La fusion de zone est un processus de purification des cristaux, en particulier ceux utilisés dans les semi-conducteurs, qui utilise la chaleur pour pousser les impuretés du haut d’un cristal vers le bas d’un cristal. Lorsque le cristal est chauffé, les impuretés sont attirées vers le fond du cristal et le fond est coupé, laissant derrière lui un spécimen purifié. Il existe deux manières d’effectuer la fusion de zone, la zone de chaleur étant stationnaire ou mobile ; les deux arrivent à des résultats similaires. L’affinage de zone est le processus consistant à effectuer plusieurs fois la procédure de fusion, jusqu’à ce que le cristal soit complètement purifié.
Pour démarrer la fusion de la zone, un cristal est placé dans un creuset cylindrique, avec un germe de cristal sortant du haut. Le cristal germe est la partie principale qui doit être purifiée, bien que certains des autres cristaux soient également purifiés. Un four est ensuite préparé, avec une zone de chaleur étroite près du centre, et le cristal est lentement soumis à la zone de chaleur.
Il existe deux méthodes principales pour effectuer un processus de fusion de zone. Dans la méthode Bridgman, la zone chaude se déplace contre le creuset alors que le creuset est immobile. La méthode Stockbarger est l’inverse, le creuset se déplaçant dans une zone de chaleur. Bien que complètement opposés, les deux font la même chose.
Lorsque le cristal est soumis à la zone de chaleur, il fond. Cela permet aux impuretés du cristal de se déplacer librement et elles ont tendance à se déplacer vers la partie la plus froide qui ne traverse pas la zone de chaleur. Pour permettre à toutes les impuretés de se déplacer, le cristal est chauffé très lentement, jusqu’à ce que les puretés soient aspirées dans la base du cristal. La partie inférieure du cristal est sciée, laissant derrière elle un cristal purifié.
Pour garantir le succès de la fusion de zone, un processus appelé raffinage de zone est utilisé. C’est la même chose que la fusion de zone, mais le cristal est purifié plusieurs fois. En faisant cela plusieurs fois sur le même cristal, les travailleurs peuvent être sûrs que le cristal est entièrement exempt d’impuretés.
Ce processus de purification est effectué principalement pour les cristaux utilisés comme semi-conducteurs, mais il peut également être utilisé dans d’autres applications. Les semi-conducteurs sont des pièces utilisées en ingénierie qui ont une conductivité entre un conducteur et un isolant. Si des impuretés restent dans le cristal, elles interfèrent avec le flux d’électricité, rendant le cristal trop conducteur ou pas assez conducteur.