KR101326554B1 - 트리메틸갈륨(ＴＭＧａ)의 재활용 방법 - Google Patents

트리메틸갈륨(ＴＭＧａ)의 재활용 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101326554B1
KR101326554B1 KR1020120067610A KR20120067610A KR101326554B1 KR 101326554 B1 KR101326554 B1 KR 101326554B1 KR 1020120067610 A KR1020120067610 A KR 1020120067610A KR 20120067610 A KR20120067610 A KR 20120067610A KR 101326554 B1 KR101326554 B1 KR 101326554B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tmga
liquid
gas
recovery
inert gas
Prior art date
Application number
KR1020120067610A
Other languages
English (en)
Inventor
이상섭
신선섭
양영경
윤재식
양재열
Original Assignee
한국기초과학지원연구원
(주)덕산테코피아
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기초과학지원연구원, (주)덕산테코피아 filed Critical 한국기초과학지원연구원
Priority to KR1020120067610A priority Critical patent/KR101326554B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101326554B1 publication Critical patent/KR101326554B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4402—Reduction of impurities in the source gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/18—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metallo-organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 사용후 TMGa의 재활용 방법은 복수개의 사용후 캐니스터(canister)에 잔존하는 액체 TMGa(trimethylgallium)에 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 각각의 캐니스터로부터 회수하는 TMGa 회수 단계; 상기 액체 TMGa를 가열시킨 상태에서 상기 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 기화시킨 다음, 상기 액체 TMGa의 기화로 발생된 TMGa 가스를 냉각에 의해 액화시켜 정제된 액체 TMGa를 획득하는 TMGa 정제 단계: 정제된 상기 액체 TMGa의 순도 및 화학적 구조를 분석하여 상기 액체 TMGa의의 재활용 여부를 결정하는 TMGa 분석 단계: 및 정제된 상기 액체 TMGa의 분석 결과 기설정값을 만족하여 상기 액체 TMGa의 재활용이 결정된 경우, 상기 액체 TMGa에 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 전처리된 복수개의 캐니스터에 각각 충진하는 TMGa 충진 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

트리메틸갈륨(ＴＭＧａ)의 재활용 방법{Reusing method of TMGa}
본 발명은 트리메틸갈륨(Trimethylgallium, TMGa)의 재활용 방법에 관한 것으로서, MOCVD장비에 장착되어 GaN의 precursor로 사용후 캐니스터(canister)에 잔존하는 TMGa를 재활용할 수 있는 방법에 관한 것이다.
LED 제조에 많이 쓰이는 기상증착법인 CVD(Chemical Vapor Deposition)에는 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등이 있다.
여기서, 대표적인 CVD 증착물질인 GaN의 경우에는 MOCVD 법을 이용할 때 TMGa라는 Ga에 methyl기를 붙인 물질을 수송기체에 실어보내고, 한 쪽에서는 암모니아(NH3)를 불어넣어서 기판의 표면에서 TMGa의 Ga과 NH3의 N이 반응하여 GaN을 생성하게 된다.
예를 들어, 대한민국 특허출원번호 제10-1998-0037238호에서는 수소화합물로 NH3 가스를 사용하고, 유기금속화합물로 트리메틸갈륨(TMGa)을 사용하여 질화갈륨계 박막을 성장시킬 수 있는 유기금속화합물 화학기상증착장치를 소개한 바 있다.
일반적으로, 상기 TMGa는 캐니스터(canister)에 충진되어 사용될 수 있는데, 사용후 캐니스터(canister)에는 약 10%의 TMGa 잔량이 존재하게 된다.
최근 LED의 산업발전에 따라 원료인 TMGa의 사용량이 급격이 증가하고 있기 때문에 사용후 캐니스터(canister)에 잔존하는 TMGa를 회수하여 재활용할 수 있는 방법이 적극 검토된다.
