Зонна плавка, зонна перекристалізація, кристалофізичний метод рафінування матеріалів, який полягає в переміщенні вузької розплавленої зони уздовж довгого твердого стрижня з матеріалу, що рафінується. З. п. можна піддавати майже всі технічно важливі метали, напівпровідники, діелектрики, неорганічні і органічні з'єднання — понад 120 речовин.
Перша згадка про вживання З. п. відноситься до 1927, коли цей метод був використаний для очищення заліза. Широку популярність З. п. отримала в 1952 завдяки роботам В. Пфанна (США), який застосував її для здобуття германію високої міри чистоти в спеціальному контейнері (контейнерна З. п.).
Для здійснення контейнерної З. п. на твердому завантаженні, поміщеному в контейнер, створюється невелика розплавлена ділянка, звана зоною, який переміщається уздовж завантаження. При цьому на одній поверхні розділу твердої і рідкої фаз (фронт кристалізації) відбувається кристалізація матеріалу, а на іншій (фронт плавлення) — підживлення зони вихідним матеріалом. Контейнерна З. п. застосовується для очищення матеріалу, що не взаємодіє з матеріалом контейнера. Для очищення напівпровідникового кремнію П. Кек і М. Голей (США) в 1953 запропонували метод бестігельной З. п. вертикально розташованого стрижня (т.з. метод плаваючої зони). При цьому розплавлена зона стримується в основному силами поверхневого натягнення, тому бестігельная З. п. широко застосовується для тугоплавких або активних матеріалів з досить високим поверхневим натягненням і не дуже великою щільністю в рідкому стані (кремній, германій, молібден, вольфрам, платина, паладій, реній, ніобій і ін.). Після 1955 З. п. широко застосовується в лабораторній і заводській практиці для здобуття чистих матеріалів з вмістом домішок до 10 -7 — 10 -9 % (т.з. зонне очищення), для легування і рівномірного розподілу домішки по злитку (т.з. зонне вирівнювання), а також для вирощування монокристалів, концентрації домішок в аналітичній практиці, створення еталонів високої чистоти, дослідження діаграм стану і пр. Зонне очищення засноване на тому, що при рівновазі між рідкою і твердою фазами розчинність домішок в рідкій і твердій фазах різна. Для здобуття чистих матеріалів зазвичай розплавлену зону переміщають по злитку кілька разів або одночасно на злитку створюють декілька розплавлених зон, що переміщаються, з ділянками твердого матеріалу між ними. Швидкість переміщення розплавлених зон зазвичай 0,1—10 мм/мін, число проходів 10—15 і більш. Очищення закінчують досягши граничного (кінцевого) розподілу домішки, який не може бути змінене подальшими переміщеннями зон.
Ефективність зонного очищення матеріалу від домішки залежить від коефіцієнта розподілу цієї домішки — стосунки концентрації домішки в твердій фазі до концентрації в рідкій фазі, від кількості проходів і швидкості переміщення зони, від відношення довжини злитка до довжини зони. Зонне вирівнювання полягає в тому, що в першу зону поміщається легуюча добавка, яка при багатократному переміщенні зони по злитку рівномірно розподіляється по його довжині. Інколи для рівномірного розподілу домішки по злитку застосовують поперемінний рух зони від початку до кінця злитка і назад. З. п. може бути використана одночасно з очищенням і для здобуття монокристалів. Для цього застосовується кристал приманки — монокристалічний зародок, орієнтований в заданому кристалографічному напрямі. У місці стику кристала приманки із стрижнем, підметом З. п., створюється перша розплавлена зона, причому розплавляється частина стрижня і частина приманки. На кордоні розділу фаз «приманка — розплав» створюються теплові умови, що забезпечують при твердінні розплаву з боку приманки контрольовану кристалізацію в обумовленому приманкою напрямі. Особливий вигляд — З. п. з температурним градієнтом (метод виготовлення р-n переходів, здобуття фосфідів і арсенідов галію і індія). В цьому випадку між кордонами рідкої зони створюється різниця температур і концентрацій. У зв'язку з різною розчинністю компонентів системи при різній температурі відбувається переміщення зони у напрямі градієнта температур. Зазвичай швидкості переміщення зони 0,1—1,0 мм/ч, температурна різниця до 80 град/мм.
Залежно від призначення, умов проведення процесу і продуктивності для З. п. застосовується всіляка апаратура. За способом здійснення розрізняють контейнерні і бестігельниє установки, які у свою чергу діляться по характеру процесу на періодичні, методичні і безперервні; по розташуванню плавкого матеріалу — на горизонтальних і вертикальних; за способом переміщення зони — на установки із злитком, що переміщається, або нагрівачем; за способом нагріву зони — на установки, використовуючі нагрівачі опору (для матеріалів з температурою плавлення до 1500°С), індукційний нагрів (для плавки речовин з хорошою електропровідністю у вакуумі або інертному газовому середовищі), електроннопроменевий нагрів для плавки у вакуумі матеріалів з високою температурою плавлення), радіаційний нагрів (для матеріалів з низькою температурою плавлення), нагріваючи теплопровідністю, теплом джоуля і пр.; за способом перемішування зони (конвентівноє, механічне, електромагнітне); по складу атмосфери (вакуум, інертний або захисний газ). Апаратура контейнерної З. п. ( мал. 1 ) є горизонтальною трубою 1, в якій переміщається контейнер 2 із завантаженням , що очищається, 4. Нагрівачі 3 встановлюються зовні труби і нагрівають або завантаження, або контейнер. Зонноочищенниє злитки олова досягають 60 кг, германію — 10 кг, арсеніду галію — 1 кг Бестігельная З. п. ( мал. 2 ) здійснюється у вертикальній трубі 1 , в якій встановлюється той, що підлягає очищенню стрижень 2. Нагрівач 3 розташовується довкола стрижня зовні або усередині труби. Діаметр зонноочищенних злитків кремнію досягає 35—50 мм, берилія, заліза — 25 мм, ванадію —15 мм.
Контейнерна З. п. розвивається у напрямі створення установок і процесів безперервної З. п. (зоннопустотний, зоннотранспортний, електродинамічні методи і ін.), збільшення інтенсивності очищення, зменшення неоднорідності отримуваних кристалів, збільшення міри їх чистоти. Розвиток бестігельной З. п. здійснюється по шляху збільшення розмірів монокристалів (діаметр 55—65 мм ), інтенсифікації процесу очищення, досягнення однорідності розподілу домішок і дефектів структури. Розробка оптимальних режимів, створення досконалішої апаратури, автоматизація процесу, вживання методів програмування характеризують загальну тенденцію розвитку З. п.
Літ.: Парр Н., Зонне очищення і її техніка пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1963; Зонна плавка, сб.(збірка). під ред. Ст Н. Вігдоровіча, М., 1966; Романенко Ст Н., Здобуття однорідних напівпровідникових кристалів, М., 1966; Вігдоровіч Ст Н., Очищення металів і напівпровідників кристалізацією, М., 1969; Пфанн Ст Дж., Зонна плавка, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1960.
