KR101181217B1 - 단결정 성장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 단결정 성장장치는 내부공간을 가지며, 원료가 장입되고, 상부가 개방된 형태로 제작되는 도가니, 도가니의 상부에 대응 장착된 도가니 뚜껑, 도가니 뚜껑 하부에 장착되며, 하부에 종자정이 부착되는 종자정 홀더, 도가니 내부에서 상기 종자정 홀더의 하측 영역에 장착되어 승화된 원료가 종자정이 위치한 방향으로 이동하도록 유도하는 유도부를 포함하며, 도가니 내부 직경은 상기 종자정 홀더에 비해 30% 내지 40% 크게 제작된다.

따라서, 본 발명에 의하면 종자정 홀더의 직경 및 단결정의 성장속도를 고려하여 도가니 및 유도부의 내부 직경을 최적화함으로써, 다결정 침입 및 결함이 없는 대구경의 단결정을 제작할 수 있다.

단결정, 다결정, 도가니, 결함, 대구경

Description

단결정 성장장치{Growing apparatus for single crystal}

본 발명은 단결정 성장장치에 관한 것으로, 다결정 침입 및 결함이 거의 없는 대구경의 단결정을 성장시킬 수 있는 단결정 성장장치에 관한 것이다.

일반적인 단결정 성장장치는 내부에 원료가 장입되며 상부가 개방된 도가니, 도가니 상부에 장착되어 상기 도가니의 상부를 덮는 도가니 뚜껑 및 도가니 뚜껑의 하부의 중앙에 장착되어 종자정이 부착되는 종자정 홀더를 포함한다. 이때, 종자정 홀더는 종자정과 동일한 크기로 제작되는 것이 바람직하다. 그리고 도가니 내부에는 승화된 원료가 종자정이 위치한 방향으로 이동하도록 유도하는 유도부가 장착된다. 여기서, 유도부는 도가니 내부에서 종자정 홀더의 하측에 배치된다. 이러한 유도부는 일반적으로 내부공간을 가지며, 상부 및 하부가 개방된 튜브 형태로 제작된다. 또한, 성장장치는 도가니를 둘러싸도록 배치된 단열재, 단열재를 둘러 싸도록 배치된 석영관 및 석영관 외부에 마련되어 도가니 내에 장입된 원료를 가열하는 가열수단을 포함한다. 이에, 가열수단을 이용하여 도가니 내부의 단결정을 승화시키면, 상기 승화된 원료가 종자정에 부착됨으로써, 단결정이 성장된다. 이때, 승화된 원료의 일부는 종자정에 부착되어 단결정으로 성장되고, 일부는 종자정 이외의 다 른 영역 예를 들어, 종자정 홀더가 부착되지 않은 도가니 뚜껑 및 유도부의 내주면에 부착되어 다결정을 형성한다. 한편, 종래에는 종자정이 부착되는 종자정 홀더의 직경을 고려하지 않고, 도가니의 내부 직경을 결정하였다. 이에, 종자정 홀더가 장착되지 않은 도가니 뚜껑의 가장자리 영역으로부터 성장한 다결정은 시간이 경과함에 따라 종자정으로부터 성장한 단결정의 위치까지 성장한다. 그리고, 상기 다결정은 단결정의 가장자리 영역과 접촉된다. 이는, 상기 도가니 뚜껑의 가장자리 영역의 하측에 해당하는 영역 즉, 도가니 내부의 측벽과 종자정 홀더 사이의 이격거리가 좁아, 다결정이 하측방향으로 빠르게 성장하기 때문이다. 이에, 다결정이 단결정으로 침입하게 되며, 침입된 다결정에 의하여 대구경의 단결정을 성장시킬 수 없다.