본 발명은 사용후 캐니스터(canister)에 잔존하는 TMGa를 회수하여 정제한 후, 정제된 TMGa를 상기 캐니스터에 충진함으로써 사용후 TMGa를 재활용할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 사용후 TMGa의 재활용 방법은 복수개의 사용후 캐니스터(canister)에 잔존하는 액체 TMGa(trimethylgallium)에 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 각각의 캐니스터로부터 회수하는 TMGa 회수 단계; 상기 액체 TMGa를 가열시킨 상태에서 상기 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 기화시킨 다음, 상기 액체 TMGa의 기화로 발생된 TMGa 가스를 냉각에 의해 액화시켜 정제된 액체 TMGa를 획득하는 TMGa 정제 단계: 정제된 상기 액체 TMGa의 순도 및 화학적 구조를 분석하여 상기 액체 TMGa의의 재활용 여부를 결정하는 TMGa 분석 단계: 및 정제된 상기 액체 TMGa의 분석 결과 기설정값을 만족하여 상기 액체 TMGa의 재활용이 결정된 경우, 상기 액체 TMGa에 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 전처리된 복수개의 캐니스터에 각각 충진하는 TMGa 충진 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 TMGa 회수 단계에서, 상기 액체 TMGa는 N2 퍼지(purge) 상태의 글로브 박스 안에서 상기 캐니스터로부터 음압이 걸린 저장 용기로 회수되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 TMGa 정제 단계는, 상기 저장 용기에 저장된 상기 액체 TMGa를 가열시킨 상태에서 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 기화시키는 TMGa 기화 공정; 상기 TMGa 가스를 액화시켜 정제된 액체 TMGa를 제 1회수 용기에 1차적으로 회수하는 TMGa 제 1정화 공정; 및 상기 TMGa 제 1정화 공정에서 액화되지 않은 TMGa 가스를 액화시켜 정제된 액체 TMGa를 제 2회수 용기에 2차적으로 회수하는 TMGa 제 2정화 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 TMGa 분석 단계에서, 상기 TMGa의 순도는 플라즈마를 이온원으로 사용하는 질량분석장치인 ICP-MS(inductively coupled plasma mass spectrometry)을 이용하여 분석하고, 상기 TMGa의 화학적 구조는 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)을 이용하여 분석하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 TMGa 충진 단계에서, 정제된 상기 액체 TMGa는 N2 퍼지 상태의 글로브 박스 안에서 상기 제 1회수 용기 또는 제 2회수 용기로부터 음압이 걸린 전처리된 캐니스터로 충진되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 사용후 TMGa의 재활용 방법에 의하면, 사용후 캐니스터(canister)에 잔존하는 TMGa를 회수하여 정제한 후, 상기 캐니스터에 충진함으로써 사용후 TMGa를 재활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 연속공정에 의해 사용후 TMGa를 회수, 정제 및 충진할 수 있으므로 공정시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 본 발명에 따르면, 사용후 TMGa의 정제 결과, 고순도의 TMGa를 회수할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 사용후 TMGa의 재활용 방법의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 TMGa 정제 단계의 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 TMGa 회수 단계에서 액체 TMGa를 캐니스터로부터 회수하는 모습을 보여주는 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 TMGa 정제 단계에서 이용되는 TMGa 정제 장치의 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 트랩부의 제 1구성도이다.
도 6은 도 4에 도시된 트랩부의 제 2구성도이다.
도 7은 본 발명에 따라 정제된 TMGa의 ICP-MS 분석 결과를 보여주는 도이다.
도 8은 본 발명에 따라 정제된 TMGa의 NMR 분석 결과를 보여주는 도이다.
도 9는 본 발명에 따라 정제된 TMGa를 이용하여 성장시킨 GaN에 대한 XRD rocking curve를 보여주는 도이다.
도 10은 본 발명에 따라 정제된 TMGa를 이용하여 성장시킨 GaN에 대한 XRD phi scan을 보여주는 도이다.
도 11은 본 발명에 따라 정제된 TMGa를 이용하여 성장시킨 un-doped GaN에 대한 Hall effect를 보여주는 도이다.
도 12는 본 발명에 따라 정제된 TMGa를 이용하여 성장시킨 un-doped GaN의 PL spectrum을 보여주는 도이다.
도 13은 본 발명에 따른 TMGa 충진 단계에서 정제된 액체 TMGa를 전처리된 캐니스터로 충진하는 모습을 보여주는 도이다.
도 14는 본 발명에 따른 사용후 캐니스터를 전처리하는 방법을 보여주는 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 사용후 TMGa의 재활용 방법의 블록도이다.
본 발명에 따른 사용후 TMGa의 재활용 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, TMGa 회수 단계(S10), TMGa 정제 단계(S20), TMGa 분석 단계(S30) 및 TMGa 충진 단계(S40)를 포함한다.
상기 TMGa 회수 단계(S10)는 복수개의 사용후 캐니스터(canister)에 잔존하는 액체 TMGa(trimethylgallium)에 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 각각의 캐니스터로부터 회수하는 단계이다.
여기서, 상기 액체 TMGa는 N2 퍼지(purge) 상태의 글로브 박스 안에서 상기 캐니스터로부터 음압이 걸린 저장 용기로 회수될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 TMGa 회수 단계에서 액체 TMGa를 캐니스터로부터 회수하는 모습을 보여주는 도이다.
구체적으로, 상기 TMGa 회수 단계(S10)에서는 먼저, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 글로브 박스(60) 안에 사용후 캐니스터(10)와 저장 용기(110)를 플렉서블관(40)으로 연결하고, 상기 저장 용기(110)에 펌프(50)를 연결한 후 상기 글로브 박스(60) 내부를 N2 퍼지(purge) 상태로 유지시킨다.
