KR100204522B1 - 단결정 성장방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
이 발명은 초크랄스키방법에 의해 반도체 재료로부터 단결정을 성장시키는 방법에 관한 것이다.
이 방법은 그 용융물을 단결정 성장을 할 때 자계영향하에 처리하며, 그 자계를 정자계(static magnetic field)과 교번자계를 중복시켜 발생시키는 데 그 특징이 있다.
이 발명은 또 도가니 주위에 설치된 최소한 2개의 코일과, 정자계를 발생하는 하나의 코일과, 교번자계를 발생하는 또 하나의 다른 코일을 구성하는 자기수단을 구비하여 이 방법을 실시하는 장치에 관한 것이다.
Description
제1도는 이 발명에 의한 반경방향의 온도분포에 대한 상태도.
제2도는 이 발명의 제1실시예에 의한 장치의 개략단면도.
제3도는 이 발명의 제2실시예에 의한 장치의 개략회로도.
제4도는 이 발명의 제3실시예에 의한 장치의 개략회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 도가니(crucible) 1a : 내부도가니
1a : 외부도가니 2 : 용융물(melt)
3 : 회전축 4 : 내열재(resistance heating)
5 : 리셉타클(receptacle) 6 : 자기시스템(magnetic system)
6a : 코일(coil) 6b : 코일
7 : 자기시스템(magnetic system) 8 : 링(ring)
9 : 전기접속부 10 : 전기접속부
11 : 전원공급장치 12 : 전원공급장치(power supply)
13 : 보호커버(protective cover) 14 : 교류장치
15 : 직류장치 16 : 단일코일
17 : 전기접속부 18 : dc/ac 변환장치
19 : 전원공급장치 T(R) : 온도분포
Tm : 용융점 Br : 자기유로 반경방향 성분
Bz : 자기유로축 방향성분 Bc : 자기유도
Ba : 교번진폭
이 발명은 초크랄스키방법(Czochralski method)에 의해 반도체재료로 부터 단결정을 성장시키는 방법에 관한 것이다.
이 방법에서, 원통형 단결정(cylindrical single crystal)이 종결정(seed crystal)상에서 성장한다.
우선, 그 종결정을 용융물(melt)에 합침시킨 다음, 그 용융물 표면에서 인발(drawn away)한다.
그 용융물은 석영유리제 도가니와 통상 그라파이트로 제조된 지지도가니로 구성되어 있는 도가니내에 포함되어 있다.
그 도가니에는 그 석영유리제 도가니가 설정되어 있다.
그 도가니는 회전할 수 있는 축방향 이동축상에 설정시켜 충분한 방열을 발생하는 내열성 구성소자에 의해 축방향으로 포위되어 있고 그 고형반도체재료를 그 도가니내에서 용융시켜 용융상태로 유지하였다.
반도체재료 이외에, 그 용융물에는 필요할 경우 그 도가니벽에서 용해되어 있는 도판트(dopants)와 불가피한 양의 산소 및 기타 불순물을 추가로 포함한다.
일반적으로, 그 도가니와 성장단결정은 반대방향으로 회전시킨다.
그 이유는 그 용융물과 단결정에서 산소와 도판트의 분포 및 산소의 양적 결합에 어느정도 영향을 줄 수 있기 때문이다.
그 용융물은 주로 그 자유표면, 성장단결정, 지지도가니의 저면 및 축을 통하여 열이 계속적으로 손실된다.
이 열손실은 단열소자의 화력(火力)을 증가시켜 보충할 필요가 있다.
그 열공급을 증가시켜 그 반도체재료의 용융점 이상으로 웰(well)의 도가니벽을 가열한다.
이것은 특히 200mm이상의 직경을 가진 단결정성장에서 악영향을 줄 수 있는 문제점이 있다.
그 이유는 도가니와 용융물의 용량이 커지므로, 이와 같은 단결정성장에는 높은 화력을 필요로 하기 때문이다.