또한, 전술한 바와 같이, 종자정 홀더의 하부에 유도부가 배치되어 있으므로, 단결정의 일부는 시간이 경과함에 따라 상기 유도부의 내측으로 성장하게 된다. 그리고, 일반적인 SiC 단결정 성장시 수직방향으로 성장하는 속도에 비해 수평방향으로 성장되는 속도가 10% 내지 20% 빠르다. 하지만, 종래에는 SiC 단결정의 성장 특성을 고려하지 않고, 도가니 및 유도부의 내부 직경을 결정하였다. 이에, 종래의 도가니 및 유도부를 사용하여 SiC 단결정을 성장시킬 경우, 상기 단결정이 수평방향으로 성장하기 위한 도가니 및 유도부의 내부 직경이 충분하지 않았다. 즉, 단결정이 수평방향으로 성장하는 중에 상기 단결정의 가장자리 영역이 유도부의 내주면과 접촉됨에 따라, 직경 확장의 한계가 발생되게 되었다. 그리고, 이로 인한 응력으로 단결정의 가장자리 영역에 결함이 발생되었다. 또한, 원료가 유도부 의 내주면에 부착되어 다결정을 형성하는 경우, 상기 다결정이 성장하여 종자정으로부터 성장된 단결정의 가장자리 영역과 접촉될 수 있다. 이때, 다결정은 단결정으로 침입하게 되고, 침입된 다결정은 단결정의 직경 확장을 방해한다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 종자정 홀더의 직경 및 단결정의 성장속도를 고려하여 도가니 및 유도부의 내부 직경을 최적화함으로써, 다결정 침입 및 결함이 없는 대구경의 단결정을 성장시키는 단결정 성장장치를 제공한다.

본 발명에 따른 단결정 성장장치는 내부공간을 가지며, 원료가 장입되고, 상부가 개방된 형태로 제작되는 도가니, 상기 도가니의 상부에 대응 장착된 도가니 뚜껑, 상기 도가니 뚜껑 하부에 장착되며, 하부에 종자정이 부착되는 종자정 홀더, 상기 도가니 내부에서 상기 종자정 홀더의 하측 영역에 장착되어 승화된 원료가 종자정이 위치한 방향으로 이동하도록 유도하는 유도부를 포함하며, 상기 도가니 내부 직경은 상기 종자정 홀더에 비해 30% 내지 40% 크게 제작된다.

상기 종자정 홀더는 상기 도가니의 상측의 중앙 영역에 대응 위치하도록 도가니 뚜껑의 하부에 장착된다.

상기 도가니 내부 측벽과 상기 종자정 홀더 사이의 이격거리가 상기 도가니 내부 직경에 15% 내지 20%가 되도록 한다.

상기 유도부는 내부공간을 가지며, 상부 및 하부가 개방된 튜브 형태로 제작되고, 하부에서 상부로 갈수록 직경이 좁아지는 형태로 제작된다.

상기 유도부의 측부와 상기 도가니 내의 측벽이 이루는 각이 40˚ 내지 50˚가 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 유도부의 하부 직경은 도가니 내부 직경과 동일하고, 상기 유도부의 상부 직경은 상기 종자정 홀더 직경에 비해 20% 내지 30% 크게 제작되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 도가니 내부 직경이 종자정 홀더에 비해 30% 내지 40% 크도록 제작한다. 그리고, 상기 도가니의 내부공간의 중앙에 종자정 홀더가 대응 배치되도록 하여, 도가니 내부 측벽과 종자정 홀더 사이의 이격거리가 상기 도가니 내부 직경에 10% 내지 20%가 되도록 한다. 이로 인해, 도가니 내부 측벽과 종자정 홀더 사이에서 성장한 다결정이 하측 방향으로 성장되어 종자정으로부터 성장된 단결정의 가장자리와 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 이에, 다결정이 단결정으로 침입하지 않음에 따라 다결정의 침입이 없는 대구경의 단결정을 제작할 수 있다.

그리고, 상기와 같이 제작된 도가니의 내부공간에 유도부를 장착하게 되는데, 상기 유도부의 측부가 도가니 내부의 측벽과 40˚ 내지 50˚가 되도록 한다. 또한, 유도부의 상부 직경이 종자정 홀더의 직경에 비해 20% 내지 30% 크도록 제작한다. 이로 인해, 단결정의 수평방향으로 성장할 수 있도록 유도부의 내부공간이 충분히 확보됨에 따라, 결함이 없는 대구경의 단결정을 제작할 수 있다. 그리고, 유도부 내주면에서 다결정이 성장하더라도, 상기 다결정이 종자정으로부터 성장하는 단결정의 가장자리와 접속되지 않는다. 이로 인해, 다결정이 단결정으로 침입이 억제되어 다결정의 침입 및 결함이 거의 없는 단결정을 성장시킬 수 있다.