이후, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 사용후 캐니스터(10)를 뒤집어 상기 사용후 캐니스터(10)에 잔존하는 액체 TMGa를 상기 플렉서블관(40)의 입구로 모이게 한다.
마지막으로, 상기 사용후 캐니스터(10)에 연결된 또 다른 플렉서블관(30)을 통해 불활성 가스, 예를 들어 아르곤(Ag) 가스를 상기 사용후 캐니스터(10) 내부로 유입시키면서 상기 펌프(50)를 이용하여 상기 저장 용기(110)에 음압을 인가함으로써 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 액체 TMGa를 상기 사용후 캐니스터(10)로부터 상기 저장 용기(110)로 회수할 수 있다.
상기 TMGa 회수 단계(S10)는 상기 저장 용기(110)에 회수되는 액체 TMGa가 일정량이 될 때까지 반복될 수 있으며, 상기 액체 TMGa가 상기 저장 용기(110)에 일정량이 회수되는 경우, 후술할 TMGa 정제 단계(S20)가 수행될 수 있다.
상기 TMGa 정제 단계(S20)는 상기 액체 TMGa를 가열시킨 상태에서 상기 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 기화시킨 다음, 상기 액체 TMGa의 기화로 발생된 TMGa 가스를 냉각에 의해 액화시켜 정제된 액체 TMGa를 획득하는 단계이다.
도 2는 본 발명에 따른 TMGa 정제 단계의 블록도이다.
상기 TMGa 정제 단계(S20)는 도 2에 도시된 바와 같이, TMGa 기화 공정(S21), TMGa 제 1정화 공정(S22) 및 TMGa 제 2정화 공정(S23)을 포함한다.
도 4는 본 발명에 따른 TMGa 정제 단계에서 이용되는 TMGa 정제 장치의 구성도이다.
한편, 상기 TMGa 정제 단계(S20)에서 이용되는 TMGa 정제 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 기화부(100), 정제부(200) 및 트랩부(300)를 포함하는데, 여기서, 상기 기화부(100)는 상기 TMGa 기화 공정(S21)을 수행하고, 상기 정제부(200)는 상기 TMGa 제 1정화 공정(S22)을 수행하며, 상기 트랩부(300)는 상기 TMGa 제 2정화 공정(S23)을 수행할 수 있다.
상기 TMGa 기화 공정(S21)은 상기 저장 용기(110)에 저장된 상기 액체 TMGa를 가열시킨 상태에서 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 기화시키는 공정으로, 상기 기화부(100)는 상기 TMGa 기화 공정(S21)을 수행하기 위해 저장 용기(110), 상기 저장 용기(110)에 연결되는 제 1유입관(120) 및 제 1배출관(130), 상기 저장 용기(110)를 수용하는 핫 배스(hot bath,140)를 포함할 수 있다.
상기 저장 용기(110)는 후술할 제 1유입관(120)으로부터 상기 불활성 가스를 공급받으면서 후술할 핫 배스(140)에 의해 가열되어 상기 액체 TMGa를 기화시킴으로써 TMGa 가스를 생성할 수 있다.
상기 제 1유입관(120)은 상기 불활성 가스, 예를 들어, 아르곤(Ar) 가스를 상기 저장 용기(110) 내부로 유입시켜 상기 액체 TMGa를 가압시킬 수 있다.
상기 제 1배출관(130)은 상기 TMGa 가스 및 불활성 가스를 상기 저장 용기(110) 외부로 배출시켜 후술할 정제부(200)로 유입시킬 수 있다.
상기 핫 배스(140)는 내부에 구비된 물을 가열하여 상기 저장 용기(110)를 가열함으로써 상기 액체 TMGa를 기화시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 핫 배스(140)는 내부에 구비된 물의 온도를 상기 액체 TMGa의 끊는점(56℃) 이상의 온도, 예를 들어, 60℃까지 상승시켜 상기 저장 용기(110)를 가열시킬 수 있다.
상기 TMGa 제 1정화 공정(S22)은 상기 TMGa 가스를 액화시켜 정제된 액체 TMGa를 제 1회수 용기에 1차적으로 회수하는 공정으로, 상기 정제부(200)는 상기 TMGa 제 1정화 공정(S22)을 수행하기 위해 제 1회수 용기(210), 상기 제 1회수 용기(210)에 연결되는 제 2유입관(220) 및 제 2배출관(230), 상기 제 1회수 용기(210)를 수용하는 쿨 배스(240)를 포함할 수 있다.
