区熔法区熔法可以分为水平区熔法和竖直区熔法，原理相似，都是通过控制熔区移动来生长晶体的工艺，只是晶料取向不同，两种方法的原理示意图如下。
水平区熔法使用坩埚等舟皿来盛装原料，左边接籽晶，熔区从左端开始右移，结晶也从左边开始，结晶直接在坩埚或者舟皿中进行。
竖直区熔法又称为悬浮区熔法，Float Zone Method，简称FZ法，是因熔区悬浮而得名，这种方法不需要使用坩埚。它是利用热能在半导体棒料的底端产生熔区，调节温度区域使熔区缓慢地向棒料的上端移动，使结晶区域也向上移动，最后通过整根棒料，使原料生长成一根完整单晶棒的晶体生长方法。
对于两种不同的区熔法，水平区熔法和竖直悬浮区熔法，前者主要用于锗、GaAs等。后者主要用于硅。这是由于硅熔体的温度高，化学性能活泼，容易受到异物的玷污，难以找到适合的舟皿，因此不能采用水平区熔法。 下面以竖直区熔法为例，装置示意图如下。
熔区用感应线圈来进行加热。为了优化熔区温度分布以杂质分布，晶体上下部分通常还要加入逆向的转动。晶体生长工艺流程如下，熔区从下往上推移，这可以通过原料棒下移，或者加热线圈上移来实现。为了生产单晶，籽晶的引入和缩颈过程跟提拉法类似。 竖直区熔法的熔区范围比较窄，因此温度梯度比较大。此外，不需要使用坩埚，熔体直接悬浮进行晶体生长是它的最大特点，这可以减少晶体与坩埚之间的杂质污染。熔区的悬浮主要是靠外力作用来实现，这些力可能包括下面几种的具体解释：
1）表面张力：悬浮区熔法中熔体之所以可以被支撑在单晶与棒料之间，主要是由于硅熔体表面张力的作用。
2）电磁托力：高频电磁场对熔区的形状及稳定性都有一定的影响，尤其当高频线圈内径很小时，影响较大。以至此种支撑力在某种程度上能与表面张力相当。晶体直径越大，电磁支撑力的影响就越显著。 3）重力：重力破坏熔区稳定。当重力的作用超过了支撑力作用时，熔区就会发生流垮，限制了区熔单晶的直径。目前150mm单晶。若无重力影响，FZ法理论上可以生长出任何直径的单晶。 4）旋转离心力：由晶体旋转引起，主要影响固液界面的熔体。晶体直径越大，影响愈大。大单晶制备需要用低转速。
对于区熔法，如何准确的分析熔区受力和熔体流动情况，是其分析和模拟的重点。对待这样特定的物理模型，通用的分析软件很难保证精度，满足需要，通常可以使用专业的分析软件来进行分析，例如比利时的FEMAG软件就具有专业的区熔法分析模块。
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发表于 2015-1-20 16:52:23
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