क्षेत्र गलन: Difference between revisions
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क्षेत्र गलन ही क्रिस्टल को शुद्ध करने के समान तरीकों का एक समूह है जिसमें क्रिस्टल का एक संकीर्ण क्षेत्र पिघलाया जाता है और यह पिघला हुआ क्षेत्र क्रिस्टल के साथ चलता है पिघला हुआ क्षेत्र अशुद्ध ठोस को पिघला देता है और पिंड के माध्यम से इसके पीछे शुद्ध पदार्थ जम जाता है। और अशुद्धियाँ एकत्र हो जाती हैं व अन्य पिंड के एक सिरे पर चली जाती हैं तथा क्षेत्र परिष्करण का आविष्कार [[जॉन डेसमंड बर्नल]] ने किया था<ref>{{Cite book | url=https://books.google.com/books?id=q4XIEatYlQEC&q=Zone+Refining+Kapitza&pg=PA85 |title = J. D. Bernal: The Sage of Science|isbn = 9780198515449|last1 = Brown|first1 = Andrew|date = 2005-11-24}}</ref> और [[बेल लैब्स]] ने [[ट्रांजिस्टर]] के निर्माण के लिए शुद्ध सामग्री मुख्य रूप से [[अर्धचालक]] तैयार करने की एक विधि के रूप में इसका पहला व्यावसायिक उपयोग [[जर्मेनियम]] में किया गया था जिसे प्रति दस अरब अशुद्धियों के एक परमाणु तक परिष्कृत किया गया था <ref name=WB1973>”Zone melting”, entry in ''The World Book Encyclopedia'', Volume 21, W-X-Y-Z, 1973, page 501.</ref> लेकिन प्रक्रिया को किसी भी [[विलायक]] प्रणाली में विस्तारित किया जा सकता है जिसमें संतुलन पर ठोस और तरल चरणों के बीच एक प्रशंसनीय एकाग्रता का अंतर होता है।<ref>[http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/elmat_en/kap_6/advanced/t6_1_3.html Float Zone Crystal Growth]</ref> इस प्रक्रिया को प्रवाहित क्षेत्र प्रक्रिया के रूप में भी जाना जाता है। | |||
[[File:Zone-refining.jpg|thumb|280px|प्रारंभिक पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री से सिंगल-क्रिस्टल बर्फ विकसित करने के लिए उपयोग की जाने वाली लंबवत क्षेत्र शोधन प्रक्रिया का आरेख। पिघल में संवहन 4 डिग्री सेल्सियस पर अधिकतम पानी के घनत्व का परिणाम है।]] | [[File:Zone-refining.jpg|thumb|280px|प्रारंभिक पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री से सिंगल-क्रिस्टल बर्फ विकसित करने के लिए उपयोग की जाने वाली लंबवत क्षेत्र शोधन प्रक्रिया का आरेख। पिघल में संवहन 4 डिग्री सेल्सियस पर अधिकतम पानी के घनत्व का परिणाम है।]] | ||
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== प्रक्रिया विवरण == | == प्रक्रिया विवरण == | ||
यदि गुणांक के ठोस चरण में एक अशुद्ध पदार्थ तरल चरण के अनुपात में एक से कम होता है इसलिए ठोस,तरल,अशुद्धता परमाणु तरल क्षेत्र में फैल जाएंगे इस प्रकार भट्ठी के एक पतले खंड के माध्यम से एक क्रिस्टल को बहुत धीरे-धीरे गर्म करके किसी भी समय बर्तन का एक छोटा सा क्षेत्र पिघलाया जाता है क्रिस्टल के अंत में अशुद्धियों को अलग किया जाता है तथा बचे हुए क्षेत्र में अशुद्धियों की कमी के कारण जो ठोस होते हैं वे क्रिस्टल विकास की एक चुनी हुई दिशा को