그 도가니벽에서 온도가 높아지므로 산소 및 다른 불순물은 그 도가니에서 상당량 용해되어 그 용융물에 유입되는 하나의 결점이 있다.
또 다른 결점으로, 그 도가니의 과열에 의해 섬형상(island-like)의 크리스토발라이트층(cristobalite layers) 이 도가니벽에 상당한 범위로 형성되는 결점이 있다.
피팅부식(pitting corrosion)으로, 그 층에는 입자가 방출되어 이들의 입자는 대류(convection flow)에 의해 일정한 결정화 정계면에 도달되어 단결정의 변위없는 성장으로 종료시킬 수 있다.
이 때문에, 직경이 큰 단결정의 달성할 수 있는 전위없는 길이 성장은 극히 한정되어 이와 같은 단결정의 경우 길이와 직경의 비가 작다.
그 도가니벽에서의 온도가 너무 높은 경우 그 도가니와 결정화 정계면 사이의 온도차가 커지는 결과를 초래하는 또다른 결점이 있다.
이와 같은 결점으로, 열대류(thermal convection)에 의해 그 용융물에서는 조정되지 않은 강력한 재료의 유동이 발생한다.
열대류에 의해 그 온도와 도판트 및 불순물의 농도에 있어서 국부적인 변동을 일으킨다.
이와 같은 상태는 물론 도판트와 불순물, 특히 산소의 바람직하지 않는 국부적인 변동분포에 의해 그 성장 단결정에 영향을 준다.
또, 그 용융물의 온도변화로 그 단결정의 성장시에 노출되는 온도관련응력을 증가시킨다.
그 결정화 경계면 영역에서는 전위(dislocation)가 형성되어 그 단결정의 직경에 대응되는 길이의 단결정의 전위없는 부분으로 분산될 수 있는 위험이 증가한다.
전위를 포함하는 그 단결정의 영역은 전자부품의 출발물질로서 사용에 적합하지 않기 때문에, 위에서 설명한 이유에 의해 직경과 길이의 비가 어느 경우라도 작아지는 크기가 큰 단결정의 경우 수율의 현저한 감소를 특히 예측할 수 있다.
예로서, 특허문헌 DD-270 728A1에서는 그 용융물상에서 중첩된 정자장(static magnetic fields)이 그 용융물의 물질유동과 온도분포에 영향을 준다는 기술구성에 대하여 기재되어 있다.
그 효과는 특히 대류를 감쇠시키는 데 있다.
적당한 자장강도(field strengths)에서, 국부온도변화가 감소되어 그 단결정에서 도판트의 결합이 더 균질상태로 된다.
그러나, 자장강도가 적당한 자장을 발생시키는 데 필요한 자석은, 그 구조가 복잡하며 이들 에너지의 필요량이 비교적 많다.
따라서, 위 인용 특허문헌과 미국특허 5178720 에서는 회전식 자장으로 작동시키는 방법이 바람직하였다.
위 인용특허문헌 미국특허 5178720에 기재된 방법에 의해 그 성장 단결정의 산소의 결합은, 단결정과 도가니의 일정한 회전속도를 측정하도록하여 결정용량을 증가시키면서 그 자장의 일정한 성분의 강도를 감소시키는 순서에 의해 조절하였다.
그 초크랄스키방법에 의해 그 단결정성장에서 정자계 및 회전식자계를 사용하여 일부개량을 하였으나 그 개량상태는 만족스럽지 않았다.
특히, 그 공지의 방법에 의해 직경 200mm이상의 단결정의 성장에서 극복해야할 위에서 설명한 문제점에 대하여 적당한 해결을 제공하지 못하였다.