또한, 상기와 같이 제작된 유도부를 이용하여 승화된 원료가 종자정으로 이동하도록 유도함으로써, 단결정의 성장률을 향상시키고 종자정 이외에 다른 영역으로 이동하는 원료의 소모를 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 성장장치를 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 A를 확대 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도가니와 종자정 홀더를 도시한 상면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 종자정 홀더와 유도부를 도시한 상면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 성장장치는 원료(200)가 장입되는 내부공간을 가지며 상부가 개방된 형태로 제작된 도가니(100), 도가니(100)의 상부에 대응 배치된 도가니 뚜껑(300), 도가니 뚜껑(300) 하부에 장착된 종자정 홀더(400) 및 도가니(100) 내부에 장착되어 승화된 원료(200)가 종자정(600)이 위치한 방향으로 이동하도록 유도하는 유도부(500)를 포함한다. 또한, 도가니(100) 및 도가니 뚜껑(300)을 둘러싸도록 배치된 단열재(700), 단열재(700)를 둘러싸도록 배치된 석영관(800) 및 석영관(800) 외부에 마련되어 도가니(100) 내에 장입된 원 료(200)를 가열하는 가열수단(900)을 포함한다. 그리고, 가열수단(900)을 독립적으로 작동시키기 위한 제어장치(미도시)를 더 포함할 수도 있다.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 도가니(100)는 내부공간을 가지며, 상부가 개방된 형태로 제작된다. 이러한 도가니(100)의 상부에는 도가니 뚜껑(300)이 대응 배치되고, 도가니 뚜껑(300) 하부에는 종자정 홀더(400)가 장착된다. 이때, 종자정 홀더(400)가 도가니(100) 내부공간의 중앙에 대응 위치하도록, 상기 종자정 홀더(400)를 도가니 뚜껑(300) 하부에 장착하는 것이 바람직하다. 이에, 도가니 뚜껑(300)의 하부는 종자정 홀더(400)가 장착된 중앙영역과 상기 종자정 홀더(400)가 장착 되지 않은 가장자리 영역으로 분리된다. 이에, 도가니(100) 내부의 측벽과 종자정 홀더(400)는 소정거리 이격되도록 배치된다. 종자정 홀더(400)의 하부에는 단결정을 성장시키기 위한 종자정(600)이 부착되는데, 상기 종자정(600)은 종자정 홀더(400)와 동일한 크기로 제작되는 것이 바람직하다. 실시예에서는 SiC로 이루어진 종자정(600)을 사용하였으나, 이에 한정되지 않고 GaN, AlN 및 ZnO 중 어느 하나를 종자정(600)으로 사용할 수도 있다. 그리고, 상기 도가니(100)의 내부공간의 하측에는 원료(200)가 장입되는데, 실시예에서는 원료(200)로 실리콘카바이드 분말을 사용한다. 이에, 가열수단(900)을 이용하여 원료(200)를 가열하면, 상기 원료(200)가 승화되어 종자정(600)에 부착됨에 따라 단결정이 성장된다. 이때, 다결정의 침입 및 결함이 없는 대구경의 단결정을 성장시키기 위해서는 도가니(100) 및 유도부(500)의 내부 직경이 중요한 요소로 작용한다. 또한, 일반작으로 단결정은 수평방향의 성장속도가 수직방향이 성장속도에 비해 10% 내지 20% 빠르다. 따라서, 실 시예에서는 종자정(600)이 부착되는 종자정 홀더(400)의 직경 및 성장속도를 고려하여 도가니(100) 및 유도부(500)의 내부의 직경을 결정함으로써, 다결정 침입 및 결함이 없는 대구경의 단결정을 성장시킨다.

하기에서는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 도가니(100)의 내부 직경을 X1, 종자정 홀더(400)의 직경을 X2, 도가니(100) 내부의 측벽과 종자정 홀더(400) 사이의 이격거리를 X3, 유도부(500)의 상부 직경을 X4라 정의한다. 실시예에서는 도가니(100) 내부 직경 X1이 종자정 홀더(400) 직경 X2에 비해 30% 내지 40% 크도록 제작한다. 그리고 상기 종자정 홀더(400)는 전술한 바와 같이 도가니(100) 내부공간의 중앙에 대응 위치하도록 도가니 뚜껑(300)에 장착한다. 이에, 도가니(100) 내부의 측벽과 종자정 홀더(400) 사이의 이격거리 X3가 상기 도가니(100) 내부 직경 X1의 15% 내지 20%가 된다. 이는, 상기에서 전술한 바와 같이 다결정의 침입 및 결함이 없는 대구경의 단결정을 제작하기 위함이다.

