补充资料：区熔提纯

区熔提纯
Zonemelting Purifieation

区熔提纯 zone‘melt，ing purification利用分凝效应提纯材料的方法。是一种十分有效的物理提纯方法。分为水平区熔和悬浮区熔两类。区熔提纯是在一个相对长的固体原料中，有一个短的熔区缓慢地从一端移向另一端，这一过程可以重复多次进行，使材料中的杂质在结晶过程中重新分布，杂质逐渐向晶锭头部和尾部移动，从而获得超纯材料。区熔提纯为美国W．G．范(Pfann)于1952年发明，现已广泛应用于提纯半导体材料和其他材料。 分凝系数基元材料和杂质的二元系统处于两相平衡时，处于平衡状态的两相内的杂质浓度之比保持恒定。这称为分配定律。 在熔化为液体的半导体材料与杂质组成的二元系统中，假如凝固从一端开始，逐渐向另一端推移，并且移动速度足够慢，使固、液两相处于平衡状态，这一过程称为平衡凝固，又称正常凝固。根据分配定律，平衡凝固时，杂质在固相和液相中的分配不同。以G、G。分别表示固相和液相中的杂质浓度，它们的比值Ko(Cs／C。)为一常数，称为平衡分配系数。它表征杂质分凝效应的强弱。 不同杂质在同一种物质中的分凝系数值不同，同一种杂质在不同结晶物质中的分凝系数也不相同。对凰<1的杂质，在物质结晶过程中，固相中的这种杂质浓度小于它在液相中的浓度，杂质向结晶体的尾部集中；反之，对‰>1的杂质，向结晶体的头部集中。 经一次区熔后，可得锭中杂质的分布(见材料超提纯)。直拉单晶就是一次正常凝固，具有较好的提纯效果。 当凝固速率比较快时(非平衡凝固)，固液界面附近的既相杂质浓度(cs)与液相平均杂质浓度(G。)之比(琏=cs／G，。)，称为有效分凝系数。此时固液界面附近处液相杂质浓度G。与液相内部均匀部分杂质浓度G。不同。当凝固速率较慢时，G．。一G，风一瓜。 假如半导体材料全部熔化为液体，且假设液体中最初杂质浓度是均匀的，则当它开始凝固时，固相中的杂质浓度是它的垃倍，若眨<1，则余下(1一凰)倍的杂质就被排斥到液相中去。当凝固速率比较快时(非平衡凝固)，这部分杂质还未完全扩散到液相内部，又有新的固相层凝固出来。同时又排出一部分杂质到液体中，使分凝到液体中的杂质来不及扩散，就在固液界面附近的液体薄层(界面层)中堆积起来，使之大于液相内部的平均杂质浓度，与液体内部形成一个浓度梯度。它加速了杂质向液相内部的扩散。分凝作用使相界面层杂质增加，由于杂质的这一积累，促进其向液相内部扩散，当两者相等时，薄层杂质浓度梯度才会稳定下来，恢复到平衡。玩<1时，由于固液界面附近的液相杂质浓度比液相内部的大，因而凝固出的固相杂质浓度比平衡凝固时的有所增加；反之，对忍>1的杂质，固液界面附近液体薄层中杂质浓度低于液体内部杂质浓度，几种半导体材料中杂质的分凝系数┏━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━━━━━┓┃＼材料 ┃ ┃ ┃ ┃┃杂质、＼ ┃ Si ┃ Ge ┃ GaAs ┃┣━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━┫┃ Li ┃ O．01 ┃ 2×10一。 ┃ <0．002 ┃┃ Cu ┃ 4×10一‘ ┃ 1．5×10一0 ┃ 0．1 ┃┃ Ag ┃ ┃ 4×10’ ┃ ┃┃ Au ┃ 2．5×10—0 ┃ 1．3×10“ ┃ ┃┃ Zn ┃ 10-5 ┃ 4×10—0 ┃ O．31 ┃┃ B ┃ 0．9 ┃ 17 ┃ ┃┃ A1 ┃ 2×10一0 ┃ 0．073 ┃ 3 ┃┃ Ga ┃ 8×10一0 ┃ O．087 ┃ ┃┃ In ┃ 4×10一‘ ┃ 1×10“ ┃ 0．1 ┃┃ C ┃ O．07 ┃ ┃ ┃┃ Si ┃ 1 ┃ 5．5 ┃ 0．14 ┃┃ Ge ┃ 0．33 ┃ 1 ┃ 0．418 ┃┃ Sn ┃ 0．016 ┃ O．03 ┃ 0．03 ┃┃ N ┃ 7×10—4 ┃ ┃ ┃┃ P ┃ 0．35 ┃ O．08 ┃ ┃┃ As ┃ 0．30 ┃ O．02 ┃ ┃┃ Sb ┃ 0．023 ┃ 3×10—3 ┃ 0．02 ┃┃ Bi ┃ 7×10—0 ┃ 4 5×10—0 ┃ ┃┃ 0 ┃ 1．25 ┃ ┃ ┃┃ S ┃ 10“ ┃ ┃ 0．3 ┃┃ Se ┃ ┃ ┃ 0．5 ┃┃ Te ┃ ┃ ～10“ ┃ O．8 ┃┃ Mn ┃ 10-5 ┃ ～10“ ┃ 0．021 ┃┃ Fe ┃ 8×10—0 ┃ 3×10-5 ┃ 0．003 ┃┃ Co ┃ 8×10—0 ┃ ～10“ ┃ 8×lO一0 ┃┃ Ni ┃ lO“ ┃ 3x】O一0 ┃ 6×10一‘ ┃┗━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━━━━┛因而凝固出来阎相的杂质浓度比平衡凝固时低。 有效分凝系数与结晶条件有如下关系： 瓜=‰／[比+(1一忍)exp(～俗／D)]式中厂为结晶速度：D为杂质在液体中的扩散系数；占为界面层厚度．与熔体的粘滞度和对熔体的搅拌有关。 当厂>>l／(口／D)时，群-一1，分凝效果差； 当f<

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