상기 제 1회수 용기(210)는 정제된 액체 TMGa를 1차적으로 회수할 수 있는데, 상기 제 1회수 용기(210)는 후술할 제 2유입관(220)으로부터 상기 TMGa 가스를 공급받으면서 후술할 쿨 배스(240)에 의해 냉각됨으로써 상기 TMGa 가스를 액화시켜 정제된 액체 TMGa를 회수할 수 있다.
상기 제 2유입관(220)은 상기 제 1배출관(130)과 연결됨으로써 상기 TMGa 가스 및 불활성 가스를 상기 제 1회수 용기(210) 내부로 유입시킬 수 있다.
상기 제 2배출관(230)은 상기 제 1회수 용기(210)에서 액화되지 않은 TMGa 가스 및 불활성 가스를 상기 제 1회수 용기(210) 외부로 배출시켜 후술할 트립부(300)로 유입시킬 수 있다.
상기 쿨 배스(240)는 상기 제 1회수 용기(210)를 냉각함으로써 상기 TMGa 가스를 액화시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 쿨 배스(240)는 내부에 액체질소(LN2)를 저장하여 -100℃ 이하로 온도를 하강시켜 상기 제 1회수 용기(210)를 냉각시킬 수 있다.
상기 TMGa 제 2정화 공정(S23)은 상기 TMGa 제 1정화 공정(S22)에서 액화되지 않은 TMGa 가스를 액화시켜 정제된 액체 TMGa를 제 2회수 용기에 2차적으로 회수하는 공정으로, 상기 트랩부(300)는 상기 TMGa 제 2정화 공정(S23)을 수행하기 위해 하기의 구성을 포함할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 트랩부의 제 1구성도이다.
상기 트랩부(300)는 제 1실시예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2회수 용기(310), 상기 제 2회수 용기(310)에 연결되는 제 3유입관(320) 및 제 3배출관(330), 상기 제 3유입관(320) 및 제 3배출관(330) 사이에 설치되는 냉매관(340)을 포함할 수 있다.
상기 제 2회수 용기(310)는 정제된 액체 TMGa를 2차적으로 회수할 수 있다.
상기 제 3유입관(320)은 상기 제 2배출관(230)과 연결됨으로써 상기 제 1회수 용기(210)에서 액화되지 않은 TMGa 가스 및 불활성 가스를 상기 제 2회수 용기(310) 내부로 유입시킬 수 있다.
상기 제 3배출관(330)은 상기 불활성 가스는 물론 상기 제 2회수 용기(310) 내부에 존재하는 불순물을 상기 제 2회수 용기(310) 외부로 배출시킬 수 있는데, 여기서, 상기 제 3배출관(330)은 도시되지 않았지만, 외부에 설치된 펌프(미도시)에 연결되어 감압에 의해 상기 불활성 가스를 외부로 배출시킬 수 있다.
상기 냉매관(340)은 상기 제 3유입관(320) 및 제 3배출관(330)을 냉각함으로써 상기 제 3유입관(320) 및 제 3배출관(330)에 포함된 상기 TMGa 가스를 액화시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 냉매관(340)은 코일 형상으로 이루어질 수 있는데, 이처럼 상기 냉매관(340)이 코일 형상으로 이루어짐으로써 내부를 유동하는 냉매, 예를 들어 액체 질소의 유동 길이가 길어짐에 따라 상기 제 3유입관(320) 및 제 3배출관(330)을 이동하는 TMGa 가스를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
도 6은 도 4에 도시된 트랩부의 제 2구성도이다.
한편, 상기 트랩부(300)는 제 2실시예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2회수 용기(310), 상기 제 2회수 용기(310)에 연결되는 제 3유입관(320) 및 제 3배출관(330), 상기 제 2회수 용기(310) 상에 설치되는 냉매 탱크(350)를 포함할 수 있다.
상기 제 2회수 용기(310)는 상술한 제 1실시예에 따른 트랩부에 포함된 제 2회수 용기와 그 구성 및 내용이 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 제 3유입관(320)은 상기 제 2배출관(230)과 연결됨으로써 상기 제 1회수 용기(210)에서 액화되지 않은 TMGa 가스 및 불활성 가스를 상기 제 2회수 용기(310) 내부로 유입시킬 수 있는데, 여기서, 상기 제 3유입관(320)은 후술할 냉매 탱크(350)에 수용되는 코일 형상부(321)를 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 코일 형상부(321)는 상기 냉매 탱크(350)에 수용되어 상기 냉매 탱크(350)에 저장된 냉매에 잠길 수 있고, 이에 따라 상기 코일 형상부(321)를 이동하는 TMGa 가스가 상기 냉매에 의해 냉각되어 액화됨으로써 정제된 액체 TMGa가 상기 제 2회수 용기(200)에 회수될 수 있다.