예를 들어, 도가니(100) 내부 직경 X1이 종자정 홀더(400)의 직경 X2에 비해 30% 미만의 비율로 크게 제작되는 경우, 다결정의 침입 및 결함이 발생된 단결정이 제작된다. 이는, 상기와 같이 제작된 도가니(100)의 내부에 유도부(500)가 장착되는 경우, 원하는 크기로 단결정의 직경을 확장시키기 위한 유도부(500)의 내부공간이 확보되지 않기 때문이다. 즉, 단결정이 유도부(500) 내에서 수평방향으로 성장하던 중, 상기 단결정의 가장자리 영역이 유도부(500) 내주면에 접촉하게 됨에 따라, 단결정의 직경 확장에 한계가 발생된다. 그리고, 이로 인한 응력이 발생되어 단결정의 가장자리 영역에 결함이 발생된다. 또한, 승화된 원료(200)가 유도 부(500)의 내주면에 부착되어 다결정을 형성하는 경우, 단결정이 유도부(500) 내에서 수평방향으로 성장하던 중, 유도부(500)의 내주면에 형성된 다결정과 접촉될 수 있다. 이때, 유도부(500) 내주면으로부터 성장한 다결정은 단결정으로 침입하게 되고, 칩입된 다결정은 단결정의 직경을 확장시키는데 방해 요소로 작용한다. 또한, 도가니(100) 내부 직경 X1이 종자정 홀더(400) 직경 X2에 비해 30% 미만의 비율로 크게 제작되는 경우, 도가니(100) 내벽과 종자정 홀더(400) 사이의 이격거리 X3가 도가니(100) 내부 직경 X1이 15% 미만이 된다. 이때, 승화된 원료(200)가 종자정 홀더(400)가 장착되지 않은 도가니 뚜껑(300)의 가장자리 영역에 부착되어 다결정을 형성하게 되면, 상기 다결정이 하측 방향으로 성장하여 단결정의 가장자리와 상호 접속하게 된다. 이는, 도가니 뚜껑(300)의 가장자리 영역 하측에 해당하는 도가니(100) 내부의 측벽과 종자정 홀더(400) 사이의 이격거리 X3가 좁아, 다결정이 하측 방향으로 빠르게 성장하기 때문이다. 이에, 시간이 경과함에 따라 다결정은 종자정(600)으로부터 성장된 단결정의 위치까지 성장하게 되어, 상기 단결정의 가장자리와 접촉하게 된다. 이때, 다결정이 단결정으로 침입되어 단결정 직경 확장에 방해가 된다. 그리고, 도가니(100) 내부 직경 X1이 종자정 홀더(400)의 직경 X2에 비해 40%를 초과하는 비율로 크게 제작되는 경우, 승화된 원료(200)가 종자정(600)에 부착되지 않을 확률이 높아진다. 이에, 단결정의 성장률이 낮아지고, 원료(200)의 소모가 증가하게 된다.