आरंभ करने के लिए एक आधार पर रखते हैं जिससे गुलदस्ता एक पूर्ण [[एकल क्रिस्टल]] के रूप में विकसित हो जाते हैं जब उच्च शुद्धता की आवश्यकता होती तो अर्धचालक उद्योग में बर्तन का अशुद्ध सिरा काट दिया जाता है और परिष्करण दोहराया जाता है। | यदि गुणांक के ठोस चरण में एक अशुद्ध पदार्थ तरल चरण के अनुपात में एक से कम होता है इसलिए ठोस,तरल,अशुद्धता परमाणु तरल क्षेत्र में फैल जाएंगे इस प्रकार भट्ठी के एक पतले खंड के माध्यम से एक क्रिस्टल को बहुत धीरे-धीरे गर्म करके किसी भी समय बर्तन का एक छोटा सा क्षेत्र पिघलाया जाता है क्रिस्टल के अंत में अशुद्धियों को अलग किया जाता है तथा बचे हुए क्षेत्र में अशुद्धियों की कमी के कारण जो ठोस होते हैं वे क्रिस्टल विकास की एक चुनी हुई दिशा को आरंभ करने के लिए एक आधार पर रखते हैं जिससे गुलदस्ता एक पूर्ण [[एकल क्रिस्टल]] के रूप में विकसित हो जाते हैं जब उच्च शुद्धता की आवश्यकता होती तो अर्धचालक उद्योग में बर्तन का अशुद्ध सिरा काट दिया जाता है और परिष्करण दोहराया जाता है। | ||
क्षेत्र परिष्करण में शेष को शुद्ध करने के लिए या अशुद्धियों को केंद्रित करने के लिए विलेय को पिंड के एक छोर पर अलग किया जाता है क्षेत्र समतल में शुद्ध सामग्री में समान रूप से विलेय वितरित करना होता है जिसे एकल [[क्रिस्टल]] के रूप में जाना जा सकता है। उदाहरण एक ट्रांजिस्टर या [[डायोड]] [[ अर्धचालक ]]की तैयारी में जर्मेनियम का एक पिंड क्षेत्र परिष्करण द्वारा शुद्ध किया जाता है फिर थोड़ी मात्रा में [[सुरमा]] पिघले हुए क्षेत्र में रखा जाता है जिसे शुद्ध जर्मेनियम से निकाला जाता है। गर्म करने की दर और अन्य चर के उचित विकल्प के साथ सुरमा को जर्मेनियम के माध्यम से समान रूप से फैलाया जा सकता है [[कंप्यूटर चिप]] में [[सिलिकॉन]] का उपयोग करने के लिए इस तकनीक का उपयोग किया जाता है। | |||
=== हीटर === | === हीटर === | ||
क्षेत्र गलन के लिए विभिन्न प्रकार के हीटरों का उपयोग किया जा सकता है उनकी महत्वपूर्ण विशेषता छोटे पिघले हुए क्षेत्र बनाने की क्षमता है जो धीरे-धीरे और समान पिंड के माध्यम से चलती है। [[ प्रेरण कुंडली ]]वलय [[प्रतिरोध हीटर]] या गैस की लपटें सामान्य तरीके से विद्युत प्रवाह को सीधे पिंड के माध्यम से पारित करती हैं जबकि यह एक [[चुंबकीय क्षेत्र]] में है परिणामी चुम्बकीय वाहक [[मैग्नेटोमोटिव बल|बल]] के साथ द्रव को निलंबित रखने के लिए वजन के बराबर होना चाहिए उच्च शक्ति वाले [[हलोजन लैंप]] तथा हीटरों का उपयोग विशेष रूप से विद्युत रोधी उत्पादन अनुसंधान का उपयोग बड़े पैमाने पर किया जाता है लेकिन उद्योग में उनका प्रयोग लैंप की अपेक्षा कम शक्ति से सीमित होता है जो इस विधि द्वारा उत्पादित क्रिस्टल के आकार को सीमित करता है। क्षेत्र परिष्करण को एक [[बैच उत्पादन]] के रूप में प्रयोग किया जा सकता है इसमें एक सिरे पर ताजी अशुद्ध सामग्री को लगातार जोड़ा जाता है और दूसरे से शुद्ध सामग्री को हटाया जाता है साथ ही अशुद्ध क्षेत्र के पिघलने को अशुद्धता द्वारा तय की गई दर पर हटाया जाता है। | |||