상기 제 3배출관(330)은 상기 불활성 가스는 물론 상기 제 2회수 용기(310) 내부에 존재하는 불순물을 상기 제 2회수 용기(310) 외부로 배출시킬 수 있는데, 여기서, 상기 제 3배출관(330)은 도시되지 않았지만, 외부에 설치된 펌프(미도시)에 연결되어 감압에 의해 상기 불활성 가스를 외부로 배출시킬 수 있고, 상기 제 3유입관(320)과 동일하게 상기 냉매 탱크(350)에 수용되는 코일 형상부(331)를 구비함으로써 상기 TMGa 가스가 상기 제 2회수 용기(310)에서 액화되지 않고 상기 코일 형상부(331)를 이동하는 경우, 상기 TMGa 가스가 재냉각되어 액화됨으로써 정제된 액체 TMGa가 상기 제 2회수 용기(200)에 다시 회수될 수 있다.
이처럼, 상기 제 3유입관(320) 및 제 3배출관(330)이 상기 냉매 탱크(350)에 수용되는 코일 형상부(321,331)를 구비함으로써 상기 냉매 탱크(350) 안에서 이동하는 TMGa 가스의 유동 길이가 길어짐에 따라 상기 TMGa 가스를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
상기 냉매 탱크(350)는 상술한 바와 같이 상기 제 3유입관(320) 및 제 3배출관(330)에 각각 구비된 코일 형상부(321,331)를 수용함으로써 상기 TMGa 가스를 용이하게 액화시킬 수 있는데, 여기서, 상기 냉매 탱크(350)에 저장되는 냉매는 액체 질소로 이루어질 수 있다.
상기 TMGa 분석 단계(S30)는 정제된 상기 액체 TMGa의 순도 및 화학적 구조를 분석하여 상기 액체 TMGa의 재활용 여부를 결정하는 단계로, 상기 TMGa 분석 단계(S30)에서 정제된 상기 액체 TMGa의 분석 결과 기설정값을 만족하는 경우, 예를 들어, 상기 액체 TMGa의 순도가 기설정값 이상이고 화학적 구조가 변하지 않은 경우, 후술할 TMGa 충진 단계(S40)를 수행하고, 상기 액체 TMGa의 순도가 기설정값 미만이고 화학적 구조가 변한 경우, 상기 TMGa 정제 단계(S20)를 재수행할 수 있다.
상기 TMGa 분석 단계(S30)에서는 상기 TMGa의 순도를 플라즈마를 이온원으로 사용하는 질량분석장치인 ICP-MS(inductively coupled plasma mass spectrometry)을 이용하여 분석할 수 있고, 상기 TMGa의 화학적 구조를 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)을 이용하여 분석할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따라 정제된 TMGa의 ICP-MS 분석 결과를 보여주는 도이다.
본 발명에 따라 정제된 TMGa의 신뢰성 있는 ICP-MS 분석을 위해 한국기초과학지원 연구원 오창센터, 서울센터 내 장비를 이용하였고, 외부 분석장비로는 분석기술연구소의 장비를 이용하여 크로스 체크(cross-check)를 실시하였다. 분석 결과 도 7에 도시된 바와 같이, 평균적으로 8N(99.999999%)의 순도를 얻을 수 있었다.
도 8은 본 발명에 따라 정제된 TMGa의 NMR 분석 결과를 보여주는 도이다.
또한, 본 발명에 따라 정제된 TMGa의 NMR 분석 결과, 도 8에 도시된 바와 같이, 화학적 구조의 변화없이 단일 Ga(CH3)3의 peak를 관찰할 수 있었다.
도 9는 본 발명에 따라 정제된 TMGa를 이용하여 성장시킨 GaN에 대한 XRD rocking curve를 보여주는 도이고, 도 10은 본 발명에 따라 정제된 TMGa를 이용하여 성장시킨 GaN에 대한 XRD phi scan을 보여주는 도이다.
한편, 정제된 TMGa를 이용하여 성장시킨 GaN에 대한 XRD Rocking Curve 결과를 보았을 때, 도 9에 도시된 바와 같이, FWHM의 각도는 0.0835°의 폭을 확인하였고, 이를 arcsec로 변환하면 0.0835×3600=300.6arcsec가 되는데, 이는 개발 목표치인 350 arcsec 이내인 수치임을 알 수 있다.
또한, XRD를 이용하여 phi scan을 확인한 결과, 도 10에 도시된 바와 같이, 6개의 X선 회절 peak가 확인되었으므로, 정제 후 TMGa를 이용하여 성장시킨 GaN는 LED용 GaN 성장 구조인 hexagonal GaN 구조로 성장하였음을 알 수 있다.
도 11은 본 발명에 따라 정제된 TMGa를 이용하여 성장시킨 un-doped GaN에 대한 Hall effect를 보여주는 도이고, 도 12는 본 발명에 따라 정제된 TMGa를 이용하여 성장시킨 un-doped GaN의 PL spectrum을 보여주는 도이다.