이에, 실시예에서는 전술한 바와 같이, 도가니(100)의 내부 직경 X1이 종자정 홀더(400)의 직경 X2에 비해 30% 내지 40% 크도록 제작한다. 이로 인해, 도가 니(100) 내부에 장착되는 유도부(500)의 내부공간이 확보된다. 즉, 유도부(500)의 내부에 단결정이 수평방향으로 성장하여 원하는 직경으로 확장될 수 있도록 상기 유도부(500)의 내부공간이 확보된다. 이에, 단결정이 성장하던 중 유도부(500)의 내주면과 접촉되지 않아 결함이 없는 대구경의 단결정을 제작할 수 있다. 또한, 승화된 원료(200)가 유도부(500)의 내주면에 부착되어 다결정을 형성하더라도, 상기 다결정이 종자정(600)으로부터 성장된 단결정의 가장자리 영역과 접촉되지 않는다. 이에, 다결정의 침입이 없는 대구경의 단결정을 제작할 수 있다. 또한, 도가니(100) 내부 측벽과 종자정 홀더(400) 사이의 이격거리 X3는 15% 내지 20%가 되도록 한다. 이에, 승화된 원료(200)가 도가니(100) 내부 측벽과 종자정 홀더(400) 사이 공간에 부착되어 다결정을 형성하더라도, 상기 다결정은 종자정(600)으로부터 성장된 단결정으로 침입하지 않는다. 이는, 도가니(100) 내부의 측벽과 종자정 홀더(400) 사이 이격거리 X3가 충분히 확보되어, 도가니 뚜껑(300)으로부터 성장한 다결정이 단결정의 위치까지 성장되지 않기 때문이다. 이에, 다결정의 침입이 없는 대구경의 단결정을 제작할 수 있다.

여기서, 도가니(100)는 실리콘카바이드의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질로 제작되는데, 예를 들어 흑연으로 제작되거나 흑연 재질 상에 실리콘카바이드의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질이 도포될 수 있다. 흑연 재질 상에 도포되는 물질은 실리콘카바이드 단결정이 성장되는 온도에서 실리콘 및 수소에 대해 화학적으로 불활성인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, Ta, Hf, Nb, Zr, W, V과 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합물과 탄소가 이루는 탄화물과, Ta, Hf, Nb, Zr, W, V과 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합물과 질소가 이루는 질화물을 이용할 수 있다.

유도부(500)는 도가니(100) 내부에서 승화된 원료(200)가 종자정(600)이 위치한 방향으로 이동할 수 있도록 유도하는 역할을 한다. 즉, 유도부(500)는 도가니(100) 내부에서 승화된 원료(200)가 종자정(600)이 위치하지 않는 영역으로 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 유도부(500)는 도가니(100)의 상측에 배치된 종자정 홀더(400)와 상기 도가니(100)의 하측에 장입된 원료(200)의 사이 영역에 대응 배치된다. 그리고 실시예에서는 유도부(500)의 하부가 도가니(100) 내부 측벽에 결합된다. 이때, 유도부(500)는 내부공간을 가지고, 상부 및 하부가 개방된 튜브 형태로 제작된다. 또한, 유도부(500)는 종자정(600)이 위치한 상측 방향으로 갈수록 그 직경이 작아지는 사다리꼴 형태로 제작되는 것이 바람직하다. 즉, 유도부(500)의 측부가 도가니(100) 내의 측벽과 직각을 이루지 않고 기울어지도록 제작되어, 하부에서 상부로 갈수록 직경이 작아지는 사다리꼴 형태로 제작된다. 이때, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 유도부(500)의 상부 직경 X4가 종자정 홀더(400)의 직경 X2에 비해 20% 내지 30% 크게 제작되는 것이 바람직하다. 그리고 종자정 홀더(400)는 상기 유도부(500)의 상부의 중앙에 대응 배치되도록 한다. 또한, 유도부(500)의 측부가 도가니(100) 내의 측벽과 이루는 각 θ가 40˚ 내지 50˚가 되도록 한다. 이는 다결정의 침입 및 결함이 없는 대구경의 단결정을 제작하기 위함이다.

예를 들어, 유도부(500)의 측부와 도가니(100) 내부 측벽이 이루는 각 θ가 50˚ 이상이고, 유도부(500)의 상부 직경 X4가 종자정 홀더(400)의 직경에 비해 20% 미만으로 크게 제작되는 경우, 다결정의 침입 및 결함이 발생된 단결정이 제작된다. 또한, 원하는 크기로 단결정을 성장시킬 수 없어 대구경의 단결정을 제작할 수 없다. 즉, 유도부(500)의 내부공간이 충분하지 않아 단결정이 수평방향으로 성장하던 중 상기 유도부(500)의 내주면에 접촉됨에 따라, 상기 단결정의 직경을 확장시키는데 한계가 있다. 또한, 단결정의 가장자리 영역이 유도부(500)의 내주면에 접촉됨에 따라, 상기 단결정의 가장 자리 영역에 응력이 발생되게 되고 이로 인해 결함이 발생된다. 그리고, 상기와 같은 유도부(500)의 내주면에 승화된 원료(200)가 부착되어 다결정을 성장할 경우, 상기 다결정이 종자정(600)으로부터 성장된 단결정의 가장자리 영역과 접촉될 수 있다. 이때, 다결정이 단결정으로 침입하게 되어 단결정의 직경 확장을 방해한다. 또한, 유도부(500)의 측부와 도가니(100) 내부 측벽이 이루는 각 θ가 40˚ 미만이고, 유도부(500)의 상부 직경 X4가 종자정 홀더(400)의 직경에 비해 30% 를 초과하는 크기로 크게 제작되는 경우, 승화된 원료(200)를 종자정(600)이 위치한 방향으로 유도하는데 어려움이 있다. 이에, 승화된 원료(200)가 종자정(600)이 위치한 영역 이외에 다른 영역으로 이동할 확률이 높아져, 단결정의 성장률을 저하시키며 원료(200)의 소모가 증가된다.