अप्रत्यझ गर्म परिष्करण क्षेत्र में एक प्रेरण वलय का उपयोग पिंड को विकिरण रूप से गर्म करने के लिए करते हैं और यह तब उपयोगी होते हैं जब पिंड एक उच्च-प्रतिरोधकता का होता है जिस पर शास्त्रीय प्रभाव अप्रभावी होता है। | अप्रत्यझ गर्म परिष्करण क्षेत्र में एक प्रेरण वलय का उपयोग पिंड को विकिरण रूप से गर्म करने के लिए करते हैं और यह तब उपयोगी होते हैं जब पिंड एक उच्च-प्रतिरोधकता का होता है जिस पर शास्त्रीय प्रभाव अप्रभावी होता है। | ||
=== अशुद्धता एकाग्रता की गणितीय अभिव्यक्ति === | === अशुद्धता एकाग्रता की गणितीय अभिव्यक्ति === | ||
जब द्रव कुछ दूरी से चलता है तो तरल परिवर्तन में अशुद्धियों की संख्या अशुद्धियों को | जब द्रव कुछ दूरी से चलता है तो तरल परिवर्तन में अशुद्धियों की संख्या अशुद्धियों को गलन वाले तरल और जमने वाले ठोस में सम्मिलित किया जाता है।<ref>[[James D. Plummer]], Michael D. Deal, and Peter B. Griffin (2000) ''Silicon VLSI Technology'', Prentice Hall, page 129</ref>{{Clarify|reason=Provide a geometric interpretation|date=May 2022}} | ||
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सौर कोशिकाओं में | सौर कोशिकाओं में क्षेत्र प्रसंस्करण विशेष रूप से उपयोगी होता है क्योंकि उगाए गए एकल क्रिस्टल सिलिकॉन में वांछनीय गुण होते हैं। [[फ्लोट-ज़ोन सिलिकॉन|क्षेत्र सिलिकॉन]] में बल्कि वाहक विभिन्न निर्माण प्रक्रियाओं में सबसे अधिक है क्षेत्र[[ वाहक जीवनकाल ]] अभिकर्मक [[Czochralski विधि|विधि]] के साथ 20–200 माइक्रोसेकंड और क्रिस्टलीय [[पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन|सिलिकॉन]] के साथ 1–30 माइक्रोसेकंड की तुलना में लगभग 1000 माइक्रोसेकंड हैं ।{{Cn|date=February 2021}} | ||
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इसकी प्रक्रिया | इसकी प्रक्रिया क्षेत्र पिघलने से है जिसमें दो विलेय होते हैं जो शुद्ध धातु के माध्यम से वितरित किए जाते हैं अर्धचालकों के निर्माण में यह महत्वपूर्ण है जहां विपरीत प्रकार के दो विलेय का उपयोग किया जाता है। उदाहरण जर्मेनियम में समूह वी के पचसंयोजी तत्व जैसे एंटीमनी और नकारात्मक चालन उत्पन्न करते हैं और [[बोरॉन समूह]] के त्रिसंयोजक तत्व जैसे एल्यूमीनियम और [[बोरान]] सकारात्मक चालन उत्पन्न करते हैं इस तरह के एक पिंड के हिस्से को पिघलाकर और धीरे-धीरे इसे फिर से जमाकर पिघले हुए क्षेत्र में विलेय जोड़ बनाने के लिए उपयोग किये जाते हैं।{{Cn|date=February 2021}} | ||
== यह भी देखें == | == यह भी देखें == | ||
Revision as of 12:08, 21 March 2023
