ゾーンの融解

ゾーンメルティングにはさまざまなヒーターが使用できますが、最も重要な特性は、インゴット内をゆっくりと均一に移動する短い溶融ゾーンを形成できることです。誘導コイル、リング巻き抵抗ヒーター、またはガス炎が一般的な方法です。別の方法としては、磁場中にインゴットを直接通電し、その結果生じる起磁力を重量とちょうど等しくなるように注意深く設定して液体を浮遊させる方法があります。高出力ハロゲンランプまたはキセノンランプを使用した光学ヒーターは、特に絶縁体の製造のために研究施設で広く使用されていますが、ランプの出力が比較的低いため、この方法で製造される結晶のサイズが制限され、産業界での使用は制限されています。ゾーンメルティングはバッチプロセスとして行うことも、連続的に行うこともできます。連続プロセスでは、一方の端から新鮮な不純物を含む材料を連続的に投入し、もう一方の端からより純度の高い材料を取り除き、不純物を含む溶融ゾーンは原料の不純物によって決まる速度で取り除きます。

間接加熱式浮遊帯法は、誘導加熱されたタングステンリングを用いてインゴットを放射加熱するものであり、従来の誘導加熱が効果的でない高抵抗半導体のインゴットの場合に有効である。

液相が一定の距離だけ移動すると${\displaystyle dx}$液体中の不純物の数が変化する。不純物は融解する液体と凝固する固体に取り込まれる。^{[ 5 ]}

${\displaystyle k_{O}}$分離係数

${\displaystyle L}$: ゾーンの長さ

${\displaystyle C_{O}}$凝固棒の初期均一不純物濃度

${\displaystyle C_{L}}$：液状溶融物中における単位長さあたりの不純物濃度

${\displaystyle I}$液体中の不純物の数

${\displaystyle I_{O}}$：底部に最初に形成されたゾーン内の不純物の数

${\displaystyle C_{S}}$固体棒中の不純物の濃度

液体中の不純物の数は、移動中に以下の式に従って変化する。${\displaystyle dx}$溶融帯の

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

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

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

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

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

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

太陽電池において、フローティングゾーン法は、成長させた単結晶シリコンが望ましい特性を持つため、特に有用である。フローティングゾーン法で成長させたシリコンのバルク電荷キャリア寿命は、様々な製造プロセスの中で最も長い。フローティングゾーン法のキャリア寿命は約1000マイクロ秒であり、チョクラルスキー法の20～200マイクロ秒、鋳造多結晶シリコンの1～30マイクロ秒と比較して非常に長い。バルク寿命が長いほど、太陽電池の効率は大幅に向上する。

ゾーンメルティングは、フローティングゾーン法によるシリコンベースの高出力半導体デバイスの製造に用いられる。 ^{[ 6 ]： 364}

関連するプロセスとして、ゾーン再溶解があります。これは、純金属中に2種類の溶質を分散させるプロセスです。半導体の製造において、導電率が正反対の2種類の溶質が用いられるため、このプロセスは重要です。例えば、ゲルマニウムでは、アンチモンやヒ素などの第V族の5価元素は負（n型）伝導を示し、アルミニウムやホウ素などの第III族の3価元素は正（p型）伝導を示します。このようなインゴットの一部を溶融し、ゆっくりと再凝固させることで、溶融領域中の溶質が分散し、目的のnp接合とpn接合が形成されます。