따라서, 이 발명의 목적은 위에서 설명한 결점을 극복하는 데 있으며, 그 단결정에서 산소의 결합을 질적으로 조절할 수 있는 방법에 의해, 그리고 전위를 형성할 위험성을 크게 감소시키는 방법에 의해 그 단결정에서 그 도판트와 불순물의 균일분포를 행하도록 하는 크기가 큰 단결정성장에 대하여 특히 적합한 방법을 제공하는 데 있다.
이 목적은, 그 용융물의 표면에서 떨어져 있는 용융물에 함침된 종결정(seed crystal)을 인발(drawing)시키는 초크랄스키방법에 의해 반도체재료로 부터 단결정을 성장시키는 방법에 의해 달성되며, 그 용융물은 회전식 석영유리제 도가니에서 일정한 높이까지 포함되어 있으며, 고형반도체재료 및 선택적으로는 도판트를 용융시켜 제조되고, 그 용융물을 그 결정성장시에 자계의 영향하에 처리되도록 하는 데 있어서 정자계(static magnetic field)와 교번자계(alternating magnetic field)를 중복시켜 그 자계를 발생시킴을 특징으로 한다.
정자계와 교번자계의 혼합사용에 의해 그 용융물에서 대류와 온도분포를 최적의 결정성장 조건에 적합하게 할 수 있다.
그 교번자계에 의해, 그 도가니벽을 너무 많이 가열시킴이 없이 그 용융물로 유도에너지(inductive energy)를 도입시킬 수 있다.
이 도입으로 그 용융물, 특히 결정화 경계면의 영역에서 도판트와 산소 분포를 균일하게 촉진시키는 대류(convective material flows)를 특히 발생시킬 수 있다.
그 교번자계는 또, 불가피하게 얻어지는 그 성장상태의 변화를 그 자계의 변화에 의해 보상받거나 또는 성장상태를 그 자계변화에 의해 고의적으로 변경시키는데 있어서, 그 대류를 제어하는 장치로서 사용된다.
그 중복정자계(superposed, static mangetic field)는 그 대류를 안정화시키며 조정시키고, 그 대류속도의 국부변동을 감쇠시키는 데 필요하다.
이 발명을 또 도면에 따라 구체적으로 설명한다.
제1도에 나타낸 바람직한 온도분포와 폐쇄원 형성에 특징이 있는 대류프로필(convective material flow profile)을 실현시키기 위하여 교번자계와 동시에 정자계를 그 용융물에 처리한다.
특히, 상대도수(relative frequency)ε=2πμ0δfR2를 가진 축방향으로 대칭인 교번자계의 사용이 특히 바람직하다.
그 상대도수는 진폭이 최소한 Ba=C/R인 자기유도(magnetic induction)를 가진다.
여기서, ε는 저빈도영역(low-frequency range)이 1∼1000, 바람직하게는 5∼50 이다.
위식에서, μ0는 진공상태에서의 투자율(magnetic permeability)(μ0=4π10-7H/m)이며, δ는 용융물의 전기전도율(electrical conductivity)이고, f는 교번자계를 발생하는 유도코일의 전력공급 교류주파수이고, R은 도가니의 반경이며 C는 상수로서 1.10-3T·m을 가진다.
그 교번자계와의 상호작용에 의해, 전류는 그 용융물내에 유도되어 그 도가니의 회전축을 중심으로하여 방위로(azimuthal paths)에 따라 순환된다.
그 자계와의 상호작용은 제1도에 나타낸 대류 ψ 발생에 목적이 있다.
그 상대도수ε에 의해 이들 대류의 강도 및 위치, 즉 용융물의 자유표면을 통한 가스상 실리콘 모노옥사이드를 배제시켜, 최종적으로 그 단결정에서 산소의 결합을 넓은 제한범위내에서 조정시킨다.
그 용융물이 제공하는 유도전류의 옴저항으로 인하여, 그 용융물을 특히 그 단결정과 도가니벽 사이의 영역에 추가로 가열시킨다.
이 결과, 이 영역에서 최대로 반경방향의 온도분포 T/(R)를 가진다.
