1. Avanços na preparação de materiais de alta pureza
Materiais à base de silício: A pureza dos monocristais de silício ultrapassou 13N (99,9999999999%) usando o método de zona flutuante (FZ), melhorando significativamente o desempenho de dispositivos semicondutores de alta potência (por exemplo, IGBTs) e chips avançados45. Essa tecnologia reduz a contaminação por oxigênio por meio de um processo sem cadinho e integra CVD de silano e métodos Siemens modificados para alcançar a produção eficiente de polisilício de grau de fusão zonal47.
Materiais de germânio: A purificação otimizada por fusão zonal elevou a pureza do germânio para 13N, com coeficientes de distribuição de impurezas aprimorados, possibilitando aplicações em óptica infravermelha e detectores de radiação23. No entanto, as interações entre o germânio fundido e os materiais dos equipamentos em altas temperaturas continuam sendo um desafio crítico23.
2. Inovações em Processos e Equipamentos
Controle dinâmico de parâmetros: ajustes na velocidade de movimento da zona de fusão, gradientes de temperatura e ambientes de gás protetores — juntamente com monitoramento em tempo real e sistemas de feedback automatizados — aprimoraram a estabilidade e a repetibilidade do processo, minimizando as interações entre germânio/silício e o equipamento27.
Produção de polissilício: Novos métodos escaláveis para polissilício de grau de fusão zonal abordam desafios de controle do teor de oxigênio em processos tradicionais, reduzindo o consumo de energia e aumentando o rendimento47.
3. Integração de Tecnologias e Aplicações Interdisciplinares
Hibridização de cristalização por fusão: Técnicas de cristalização por fusão de baixa energia estão sendo integradas para otimizar a separação e purificação de compostos orgânicos, expandindo as aplicações de fusão zonal em intermediários farmacêuticos e produtos químicos finos6.
Semicondutores de terceira geração: A fusão zonal agora é aplicada a materiais de banda proibida larga, como o carbeto de silício (SiC) e o nitreto de gálio (GaN), suportando dispositivos de alta frequência e alta temperatura. Por exemplo, a tecnologia de forno monocristalino de fase líquida permite o crescimento estável de cristais de SiC por meio de controle preciso de temperatura.
4. Cenários de aplicação diversificados
Fotovoltaica: O polissilício de grau de fusão zonal é usado em células solares de alta eficiência, atingindo eficiências de conversão fotoelétrica acima de 26% e impulsionando avanços em energia renovável4.
Tecnologias de infravermelho e detectores: O germânio de ultra-alta pureza permite dispositivos miniaturizados de imagem infravermelha e visão noturna de alto desempenho para mercados militares, de segurança e civis23.
5. Desafios e Direções Futuras
Limitações de remoção de impurezas: Os métodos atuais têm dificuldades em remover impurezas de elementos leves (por exemplo, boro, fósforo), o que exige novos processos de dopagem ou tecnologias de controle dinâmico da zona de fusão25.
Durabilidade e eficiência energética dos equipamentos: A pesquisa concentra-se no desenvolvimento de materiais de cadinho resistentes a altas temperaturas e à corrosão, bem como em sistemas de aquecimento por radiofrequência para reduzir o consumo de energia e prolongar a vida útil dos equipamentos. A tecnologia de refusão por arco a vácuo (VAR) mostra-se promissora para o refino de metais.47
A tecnologia de fusão zonal está avançando em direção a maior pureza, menor custo e aplicabilidade mais ampla, consolidando seu papel como pedra angular em semicondutores, energia renovável e optoeletrônica.
Data da publicação: 26/03/2025