Вводим начальные данные:

2 ) Выводится график изначальной концентрации (красный):

3 ) Совершаем проход. Появляется черный график – концентрация примеcи после прохода, при этом начальный график сохраняется (красный):

4 ) Вводим линию требуемой концентрации примеси (Дополнительно \ Линия требуемой концентрации – вводим, например, 10), линия зеленого цвета

5) Мы видим, что после 3-х проходов доля очищенного стержня (при требуемой концентрации равной 10) равна 81%, длина очищенного куска равна 82,44 см. На графике эта величина – черный график, который находится ниже зеленой прямой.

Доля примеси в очищенном куске составляет 100%, ее масса равна 32,976 кг.

6) С помощью команды Дополнительно \ Концентрация в точке можно определить концентрацию в любой точке стержня (например, в точке 53,53 см концентрация равна 7,31*10^-4)

7 ) После 8 проходов доля очищенного стержня становится равной 77%, при дальнейших проходах эта величина остается неизменной. Начиная с 9 прохода изменяется доля примеси в очищенном куске стержня, сначала она изменяется быстро, за 9-й проход она уменьшается на 6%, но на 40-х проходах она изменяется примерно на 0,25% за проход. При 100 проходах доля примеси в очищенном куске стержня составляет 33%.

8) При помощи команды Лаборатория \ Рассчитать К0/К мы можем рассчитать коэффициент сегрегации К0 и коэффициент К. Для подсчета необходимо ввести данные:

Н ачальная концентрация (10), количество точек (5), концентрацию в каждой точке (1 – 1, 2 – 2, 3 – 3, 4 – 4, 5 – 7), Vn – скорость нагревателя, влияющая на К (0,1), V0 – некоторая постоянная, зависящая от скорости диффузии жидкости в расплаве (0,78), L – длина стержня (10)

Выводится график зависимости концентрации от точек, а так же выводятся искомые значения K=0,1 и K0=0,08.