제1도에 나타낸 하나의 예로서 실리콘용융물의 바람직한 온도분포는 그 도가니벽에서 최대온도를 가진 종래의 초크랄스키방법에서 통상적으로 처리되는 온도분포와 실제적으로 다르다.
제1도에서, 도가니벽과 결정화 경계면영역에서의 온도는 반도체재료의 용융점 온도보다 약간 상회할 뿐이다.
그 도가니벽에서의 온도는 그 용융물에 산소의 도입에 영향을 받는다.
따라서, 그 온도설정은 경우에 따라 결정할 필요가 있다. 반도체재료의 용융점Tm이상 25℃ 이내, 바람직하게는 5℃이내의 온도가 유용함이 입증되었다.
그 단결정과 도가니벽 사이의 영역에서 최대온도는 그 반도체재료의 용융점이상에서 15∼35℃가 바람직하다.
그 영역의 최대온도와 그 도가니벽 사이의 거리는 도가니벽과 단결정표면간 거리의 50∼75%가 바람직하다.
그 도가니벽의 바람직한 온도를 설정하기 위하여 그 도가니를 포위하고 있는 내열재의 화력(heating power)을 단결정 성장개시점에 필요할 경우 감소시킨다.
그 도가니벽에서의 온도가 비교적 저온일 때 산소와 다른 불순물이 그 도가니에서 용해되는 용해량을 상당히 감소시킨다.
또, 입자에 의한 용융물의 오염을 감소시킨다.
그 이유는 그 도가니벽에서 섬형상의 크리스토발라이트(cristobalite)층의 형성 및 이탈을 저온에서 감소시키기 때문이다.
이 발명의 하나의 실시예는 그 도가니벽에서 반도체재료의 엷은층이 결정화가 형성되도록 하는 범위로 그 내열재의 화력(heating power)을 감소시키는 데 있다.
그 결과, 융용물로 그 도가니에서 비롯되는 입자, 산소 및 기타 불순물의 도입을 충분히 억제시킨다.
이 방법을 변형시켜 제조한(성장시킨)단결정은 그 순도 및 산소함량에 있어서, 부유영역 성장결정(float zone grown crystals)의 제품특성과 비교할 수 있는 특성을 가진다.
그 단결정이 성장할 때 그 정자계의 추가사용으로, 그 용융물에서 교번자계에 의해 주로 발생한 대류를 안정화시켜 조절하며 온도와 대류속도의 국부적인 변동을 감쇠한다.
그 정자계의 영향은 특히 그 결정화 경계면 영역에서 도판트, 산소 및 기타 다른 불순물의 농도를 균일하게 하는 데 도움을 주며, 따라서 이들 물질의 그 성장 단결정으로의 균일한 결합을 촉진시킨다.
또, 이것은 그 도가니벽 영역에서 그 용융물에 대한 정온효과(calming effect)를 가져 그 용융물로 산소 및 기타 다른 불순물의 이동을 감소시키는 데 보장받도록 조력한다.
자기유도식을 가진 정자계를 설정하는 것이 바람직하다.
이 식에서 크기는 0.05T와 같거나 더 크며, Br 및 Bz는 그 도자기의 회전축에 대하여 자기유도의 반경방향 및 축방향 성분이다.
그 정자계의 자계선이 그 도가니와 용융물을 통하여 축방향으로(Br=0;Bz0), 수평방향으로(Br0; Bz=0), 또는 축-반경방향으로(Br0; Bz0)통과할 수 있다.
그 자계선의 최적위치설정은 소요의 결정규격에 따라 다르기 때문에, 예비실험에 의해 결정해야 한다.
이 발명 방법의 한 예에서, 그 교번자계는 또 그 도가니에서 고형반도체재료를 용융시키는 데 사용된다.
소요의 용융에너지의 일부는 내열재와 또다른 부분에 의해 교번자계에 의한 유도루트(inductive route)를 통하여 제공하는 것이 바람직하다.
