La fusione a zone è un processo di purificazione per i cristalli, in particolare quelli utilizzati nei semiconduttori, che utilizza il calore per spingere le impurità dalla parte superiore di un cristallo al fondo di un cristallo. Quando il cristallo viene riscaldato, le impurità vengono trascinate sul fondo del cristallo e il fondo viene tagliato, lasciando un campione purificato. Esistono due modi per eseguire la fusione della zona, con la zona termica fissa o in movimento; entrambi arrivano a risultati simili. La raffinazione a zona è il processo di esecuzione della procedura di fusione più volte, fino a quando il cristallo non è completamente purificato.
Per avviare la fusione della zona, un cristallo viene posto in un crogiolo cilindrico, con un seme di cristallo che spunta dalla parte superiore. Il seme di cristallo è la porzione principale che deve essere purificata, sebbene anche parte dell’altro cristallo sarà purificata. Viene quindi preparata una fornace, con una stretta zona di calore vicino al centro, e il cristallo viene lentamente sottoposto alla zona di calore.
Esistono due metodi principali per eseguire un processo di fusione a zone. Nel metodo Bridgman, la zona calda si muove contro il crogiolo mentre il crogiolo è fermo. Il metodo Stockbarger è l’opposto, con il crogiolo che si muove attraverso una zona di calore. Mentre sono completamente opposti, entrambi fanno la stessa cosa.
Quando il cristallo è sottoposto alla zona di calore, diventa fuso. Ciò consente alle impurità nel cristallo di muoversi liberamente e tendono a spostarsi verso la parte più fredda che non viene fatta passare attraverso la zona di calore. Per consentire a tutte le impurità di muoversi, il cristallo viene riscaldato molto lentamente, fino a quando le puree non vengono aspirate nella base del cristallo. La parte inferiore del cristallo viene segata, lasciando un cristallo purificato.
Per garantire che la fusione della zona abbia successo, viene utilizzato un processo chiamato raffinamento della zona. Questo è lo stesso della fusione della zona, ma il cristallo viene purificato più volte. Facendo questo più volte sullo stesso cristallo, i lavoratori possono essere sicuri che il cristallo sia completamente privo di impurità.
Questo processo di purificazione viene eseguito principalmente sui cristalli utilizzati come semiconduttori, ma può essere utilizzato anche in altre applicazioni. I semiconduttori sono pezzi utilizzati in ingegneria che hanno conduttività tra un conduttore e un isolante. Se le impurità rimangono nel cristallo, interferirebbero con il flusso di elettricità, rendendo il cristallo troppo conduttivo o non abbastanza conduttivo.