क्षेत्र गलन ही क्रिस्टल को शुद्ध करने के समान तरीकों का एक समूह है जिसमें क्रिस्टल का एक संकीर्ण क्षेत्र पिघलाया जाता है और यह पिघला हुआ क्षेत्र क्रिस्टल के साथ चलता है पिघला हुआ क्षेत्र अशुद्ध ठोस को पिघला देता है और पिंड के माध्यम से इसके पीछे शुद्ध पदार्थ जम जाता है। और अशुद्धियाँ एकत्र हो जाती हैं व अन्य पिंड के एक सिरे पर चली जाती हैं तथा क्षेत्र परिष्करण का आविष्कार जॉन डेसमंड बर्नल ने किया था[1] और बेल लैब्स ने ट्रांजिस्टर के निर्माण के लिए शुद्ध सामग्री मुख्य रूप से अर्धचालक तैयार करने की एक विधि के रूप में इसका पहला व्यावसायिक उपयोग जर्मेनियम में किया गया था जिसे प्रति दस अरब अशुद्धियों के एक परमाणु तक परिष्कृत किया गया था [2] लेकिन प्रक्रिया को किसी भी विलायक प्रणाली में विस्तारित किया जा सकता है जिसमें संतुलन पर ठोस और तरल चरणों के बीच एक प्रशंसनीय एकाग्रता का अंतर होता है।[3] इस प्रक्रिया को प्रवाहित क्षेत्र प्रक्रिया के रूप में भी जाना जाता है।
प्रक्रिया विवरण
यदि गुणांक के ठोस चरण में एक अशुद्ध पदार्थ तरल चरण के अनुपात में एक से कम होता है इसलिए ठोस,तरल,अशुद्धता परमाणु तरल क्षेत्र में फैल जाएंगे इस प्रकार भट्ठी के एक पतले खंड के माध्यम से एक क्रिस्टल को बहुत धीरे-धीरे गर्म करके किसी भी समय बर्तन का एक छोटा सा क्षेत्र पिघलाया जाता है क्रिस्टल के अंत में अशुद्धियों को अलग किया जाता है तथा बचे हुए क्षेत्र में अशुद्धियों की कमी के कारण जो ठोस होते हैं वे क्रिस्टल विकास की एक चुनी हुई दिशा को आरंभ करने के लिए एक आधार पर रखते हैं जिससे गुलदस्ता एक पूर्ण एकल क्रिस्टल के रूप में विकसित हो जाते हैं जब उच्च शुद्धता की आवश्यकता होती तो अर्धचालक उद्योग में बर्तन का अशुद्ध सिरा काट दिया जाता है और परिष्करण दोहराया जाता है।
क्षेत्र परिष्करण में शेष को शुद्ध करने के लिए या अशुद्धियों को केंद्रित करने के लिए विलेय को पिंड के एक छोर पर अलग किया जाता है क्षेत्र समतल में शुद्ध सामग्री में समान रूप से विलेय वितरित करना होता है जिसे एकल क्रिस्टल के रूप में जाना जा सकता है। उदाहरण एक ट्रांजिस्टर या डायोड अर्धचालक की तैयारी में जर्मेनियम का एक पिंड क्षेत्र परिष्करण द्वारा शुद्ध किया जाता है फिर थोड़ी मात्रा में सुरमा पिघले हुए क्षेत्र में रखा जाता है जिसे शुद्ध जर्मेनियम से निकाला जाता है। गर्म करने की दर और अन्य चर के उचित विकल्प के साथ सुरमा को जर्मेनियम के माध्यम से समान रूप से फैलाया जा सकता है कंप्यूटर चिप में सिलिकॉन का उपयोग करने के लिए इस तकनीक का उपयोग किया जाता है।
हीटर
क्षेत्र गलन के लिए विभिन्न प्रकार के हीटरों का उपयोग किया जा सकता है उनकी महत्वपूर्ण विशेषता छोटे पिघले हुए क्षेत्र बनाने की क्षमता है जो धीरे-धीरे और समान पिंड के माध्यम से चलती है। प्रेरण कुंडली वलय प्रतिरोध हीटर या गैस की लपटें सामान्य तरीके से विद्युत प्रवाह को सीधे पिंड के माध्यम से पारित करती हैं जबकि यह एक चुंबकीय क्षेत्र में है परिणामी चुम्बकीय वाहक बल के साथ द्रव को निलंबित रखने के लिए वजन के बराबर होना चाहिए उच्च शक्ति वाले हलोजन लैंप तथा हीटरों का उपयोग विशेष रूप से विद्युत रोधी उत्पादन अनुसंधान का उपयोग बड़े पैमाने पर किया जाता है लेकिन उद्योग में उनका प्रयोग लैंप की अपेक्षा कम शक्ति से सीमित होता है जो इस विधि द्वारा उत्पादित क्रिस्टल के आकार को सीमित करता है। क्षेत्र परिष्करण को एक बैच उत्पादन के रूप में प्रयोग किया जा सकता है इसमें एक सिरे पर ताजी अशुद्ध सामग्री को लगातार जोड़ा जाता है और दूसरे से शुद्ध सामग्री को हटाया जाता है साथ ही अशुद्ध क्षेत्र के पिघलने को अशुद्धता द्वारा तय की गई दर पर हटाया जाता है।