이것은 석영유리재 도가니를 보호하며, 재사용할 수 있는 고가의 지지도가니의 수명을 증가시키는 잇점이 있다.
그 이유는 열방사가 내열재에 의해 방출되고, 지지도가니가 그 내열재에 노출되어있어 용융처리공정을 밟을 때, 그 열방사를 감소시킬 수가 있기 때문이다.
특히, 용융시간을 실질적으로 단축시키며 그 용융물로 불순물의 도입을 감소시킨다. 그 교번자계의 작용에 의해 발생한 용융물의 균질화는 그 반도체재료가 용융될 때 초기 단계에서 개시한다.
이들의 잇점은 그 도가니에서 충전시킨 고상반도체재료를 용융시키며, 연속적으로 또는 배치식으로(batchwise)기존의 용융물에 첨가하는 입상의 반도체재료를 선택적으로 용융시키기 위하여 그 처리방법을 개시할 때 이용할 수 있다.
이 방법의 바람직한 실시예는 아래에서 설명한 처리공정을 주로 구성한다. 그 도가니에, 선택적으로 도판트와 함께 초기에 도입한 고형반도체 재료를, 충분한 에너지이동이 그 교번자계를 통하여 가능하게 될 때까지 그 내열재에 의해 일차적으로 가열시킨다.
그 다음, 그 내열재와 교번자계에 의해 공동으로 열을 더 공급하며 그 내열재의 화력(heating power)을 그 자계의 에너지공급에 의해 선택적으로 감소시킨다.
우선, 그 반도체재료를 용융시켜 그 도가니에는 일정한 용융물 높이까지 그 용융물을 충전시킨 다음, 그 정자계를 추가로 그 용융물에 처리하고 그 단결정의 인발(drawing)을, 선택적으로는 그 내열재의 화력감소와 일정한 대기시간(waiting time)후에 개시한다.
그 종결정(seed crystal)을 용융물에 함침시킨 다음, 일정한 속도로 통상의 방법에 의해 그 용융물 표면에서 상방향으로 용융물을 인발시켜 그 단결정이 그 하단부에서 성장한다.
그 도가니와 단결정은일정한 속도로 반대방향으로 회전시키는 것이 바람직하다.
그 단결정 성장은 공지의 상(phases)을 통과하며 그 성장과정에서 그 단결정의 엷은 넥(neck)부, 초기 코운(cone), 원통형상 부분 및 최종 코운(final cone)이 성장된다.
그 교번자계의 자기유도 Ba의 진폭변화에 의한 단결정 성장결과 혀용할 수 있는 용융물 용량의 감소를 계속적으로 행하는 것이 바람직하다.
자기유도식(여기서, Ba는 교번진폭, Bao는 초기진폭, h는 실제용융물높이, h0는 초기용융물 높이이다)에 의해 그 감소용융물 높이의 작용으로 그 변화를 시키는 것이 특히 바람직하다.
이 발명은 용융물 충전도가니와 그 도가니를 포위하는 내열재를 가진 리셉타클(receptacle)과, 그 용융물에서 단결정을 성장시키는 인발수단(drawing means)과, 그 용융물에서 자계를 발생시키는 자기수단(magnetic means)을 구비한 초크랄스키방법에 의해 반도체재료로부터 단결정을 성장시키는 장치에 있어서, 자기수단은 그 도가니를 중심으로하여 배치한 최소한 2개의 코일과, 정자계를 발생하는 하나의 코일과 교번자계를 발생하는 또다른 코일로 구성함을 특징으로 하는 반도체재료로부터 단결정을 성장시키는 장치에 관한 것이다.
이와 같은 장치를 제2도에 개략적으로 나타낸다.
제2도는 이 발명을 이해하는 데 필요한 특징만을 나타낸 것이다.
그 도가니(1)는 석영유리제 내부 도가니(1a)와 외부 지지도가니(1b)로 구성되어있다.