또한, 정제 후 최종적으로 신뢰성 검토를 위해서 정제 시료를 이용하여 un-doped GaN을 성장시킨 후 Hall effect를 측정하여 carrier concentration을 계산하였는데, 그 계산 결과는 도 11에 도시된 바와 같이, 4.05×1016으로 목표치인 3×1017이하의 값으로 시료의 결과치가 더 양호하게 나타났음을 알 수 있다.
더불어, 정제후 TMGa를 이용하여 un-doped GaN을 성장시키고 광학적 특성을 photoluminescence로 분석하였는데, 도 12에 도시된 바와 같이, 3.45 eV 부근에서 관찰되는 2개의 peak는 origin의 muti-peak Gaussian function을 이용하여 분리하였고, GaN의 hand edge emission peak(blue line)의 FWHM을 분석한 결과 29.05 meV로 목표치인 50 meV 이하의 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
상기 TMGa 충진 단계(S40)는 정제된 상기 액체 TMGa의 분석 결과 기설정값을 만족하여 상기 액체 TMGa의 재활용이 결정된 경우, 상기 액체 TMGa에 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 전처리된 복수개의 캐니스터에 각각 충진하는 단계이다.
도 14는 본 발명에 따른 사용후 캐니스터를 전처리하는 방법을 보여주는 도이다.
여기서, 정제된 상기 액체 TMGa는 N2 퍼지 상태의 글로브 박스 안에서 상기 제 1회수 용기 또는 제 2회수 용기로부터 음압이 걸린 전처리된 캐니스터로 충진될 수 있는데, 이때, 상기 전처리된 캐니스터는 도 14에 도시된 바와 같이, 킬링작업과 세척작업을 거친 후 진공 퍼지 상태에서 leak 검사를 실시하여 충진 대기 상태에 있을 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 TMGa 충진 단계에서 정제된 액체 TMGa를 전처리된 캐니스터로 충진하는 모습을 보여주는 도이다.
구체적으로, 상기 TMGa 충진 단계(S40)에서는 먼저, 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 글로브 박스(60) 안에 제 1회수 용기(210) 또는 제 2회수 용기(미도시)와 전처리 캐니스터(20)를 플렉서블관(40)으로 연결하고, 상기 전처리 캐니스터(20)에 펌프(50)를 연결한 후 상기 글로브 박스(60) 내부를 N2 퍼지(purge) 상태로 유지시킨다.
이후, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제 1회수 용기(210) 또는 제 2회수 용기(미도시)를 뒤집어 상기 제 1회수 용기(210) 또는 제 2회수 용기(미도시)에 회수된 정제된 액체 TMGa를 상기 플렉서블관(40)의 입구로 모이게 한다.
마지막으로, 상기 제 1회수 용기(210) 또는 제 2회수 용기(미도시)에 연결된 또 다른 플렉서블관(30)을 통해 불활성 가스, 예를 들어 아르곤(Ag) 가스를 상기 상기 제 1회수 용기(210) 또는 제 2회수 용기(미도시) 내부로 유입시키면서 상기 펌프(50)를 이용하여 상기 전처리 캐니스터(20)에 음압을 인가함으로써 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이, 정제된 상기 액체 TMGa를 상기 제 1회수 용기(210) 또는 제 2회수 용기(미도시)로부터 상기 전처리 캐니스터(20)로 회수할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 사용후 TMGa의 재활용 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
S10:TMGa 회수 단계
S20:TMGa 정제 단계
S21:TMGa 기화 공정
S22:TMGa 제 1정화 공정
S23:TMGa 제 2정화 공정
S30:TMGa 분석 단계
S40;TMGa 충진 단계
10:사용후 캐니스터
20:전처리 캐니스터
30,40:플렉서블관
50:펌프
60:글로브 박스
100:기화부 110:저장 용기
120:제 1유입관 130:제 1배출관
140:핫 배스(hot bath) 200:정제부
210:제 1회수 용기 220:제 2유입관
230:제 2배출관 240:쿨 배스(cool bath)
300:트랩부 310:제 2회수 용기
320:제 3유입관 321,331:코일 형상부
330:제 3배출관 340:냉매관
400:냉매 탱크

Claims (5)

  1. 복수개의 사용후 캐니스터(canister)에 잔존하는 액체 TMGa(trimethylgallium)에 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 각각의 캐니스터로부터 저장 용기로 회수하는 TMGa 회수 단계;