이에, 실시예에서는 전술한 바와 같이 유도부(500)의 측부가 도가니(100) 내부 측벽과 이루는 각이 40˚ 내지 50˚가 되도록 한다. 또한, 유도부(500)의 상부 직경 X4가 종자정 홀더(400)의 직경 X2에 비해 20% 내지 30% 크도록 제작한다. 이로 인해, 단결정이 수평방향으로 성장하여 원하는 크기의 직경으로 황장시킬 수 있 는 유도부(500)의 내부공간이 확보됨에 따라, 결함이 없는 대구경의 단결정을 제작할 수 있다. 또한, 승화된 원료(200)가 유도부(500) 내주면에 부착되어 다결정을 형성하더라도, 상기 다결정은 종자정(600)으로부터 성장된 단결정의 가장자리 영역과 접속되지 않는다. 이에, 다결정의 침입이 없는 대구경의 단결정을 제작할 수 있다.

단열재(700) 및 석영관(800)은 도가니(100)의 외부에 마련되며, 도가니(100)의 온도를 결정 성장 온도로 유지하도록 한다. 단열재(700)는 SiC의 결정 성장 온도가 매우 높기 때문에 흑연 섬유를 압착시켜 일정 두께의 원통형으로 제작된 흑연 펠트를 사용할 수 있다. 또한, 단열재(700)는 복수의 층으로 형성되어 도가니(100)를 둘러쌀 수도 있다. 가열수단(900)은 석영관(800) 외부에 마련된다. 가열수단(900)으로는 예를 들어, 고주파 유도 코일이 사용될 수 있다. 이에, 고주파 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써, 도가니(100)를 가열하고 원료(200)를 원하는 온도로 가열할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 성장장치를 이용하여 단결정을 성장시는 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 하기에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 도가니를 이용한 단결정 성장 방법을 설명한다.