용융물(2)로 충전시킨 도가니(1a)는 리셉타클(receptacle)(5)내에 구성되어 있다.
그 도가니(1)는 내열재(resistance heating)(4)에 의해 공축방향으로 포위되어 있으며, 축방향으로 이동할 수 있는 회전축(3)상에서 설정되어 있다.
통상의 열차폐부재(heat shields)는 그 내열재와 리셉타클 벽사이에 구성되어 있으나 제2도에서 도시를 생략하였다.
이 장치의 주요한 특징은 자계를 발생하며 교번자계를 발생하는 자기시스템(7)과, 정자계를 발생하는 자기시스템(6)을 주로 구성하며, 자기재(magnetic material)로 된 링(ring)(8)에 의해 포위되는 것이 바람직한 수단에 있다.
그 수단은 도가니(1)주위에 있는 리셉타클(5)외측에 배치되어 있으며, 그 도가니(1)의 높이와 거의 대응되는 높이를 가진다.
가장 간단한 경우, 자기시스템(6),(7)은 각각 하나의 코일로 구성한다.
그 자기시스템(6)은 전기접속부(10)를 통하여 조정할 수 있는 직류장치(15)에 접속되어 전원공급장치(power supply)(12)를 통하여 입력된다.
그 자기시스템(7)은 전기접속부(9)를 통하여 조정할 수 있는 교류장치(14)에 접속되어 전원공급(11)을 통하여 입력된다.
보호커버(13)는 그 외측에서 그 자기수단을 차폐한다.
제3도는 이 발명의 제2실시예에 의한 장치의 개략적인 전기회로도이다.
이 장치는 정자기시스템(static magnetic system)에 의해 제2도에 나타낸 장치와 다르다.
그 자기시스템(6)은 동일한 권회(winding)수를 가지며 조정할 수 있는 직류장치(15)에 접속시켜 전원공급장치(12)을 통하여 입력되는 2개의 코일(6a,6b)을 구성한다.
그 코일(6a,6b)은 서로 각각 설정시켜 서로 각각 반대방향을 가진 2개의 자계를 발생하기 위하여 상호 반대방향의 전류를 입력한다.
제4도는 이 발명의 제3실시예에 의해 장치의 개략적인 회로도를 나타낸다.
이 장치는 자계시스템에 의해 제2도에 나타낸 장치와 다르다.
제2도의 2개의 자기시스템은 전기접속부(17)을 통하여 dc/ac 변환장지(18)에 접속되고, 전원공급장치(19)를 통하여 입력하는 단일코일(16)로 조합한 것이다.
변조직류에 의해 입력되는 단일코일(16)은 용융물중에서 정 및 교번자계의 혼성을 발생한다.
이 발명을 실시예에 따라 아래에 설명한다.
제2도에 의해 변환시키며, 단결정을 성장시키는 장치의 석영유리제 도가니에는 실리콘 4.6kg와 비전기 전도율(specific conductivity) 약 2.10-1Ω·cm을 가진 인/실리콘 합금 96mg을 충전시켰다.
그 다음, 리셉타클을 진공배기시켜 압력 10mbar에서 일정한 아르콘스트림으로 플러싱(flushing)하였다.
그 다음으로 내열재를 교환시키고, 도가니를 분당 5회 회전시켰다.
그리고, 교번자계 발생코일을 교류전원에 약 30분후 접속하였다.
그 전압원은 150Hz의 a·c전압을 공급하기 때문에, 그 코일은 상대도수(relative frequency)ε 약 15인 도가니에서 교번자계를 발생하였다.
자기유도의 진폭(amplitude) Ba가 0.02T의 값을 갖도록 교류주파수를 선택하였다.
그 도가니내의 반도체재료 전체를 용융시킨 다음, 그 용융물의 완전균질화를 얻기 위하여 열공급을 변화시킴이 없이 10분간 더 그 용융물을 방치하였다.