    상기 액체 TMGa를 가열시킨 상태에서 상기 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 기화시킨 다음, 상기 액체 TMGa의 기화로 발생된 TMGa 가스를 냉각에 의해 액화시켜 정제된 액체 TMGa를 획득하는 TMGa 정제 단계:
    정제된 상기 액체 TMGa의 순도 및 화학적 구조를 분석하여 상기 액체 TMGa의 재활용 여부를 결정하는 TMGa 분석 단계: 및
    정제된 상기 액체 TMGa의 분석 결과 기설정값을 만족하여 상기 액체 TMGa의 재활용이 결정된 경우, 상기 액체 TMGa에 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 전처리된 복수개의 캐니스터에 각각 충진하는 TMGa 충진 단계;를 포함하고,
    상기 TMGa 정제 단계는,
    상기 저장 용기에 저장된 상기 액체 TMGa를 가열시킨 상태에서 불활성 가스를 유입시켜 상기 액체 TMGa를 기화시키는 TMGa 기화 공정;
    상기 TMGa 가스를 액화시켜 정제된 액체 TMGa를 제 1회수 용기에 1차적으로 회수하는 TMGa 제 1정화 공정; 및
    상기 TMGa 제 1정화 공정에서 액화되지 않은 TMGa 가스를 액화시켜 정제된 액체 TMGa를 제 2회수 용기에 2차적으로 회수하는 TMGa 제 2정화 공정;을 포함하며,
    상기 TMGa 기화 공정은,
    상기 저장 용기에 연결된 제 1유입관을 통해 상기 불활성 가스를 상기 저장 용기 내부로 유입시키고, 상기 저장 용기를 수용하는 핫 배스(hot bath)에 의해 상기 저장 용기를 가열하여 상기 TMGa 가스를 생성하며, 상기 저장 용기에 연결된 제 1배출관을 통해 상기 TMGa 가스 및 불활성 가스를 상기 저장 용기 외부로 배출시키고,
    상기 TMGa 제 1정화 공정은,
    상기 제 1회수 용기에 연결된 제 2유입관을 통해 상기 저장 용기 외부로 배출된 TMGa 가스 및 불활성 가스를 상기 제 1회수 용기 내부로 유입시키고, 상기 제 1회수 용기를 수용하는 쿨 배스(cool bath)에 의해 상기 제 1회수 용기를 냉각하여 정제된 액체 TMGa를 회수하며, 상기 제 1회수 용기에 연결된 제 2배출관을 통해 액화되지 않은 TMGa 가스 및 불활성 가스를 상기 제 1회수 용기 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 사용후 TMGa의 재활용 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 TMGa 제 2정화 공정은,
    상기 제 2회수 용기에 연결된 제 3유입관을 통해 상기 제 1회수 용기에서 액화되지 않은 TMGa 가스 및 불활성 가스를 상기 제 2회수 용기 내부로 유입시키고,
    상기 제 2회수 용기에 연결된 제 3배출관을 통해 상기 불활성 가스를 상기 제 2회수 용기 외부로 배출시키며,
    상기 제 3유입관 및 제 3배출관 사이에 설치되는 냉매관이 제 3유입관 및 제 3배출관을 냉각하여 상기 제 3유입관 및 제 3배출관에 포함된 TMGa 가스를 액화시켜 상기 제 2회수 용기에 정제된 액체 TMGa를 회수하는 것을 특징으로 하는 사용후 TMGa의 재활용 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 TMGa 제 2정화 공정은,
    상기 제 2회수 용기에 연결된 제 3유입관을 통해 상기 제 1회수 용기에서 액화되지 않은 TMGa 가스 및 불활성 가스를 상기 제 2회수 용기 내부로 유입시키고,
    상기 제 2회수 용기에 연결된 제 3배출관을 통해 상기 불활성 가스를 상기 제 2회수 용기 외부로 배출시키며,
    상기 제 3유입관 및 제 3배출관에 각각 구비된 코일 형상부가 상기 제 2회수 용기 상에 설치된 냉매탱크에 수용되고,
    상기 냉매탱크에 저장된 냉매가 상기 코일 형상부를 냉각하여 상기 제 3유입관 및 제 3배출관에 포함된 TMGa 가스를 액화시켜 상기 제 2회수 용기에 정제된 액체 TMGa를 회수하는 것을 특징으로 하는 사용후 TMGa의 재활용 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 TMGa 분석 단계에서,
    상기 TMGa의 순도는 플라즈마를 이온원으로 사용하는 질량분석장치인 ICP-MS(inductively coupled plasma mass spectrometry)을 이용하여 분석하고,
    상기 TMGa의 화학적 구조는 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)을 이용하여 분석하는 것을 특징으로 하는 사용후 TMGa의 재활용 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 TMGa 충진 단계에서,
    정제된 상기 액체 TMGa는 N2 퍼지 상태의 글로브 박스 안에서 상기 제 1회수 용기 또는 제 2회수 용기로부터 음압이 걸린 전처리된 캐니스터로 충진되는 것을 특징으로 하는 사용후 TMGa의 재활용 방법.