먼저, 접착재료를 이용하여 종자정 홀더(400)에 종자정(600)을 부착한다. 그리고, 도가니(100)의 몸체 내부에 원료(200), 예를 들어 실리콘카바이드 분말을 장입한다. 그리고, 1300℃ 내지 1500℃의 온도와 진공압력으로 2 시간 내지 3시간 동안 가열하여 도가니(100)의 몸체 내에 포함된 불순물을 제거한다. 이어서, 불활성 가스 예를 들어 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 몸체 내부 및 몸체와 단열재(700) 사이에 남아있는 공기를 제거한다. 그리고, 압력을 대기압으로 높인 후, 가열수단(900)을 이용하여 몸체를 2000℃ 내지 2300℃의 온도로 가열한다. 여기서, 대기압을 유지하는 이유는 결정 성장 초기에 원하지 않는 결정 다형의 발생을 방지하기 위함이다. 즉, 먼저 대기압을 유지하며 원료(200)를 성장 온도까지 승온시킨다. 이후, 성장장치 내부를 20mbar 내지 60mbar으로 감압하여 성장 압력으로 유지시키면서, 원료(200)를 승화시킨다. 이때, 도가니(100)의 내부에는 전술한 바와 같이 승화된 원료(200)를 종자정(600)이 위치한 방향으로 이동하도록 하는 유도부(500)가 장착되어 있다. 여기서, 도가니(100)는 종자정 홀더(400)에 비해 30% 내지 40% 크게 제작되고, 이러한 도가니(100)의 내부에 유도부(500)가 장착된다. 유도부(500)는 도가니(100) 내부의 측벽과 이루는 각 θ가 40˚ 내지 50˚이며, 상부로 갈수록 직경이 좁아지도록 제작된다. 이때, 종자정(600)의 하부 직경은 도가니(100)의 내부 직경과 X1과 동일하며, 상부 직경 X4는 종자정 홀더(400)의 직경 X2에 비해 20% 내지 30% 크게 제작되는 것이 바람직하다. 이에, 단결정(200a)이 수평방향으로 성장하여 원하는 크기의 직경으로 확장시킬 수 있도록 유도부(500)의 내부공간이 충분히 확보된다. 따라서, 단결정(200a)의 가장자리 영역이 유도부(500) 내주면과 접촉되지 않음에 따라, 결함이 없는 대구경의 단결정(200a)을 제작할 수 있다. 그리고, 유도부(500)의 내벽에 승화된 원료(200)가 부착되어 다결정(200b)이 성장되더라도, 상기 유도부(500)의 내벽에서 성장된 다결정(200b)과 종자정(600)으로부터 성장된 단결정(200a)이 상호 접촉되지 않는다. 이에, 다결정(200b)의 침입이 없는 대구경의 단결정(200a)을 제작할 수 있다. 그리고, 실시예에서는 도가니(100)의 내부 직경 X1이 종자정 홀더(400)의 직경 X2에 비해 30% 내지 40% 크도록 제작한다. 이에, 도가니(100) 내부 측벽과 종자정 홀더(400) 사이의 이격거리 X3는 15% 내지 20%가 된다. 이로 인해, 승화된 원료(200)가 도가니(100) 내부 측벽과 종자정 홀더(400) 사이 공간에 부착되어 다결정(200b)을 형성하더라도, 상기 다결정(200b)은 종자정(600)으로부터 성장된 단결정(200a)과 접촉되지 않는다. 따라서, 다결정(200b)의 침입이 없는 대구경의 단결정(200a)을 제작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 성장장치를 도시한 단면도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 A를 확대 도시한 단면도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도가니와 종자정 홀더를 도시한 상면도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 종자정 홀더와 유도부의 상부를 도시한 상면도

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 성장장치를 이용하여 단결정을 성장시는 방법을 설명하기 위한 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 도가니 200: 원료

300: 도가니 뚜껑 400: 종자정 홀더

500: 유도부 600: 종자정

Claims (6)

1. 내부공간을 가지며, 원료가 장입되고, 상부가 개방된 형태로 제작되는 도가니;

   상기 도가니의 상부에 대응 장착된 도가니 뚜껑;

   상기 도가니 뚜껑 하부에 장착되며, 하부에 종자정이 부착되는 종자정 홀더;

   상기 도가니 내부에서 상기 종자정 홀더의 하측 영역에 위치하며, 상기 도가니 내부의 측벽에 결합되어, 승화된 원료가 종자정이 위치한 방향으로 이동하도록 유도하는 유도부를 포함하며,

   상기 도가니 내부 직경은 상기 종자정 홀더에 비해 30% 내지 40% 크게 제작되고,

   상기 유도부의 상부 직경은 상기 종자정 홀더 직경에 비해 20% 내지 30% 크게 제작되는 단결정 성장장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 종자정 홀더는 상기 도가니의 상측의 중앙 영역에 대응 위치하도록 도가니 뚜껑의 하부에 장착되는 단결정 성장장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 도가니 내부 측벽과 상기 종자정 홀더 사이의 이격거리가 상기 도가니 내부 직경의 15% 내지 20%가 되도록 하는 단결정 성장장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 유도부는 내부공간을 가지며, 상부 및 하부가 개방된 튜브 형태로 제작되고, 하부에서 상부로 갈수록 직경이 좁아지는 형태로 제작되는 단결정 성장장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 유도부의 측부와 상기 도가니 내의 측벽이 이루는 각이 40˚ 내지 50˚가 되도록 하는 단결정 성장장치.
6. 청구항 1 또는 4에 있어서,

   상기 유도부의 하부 직경은 도가니 내부 직경과 동일하게 제작되는 단결정 성장장치.

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