그 다음, 정자계발생 자기시스템을 접속시켜 그 직류공급을 자기유도 Bc = 0.1T에 도달될 때 까지 서서히 증가시켰다.
그 종결정을 용융물에 함침시키기 전에, 그 내열재의 화력을 15kw로 감소시켰다. 그 다음, 그 단결정을 통상의 방법으로 그 엷은 넥(neck)부, 초기코운(initial cone), 원통형상부 및 최종코운(final cone)을 인발시켜 성장시켰다.
직경 80mm, 길이 250mm의 원통형 상부를 인발할 때, 그 단결정은 분당 15회의 속도로 회전시켰다.
이 단계에서 인발속도(pull rate)는 2mm/min 이었다.
Ba는 그 단결정이 완료될때까지 0.02T에서 0.04T로 증가되었다.
그 냉각시킨 단결정의 원통형상부의 분석에서는 축방향으로 측정한 고유저항(resistivity)이 8%의 변화를 나타내었다.
이 발명에 의해 제조한 단결정에 대한 측정결과를 다음표에 나타낸다.
실시예에 의해 자계 영향없이(NO. 1)또는 정자계(NO. 2)또는 교번자계(NO. 3)의 영향하에 제조한 대응되는 단결정 결과를 대비하기 위하여 아래에 나타낸다.
다음 표에서, Bao는 그 단결정 성장개시에서 교번자계의 자기유도이며, Bc는 정자계의 자기유도이고, C는 그 단결정의 축위 g에서 평균산소농도를 나타내고, △C는 산소농도의 반경방향 변화를 나타내며 △S는 도판트분포의 반경방향 변화를 나타낸다.
그 파라미터 g*는 측정한 축방향 상대위치를 나타낸다.
이것은 g/G로 나타내며 여기서 g는 이 위치이내에서 결정화된 질량을 나타내고, G는 그 용융물의 질량을 나타낸다.
위 측정치에 의해 교번자계와 정자계를 혼성 사용한 도판트와 산소분포의 균질성이 현저하게 향상되었음을 알 수 있다.
이들의 측정치에 의해 단결정에서 저산소 농도를 조절하여 설정할수 있음을 알 수 있다.
Claims (14)
- 회전할 수 있는 석영유리제 도가니에서 일정한 높이까지 포함되어 있으며, 고형반도체 재료와 선택적으로 도판토(dopants)를 용융시켜 제조하고, 단결정이 성장할 때 자계의 영향하에 처리한 용융물(melt)의 표면에서 떨어져 용융물내에 함침시킨 종결정(seed crystal)을 일발(drawing)시켜 초크랄스키방법(Czochralski method)에 의해 반도체재료로부터 단결정을 성장시키는 방법에 있어서, 정자계(static magneric field)와 교번자계(alternating magnetic field)를 중복시켜(superposing)자계를 발생시킴을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 그 정자계는 크기가 0.05T보다 더 크거나 0.05T와 같으며, Br 및 Bz가 그 도가니의 축회전에 대하여 자기유도의 반경방향 및 축방향의 성분이고, 정자계가 축방향, 수평방향 또는 축방향-반경방향으로 위치가 설정되는 자기유도식를 가짐을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 그 교번자계는 상대도수(relative frequency) ε=2πμ0δfR2를 가짐을 특징으로 하는 방법.위 상대도수 ε=2πμ0δfR2에서, 그 도수범위가 1-1000이고, 진폭이 최소한 Ba=C/R를 가진 자기유도를 가진다.μ0는 진공상태에서 자기투과율(μ0=4π10-17H/m)를 가지며, δ는 그 용융물의 전기전도율이며, f는 자석의 전원공급의 교류주파수이며, R은 도가니의 반경이며, C는 값이 1·10-3T·m인 상수이다.