KR1020120067610A 2012-06-22 2012-06-22 트리메틸갈륨(ＴＭＧａ)의 재활용 방법 KR101326554B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120067610A KR101326554B1 (ko) 2012-06-22 2012-06-22 트리메틸갈륨(ＴＭＧａ)의 재활용 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120067610A KR101326554B1 (ko) 2012-06-22 2012-06-22 트리메틸갈륨(ＴＭＧａ)의 재활용 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101326554B1 true KR101326554B1 (ko) 2013-11-07

Family

ID=49857049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120067610A KR101326554B1 (ko) 2012-06-22 2012-06-22 트리메틸갈륨(ＴＭＧａ)의 재활용 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101326554B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108408261A (zh) * 2018-05-10 2018-08-17 江苏南大光电材料股份有限公司 三甲基镓的收集装置及其方法
KR102472060B1 (ko) 2022-04-14 2022-11-30 주식회사 승헌 갈륨의 회수방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006111546A (ja) * 2004-10-13 2006-04-27 Sumitomo Chemical Co Ltd トリメチルガリウム、その製造方法およびそのトリメチルガリウムから得られた窒化ガリウム薄膜
KR20090017551A (ko) * 2006-06-01 2009-02-18 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 전구체 물질의 이송 시스템 및 방법
KR20120020103A (ko) * 2009-04-30 2012-03-07 묄른뤼케 헬스 케어 에이비 상처에서 음압을 조절하기 위한 장치 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006111546A (ja) * 2004-10-13 2006-04-27 Sumitomo Chemical Co Ltd トリメチルガリウム、その製造方法およびそのトリメチルガリウムから得られた窒化ガリウム薄膜
KR20090017551A (ko) * 2006-06-01 2009-02-18 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 전구체 물질의 이송 시스템 및 방법
KR20120020103A (ko) * 2009-04-30 2012-03-07 묄른뤼케 헬스 케어 에이비 상처에서 음압을 조절하기 위한 장치 및 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108408261A (zh) * 2018-05-10 2018-08-17 江苏南大光电材料股份有限公司 三甲基镓的收集装置及其方法
CN108408261B (zh) * 2018-05-10 2023-09-01 江苏南大光电材料股份有限公司 三甲基镓的收集方法
KR102472060B1 (ko) 2022-04-14 2022-11-30 주식회사 승헌 갈륨의 회수방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10240230B2 (en) Process and method for in-situ dry cleaning of thin film deposition reactors and thin film layers
JP5534172B2 (ja) 窒化物結晶の製造方法
US10741380B2 (en) Method for washing semiconductor manufacturing apparatus component, apparatus for washing semiconductor manufacturing apparatus component, and vapor phase growth apparatus
KR101326554B1 (ko) 트리메틸갈륨(ＴＭＧａ)의 재활용 방법
CN104930342A (zh) 一种高纯砷烷的钢瓶充装装置和方法
US20130061870A1 (en) Method of cleaning film forming apparatus
KR100559109B1 (ko) 증기상전달충전에의해전자용특제가스를정제하는방법및장치
JP2007042854A (ja) アルミニウム系ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法および結晶積層基板
US20180187328A1 (en) Method for producing nitride single crystal
KR101379257B1 (ko) 트리메틸갈륨(ＴＭＧａ) 정제 장치
US8728233B2 (en) Method for the production of group III nitride bulk crystals or crystal layers from fused metals
Lukin et al. Heteroepitaxial growth of GaN on sapphire substrates by high temperature vapor phase epitaxy
JP5859978B2 (ja) アルミニウム系ｉｉｉ族窒化物単結晶の製造方法
TW201611157A (zh) 半導體製造裝置及半導體製造方法
KR101436590B1 (ko) 회수 ＴＭＩｎ 재이용방법
US20100139553A1 (en) Method of Growing III-Nitride Crystal
KR101518215B1 (ko) 사용 후 잔류 ＴＭＩｎ 회수 및 정제 시스템
JP2013203652A (ja) 窒化物単結晶の製造方法
Novikov et al. Plasma-assisted electroepitaxy as a method for the growth of GaN layers
JP6103344B2 (ja) アンモニアの回収方法及び再利用方法
JP2011244009A (ja) ＡｌＮ半導体の製造方法
JP2007141993A (ja) 被膜形成装置および被膜形成方法
JP5116632B2 (ja) Ｉｉｉ族元素窒化物結晶の製造方法
WO2007117033A1 (en) Apparatus for producing group iii nitride based compound semiconductor
Jaramillo-Cabanzo Plasma-assisted liquid phase epitaxy of gallium nitride using molten gallium.

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170922

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190916

Year of fee payment: 7