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區域熔煉(卷名：礦冶)

zonemelting

靠局部加熱使材料錠條上出現一個狹窄熔區，并將此窄熔區緩慢移動，利用雜質在固相與液相間的溶解度差異，在熔化和凝固的過程中控制雜質分布的技術。也稱區域熔化。

區域提純區域熔煉中最重要的應用，也是制備半導體材料和其他高純材料(金屬、無機化合物和有機化合物)的重要方法。由圖1可以看到，當固液共存時，雜質在固相中的濃度C_s和液相中的濃度C₁是不相同的，兩者之比稱為分布系數，即K＝C_s/C₁。在圖2中，當熔區自左向右緩慢移動時，若分布系數K小于1，雜質就會逐漸向右邊富集；反之，則向左邊富集。圖3是區熔一次后不同分布系數K的雜質分布曲線。圖中C為雜質濃度，C₀為雜質的初始濃度，l為熔區長度，x為已凝固的總長度。一次區域提純往往不能達到所要求的純度，提純過程需要重復多次或者用一系列的加熱器，在一個錠條上產生多個熔區。讓這些熔區在一次操作中先后通過原料錠條。

普凡(W.G.Pfann)在20世紀50年代初發明了區域提純法并且用來制備高純鍺，并在此后的幾年里對區域提純理論作了詳細的闡述。鍺是使用區域提純較早而且效果顯著的材料。經化學提純后的鍺中雜質含量為10ppm。當區域提純六次以后，錠長的一半以上雜質濃度可降到0.1ppb。懸浮區域熔化工藝應用于硅單晶生產，在高真空(10^-5)托下使雜質揮發，可制備探測器級的硅材料，其雜質含量可達0.05ppb。

難熔金屬(鎢、鉬、鉭)的懸浮區域熔煉是真空下用電子束加熱的。區熔次數與鎢單晶純度的關系見表。表中用R_298K/R_4.2K表示材料的純度，隨著區熔次數增加，R_298K/R_4.2K也增加，說明材料純度提高。

區域提純技術還用于制備鋁、鎵、銻、銅、鐵、銀、碲、硼等元素的高純金屬材料，也用于某些無機化合物和有機化合物的提純（見超純金屬）。

其他應用區域熔煉的另一個重要應用是區熔致勻和晶體生長。用區域熔煉法可以精確地控制材料中的雜質含量和生長出結構完整的晶體。區域熔煉的另一分支──溫度梯度區域熔煉(TGZM)已經應用到半導體技術中，如單晶生長，焊接和半導體p-n結的制造等(見硅，鍺)。

參考書目

　W.G.Pfann，ZoneMelting，Wiley&Sons，NewYork，1958.