अप्रत्यझ गर्म परिष्करण क्षेत्र में एक प्रेरण वलय का उपयोग पिंड को विकिरण रूप से गर्म करने के लिए करते हैं और यह तब उपयोगी होते हैं जब पिंड एक उच्च-प्रतिरोधकता का होता है जिस पर शास्त्रीय प्रभाव अप्रभावी होता है।
अशुद्धता एकाग्रता की गणितीय अभिव्यक्ति
जब द्रव कुछ दूरी से चलता है तो तरल परिवर्तन में अशुद्धियों की संख्या अशुद्धियों को गलन वाले तरल और जमने वाले ठोस में सम्मिलित किया जाता है।[4][clarification needed]
अनुप्रयोग
सौर सेल
सौर कोशिकाओं में क्षेत्र प्रसंस्करण विशेष रूप से उपयोगी होता है क्योंकि उगाए गए एकल क्रिस्टल सिलिकॉन में वांछनीय गुण होते हैं। क्षेत्र सिलिकॉन में बल्कि वाहक विभिन्न निर्माण प्रक्रियाओं में सबसे अधिक है क्षेत्रवाहक जीवनकाल अभिकर्मक विधि के साथ 20–200 माइक्रोसेकंड और क्रिस्टलीय सिलिकॉन के साथ 1–30 माइक्रोसेकंड की तुलना में लगभग 1000 माइक्रोसेकंड हैं ।[citation needed]
उच्च प्रतिरोधकता वाले उपकरण
इसका उपयोग इधर उधर क्षेत्र मे सिलिकॉन-आधारित उच्च-शक्ति अर्धचालक उपकरणों के उत्पादन के लिए किया जाता है।[5]: 364
संबंधित प्रक्रियाएं
क्षेत्र गलन
इसकी प्रक्रिया क्षेत्र पिघलने से है जिसमें दो विलेय होते हैं जो शुद्ध धातु के माध्यम से वितरित किए जाते हैं अर्धचालकों के निर्माण में यह महत्वपूर्ण है जहां विपरीत प्रकार के दो विलेय का उपयोग किया जाता है। उदाहरण जर्मेनियम में समूह वी के पचसंयोजी तत्व जैसे एंटीमनी और नकारात्मक चालन उत्पन्न करते हैं और बोरॉन समूह के त्रिसंयोजक तत्व जैसे एल्यूमीनियम और बोरान सकारात्मक चालन उत्पन्न करते हैं इस तरह के एक पिंड के हिस्से को पिघलाकर और धीरे-धीरे इसे फिर से जमाकर पिघले हुए क्षेत्र में विलेय जोड़ बनाने के लिए उपयोग किये जाते हैं।[citation needed]
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ Brown, Andrew (2005-11-24). J. D. Bernal: The Sage of Science. ISBN 9780198515449.
- ↑ ”Zone melting”, entry in The World Book Encyclopedia, Volume 21, W-X-Y-Z, 1973, page 501.
- ↑ Float Zone Crystal Growth
- ↑ James D. Plummer, Michael D. Deal, and Peter B. Griffin (2000) Silicon VLSI Technology, Prentice Hall, page 129
- ↑ Sze, S. M. (2012). Semiconductor devices : physics and technology. M. K. Lee (3 ed.). New York, NY: Wiley. ISBN 978-0-470-53794-7. OCLC 869833419.
- Hermann Schildknecht (1966) Zone Melting, Verlag Chemie.
- Georg Müller (1988) Crystal growth from the melt Springer-Verlag, Science 138 pages ISBN 3-540-18603-4, ISBN 978-3-540-18603-8