- 제1항에 있어서, 단결정을 인발할 때 발생하는 용융물높이의 감소는 다음식의 자기유도의 진폭변화에 의해 대응됨을 특징으로 하는 방법.위식에서, Ba는 변경진폭이고, Bao는 초기진폭이고, h는 실제 용융물 높이이며, ho는 초기 용융물 높이이다.
- 제1항에 있어서, 교번자계는 범위가 1-1000이고, 최소 Ba=C/R의 진폭을 가진 자기유도를 가진 상대도수(relarive fregueroy) ε=2πμ0σfR2를 가지며(위식에서, μ0는 진공상태에서 자기투과율(μ0=4π10-7H/m)이고, σ는 그 용융물의 전기전도율이며 f는 자석의 전원공급의 교류주파수이고, R은 도가니의 반경이고, C는 값이 11·10-3T·m인 상수이다.)그 단결정에 산소의 결합은 상대도수 ε와 자계의 진폭에 의해 조정함을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 고형반도체 재료는 단결정의 인발개시전에, 단열재와 교번자계에 의해 용융시킴을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 고형반도체 재료는 그 단결정을 인발할 때 그 도가니에 첨가시킨 다음, 단열재와 교번자계에 의해 용융시킴을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 단결정과 도가니벽 사이에서 최대온도를 가지며 그 도가니벽과 결정화 경계면 영역에서, 반도체재료의 용융점에서 약간 위에 있는 온도를 가진 반경방향의 온도프로필(temperature profile)를 단결정이 성장할 때 단열재와 중복자계에 의해 그 용융물에 처리함을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 단결정과 도가니벽 사이에 최대온도를 가지며, 그 도가니 벽에서 반도체 재료의 용융점 아래에 있는 반경방향 온도프로필을 그 단결정을 인발할 때 내열재와 중복자계에 의해 그 용융물에 처리함을 특징으로 하는 방법.
- 용융물 충전도가니(melt-filled crucible)와 도가니를 포위하는 내열수단(resistance heating means)를 구비한 리셉타클(receptacle)과, 단결정을 그 용융물에서 성장시키는 인발수단(drawing means)과, 그 용융뮬에서 자계를 발생하는 자기수단(magnetic means)을 구성하여, 초크랄스키방법에 의해 반도체재료로부터 단결정을 성장시키는 장치에 있어서, 그 자기 수단은 그 도가니 주위에 배치되어 있는 최소한 2개의 코일을 구성하여 그 하나의 코일은 조정할 수 있는 직류장치에 접속시켜 정자계를 발생시키고, 그 다른 하나의 코일은 조정할 수 있는 교류장치에 접속시켜 교번자계를 발생하도록 하는 구성을 가짐을 특징으로 하는 장치.
- 제10항에 있어서, 그 정자계를 발생하는 코일은 동일한 권회수를 가지며, 서로 각각 설정하는 2개의 코일을 구성하고, 그 코일은 각각은 서로 각각 반대방향을 가진 정자계를 발생함을 특징으로 하는 장치.
- 제10항에 있어서, 자기수단은 자기재(magnetic material)로 된 링(ring)에 의해 포위됨을 특징으로 하는 장치.
- 용융물 충전도가니와, 그 도가니를 포위하고 있는 내열수단을 가진 리셉타클과, 그 용융물에서 단결정을 성장시키는 인발수단과, 그 용융물에서 자계를 발생시키는 자기수단을 구성하여 초크랄스키방법에 의해 반도체재료로부터 단결정을 성장시키는 장치에 있어서, 그 자기수단은 직류/교류변환장치(dc/ac converting unit)에 접속시켜 혼성정 및 교번자계(combined static and alternating magnetic field)를 변조직류(modulated direct current)에 의해 발생시키는 최소한 1개의 코일을 구성함을 특징으로 하는 장치.
- 제13항에 있어서, 자기수단은 자기재(magnetic material)로 된 링(ring)에 의해 포위함을 특징으로 하는 장치.
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