Zonenreinigung

Zonenreinigung ist ein Verfahren zur Herstellung von hochreinen einkristallinen (aus einem großen Kristall bestehenden) Werkstoffen. Andere übliche Begriffe für Zonenreinigung sind Float-Zone-Verfahren, Fließzonenverfahren, Zonenrandschmelzverfahren oder Zonenfloating.

Das Prinzip der Zonenreinigung beruht auf der Tatsache, dass Verunreinigungen in einer Schmelze eine energetisch günstigere chemische Umgebung haben als im Festkörper. Da Verunreinigungen ein niedrigeres chemisches Potential haben bewegen sie sich vom Festkörper in die Schmelze.

Die Menge, die im Kristall eingebaut wird, ist in der Hauptsache von der Art der Verunreinigung und der Erstarrungsgeschwindigkeit abhängig. Beispielsweise beträgt der Verteilungskoeffizient von Bor in Silizium 0,8 – der von Eisen 0,000007. Anders formuliert ist Bor mit diesem Verfahren aus Silizium kaum zu entfernen; Eisen hingegen sehr gut.

Man unterscheidet horizontale Zonenreinigung in einem langgestreckten Schiffchen und vertikale tiegelfreie Zonenreinigung, die vor allem für die Herstellung von hochreinen Siliziumkristallen von Bedeutung ist.

Wie schon geschrieben eignet sich das Verfahren der Zonenreinigung für die Herstellung von hochreinem Silizium und anderen Materialien. Das Silizium findet beispielsweise Verwendung in Bauelementen der Hochenergietechnik, in der Computerindustrie für integrierte Schaltungen (Wafer) oder in der Photovoltaik für die Herstellung von Solarzellen.
Zonenreinigung ist jedoch mit sehr hohen Kosten verbunden – und da z. B. für die Herstellung von Solarzellen kein hochreines Silizium erforderlich ist haben sich hier kostengünstigere Verfahren etabliert.