انصهار المناطق

يمكن استخدام أنواع مختلفة من السخانات في عملية صهر المناطق، وتتمثل أهم خصائصها في قدرتها على تكوين مناطق منصهرة قصيرة تتحرك ببطء وانتظام عبر السبيكة. ومن الطرق الشائعة استخدام ملفات الحث ، وسخانات المقاومة ذات اللفائف الحلقية ، أو اللهب الغازي. وهناك طريقة أخرى تتمثل في تمرير تيار كهربائي مباشرة عبر السبيكة أثناء وجودها في مجال مغناطيسي ، مع ضبط القوة الدافعة المغناطيسية الناتجة بدقة لتكون مساوية لوزن السبيكة للحفاظ على السائل معلقًا. وتُستخدم السخانات الضوئية التي تستخدم مصابيح هالوجين أو زينون عالية الطاقة على نطاق واسع في مرافق البحث، لا سيما لإنتاج العوازل، إلا أن استخدامها في الصناعة محدود بسبب انخفاض طاقة هذه المصابيح نسبيًا، مما يحد من حجم البلورات المنتجة بهذه الطريقة. ويمكن إجراء عملية صهر المناطق على دفعات ، أو بشكل مستمر، حيث تُضاف مادة غير نقية جديدة باستمرار من أحد طرفي العملية، وتُزال مادة أنقى من الطرف الآخر، مع إزالة المصهور غير النقي بمعدل يتناسب مع نسبة شوائب المادة الخام.

تستخدم طرق التسخين غير المباشر لمنطقة التعويم حلقة من التنجستن المسخنة بالحث لتسخين السبيكة إشعاعيًا، وهي مفيدة عندما تكون السبيكة من أشباه الموصلات ذات المقاومة العالية والتي يكون التسخين الحثي الكلاسيكي غير فعال عليها.

عندما تتحرك المنطقة السائلة مسافةً ما${\displaystyle dx}$يتغير عدد الشوائب في السائل. وتُدمج الشوائب في السائل المنصهر وفي المادة الصلبة المتجمدة. ^{[ 5 ]}

${\displaystyle k_{O}}$معامل الفصل

${\displaystyle L}$طول المنطقة

${\displaystyle C_{O}}$: تركيز الشوائب الموحد الأولي للقضيب المتصلب

${\displaystyle C_{L}}$تركيز الشوائب في المصهور السائل لكل وحدة طول

${\displaystyle I}$عدد الشوائب في السائل

${\displaystyle I_{O}}$عدد الشوائب في المنطقة عند تشكلها لأول مرة في الأسفل

${\displaystyle C_{S}}$تركيز الشوائب في القضيب الصلب

يتغير عدد الشوائب في السائل وفقًا للمعادلة أدناه أثناء الحركة${\displaystyle dx}$من المنطقة المنصهرة

${\displaystyle dI=(C_{O}-k_{O}C_{L})\,dx\;}$

${\displaystyle C_{L}=I/L\;}$

${\displaystyle \int _{0}^{x}dx=\int _{I_{O}}^{I}{\frac {dI}{C_{O}-{\frac {k_{O}I}{L}}}}}$

${\displaystyle I_{O}=C_{O}L\;}$

${\displaystyle C_{S}=k_{O}I/L\;}$

${\displaystyle C_{S}(x)=C_{O}\left(1-(1-k_{O})e^{-{\frac {k_{O}x}{L}}}\right)}$

في الخلايا الشمسية ، تُعدّ معالجة منطقة التعويم مفيدةً للغاية نظرًا للخصائص المرغوبة التي يتمتع بها السيليكون أحادي البلورة المُنتَج. ويُعدّ عمر حاملات الشحنة في السيليكون المُنتَج بتقنية منطقة التعويم هو الأعلى بين مختلف عمليات التصنيع. إذ يبلغ عمر حاملات الشحنة في هذه التقنية حوالي 1000 ميكروثانية، مقارنةً بـ 20-200 ميكروثانية في طريقة تشوخرالسكي ، و1-30 ميكروثانية في السيليكون متعدد البلورات المصبوب . ويؤدي طول عمر حاملات الشحنة إلى زيادة كفاءة الخلايا الشمسية بشكلٍ ملحوظ.

تُستخدم تقنية صهر المناطق لإنتاج أجهزة أشباه الموصلات عالية الطاقة القائمة على السيليكون بتقنية المنطقة العائمة . ^{[ 6 ] : 364}

تُعدّ عملية إعادة الصهر الموضعي عمليةً أخرى ذات صلة ، حيث يتم فيها توزيع مادتين مذابتين عبر معدن نقي. وتُعدّ هذه العملية مهمة في صناعة أشباه الموصلات، حيث تُستخدم مادتان مذابتان من نوعي توصيل متعاكسين. على سبيل المثال، في الجرمانيوم، تُنتج العناصر الخماسية التكافؤ من المجموعة الخامسة ، مثل الأنتيمون والزرنيخ ، توصيلًا سالبًا (من النوع n)، بينما تُنتج العناصر الثلاثية التكافؤ من المجموعة الثالثة، مثل الألومنيوم والبورون ، توصيلًا موجبًا (من النوع p). ومن خلال صهر جزء من هذه السبيكة وإعادة تجميده ببطء، تتوزع المواد المذابة في المنطقة المنصهرة لتشكيل الوصلات المطلوبة من النوعين np و pn.