KR101466061B1 - 분리형 씨드 투입 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성장로에 알루미나가 완전히 용융되었을 경우 씨드를 진공 속으로 투입하여 씨드의 오염을 방지하는 분리형 씨드 투입 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부의 공간이 형성된 본체, 상기 본체 내부에 위치하여 외부 전원에 의하여 알루미나를 용융하는 도가니, 상기 본체 상단에 위치하여 상기 본체 내부의 공간을 개폐하는 커버를 포함하는 성장로에 씨드를 투입하는 분리형 씨드 투입 장치에 있어서, 상기 커버 중앙에 형성되어 상기 본체 내부와 연통하는 도입관; 상기 본체에 연장된 구조물에 일 끝단이 고정되고, 타단에는 씨드가 장착되어 상하로 이송하는 씨드 고정부; 상기 씨드 고정부의 외부를 감싸며, 끝단은 상기 도입관과 결합하는 밀봉부; 및 상기 도입관을 개폐하는 게이트를 포함하되, 상기 게이트는 알루미나가 완전히 용융되기 전에는 상기 도입관을 폐쇄하며, 상기 게이트는 상기 밀봉부가 상기 도입관과 결합되어 밀봉부의 내부가 밀봉된 경우에 도입관을 개방하는 것을 특징으로 한다.

Description

분리형 씨드 투입 장치{Separable seed input device}

본 발명은 분리형 씨드 투입 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사파이어 성장로에 적용되는 분리형 씨드 투입 장치에 관한 것이다.

사파이어 단결정을 생성하기 위한 대표적인 방법으로 예를 들면 공개특허 제2002-0056247호에 개시된, 쵸크랄스키법과 Kyropoulos 방법 등 용융 성장법을 들 수 있다. 상기 방법은 성장로 내에 위치하는 용융된 알루미나에 단결정 씨드를 알루미나 표면에 접촉시켜 단결정을 서서히 성장시키는 방법으로 비교적 우수한 결합밀도를 가지는 장점이 있어 산업 전반에 많이 적용되는 방법이다.

상기 방법에서는 용융된 알루미나가 상기 씨드에 접촉하여 씨드를 성장시키는 것으로 씨드의 효율적인 성장은 상기 용융된 알루미나의 유동 형태에 많은 영향을 받는다. 상기 용융된 알루미나는 성장로 내부의 열원에 의하여 성장로 도가니 벽면에 접촉하는 부위의 온도가 상승하여 도가니 내부에 용융 알루미나의 대류가 발생한다.

상기 대류에 의한 알루미나의 거동을 살펴보면, 성장로의 테부리부에서 상승하여 성장로 단면의 중앙부로 하강하는 형태를 나타낸다.

가열되는 열원의 온도구배가 적절하고 상기 용융 알루미나가 충분히 가열된 경우에는 상기 성장로 상단의 단면 중앙에서 상승된 알루미나가 합쳐져 하강점이라 불리는 위치에서 하강하는 현상이 발생되며, 상기 하강점이 성장로 단면의 중심부에 위치하고, 상기 하강점에 씨드를 접촉하면 단결정 성장을 위한 씨딩공정이 효율적으로 진행되는 것으로 알려져 있다.

한편, 상기 씨드는 단결정 성장을 위한 필수 구성으로 상장로 상단에 위치하고 필요 시 하강하여 용융 알루미나에 접촉하여 사파이어를 성장시키는 역할을 한다.

씨드는 초기 성장로 가동 시에 상단에 위치하고, 이후 알루미나가 용융하여 대류가 발생하는 시점에 투입되므로, 성장로와 연통되는 진공속에 위치한다. 따라서 열원에 의하여 알루미나가 가열되면, 알루미나에서 증발하는 이물질 등에 노출되어 씨드의 표면이 오염되는 경우가 종종 발생한다.

더구나 성장로 내부는 높은 고진공을 유지해야 하므로, 상기 씨드의 표면을 용융된 알루미나에 투입하여 표면을 세척하는 별도의 작업을 우선적으로 진행하여야 하며, 이러한 공정에 많은 시간과 비용이 투입된다, 또한, 씨드의 표면상태를 판단할 수 있는 방법이 없어 표면의, 오염 여부에 관계없이 적절한 시기에 용융 알루미나에 투입할 수밖에 없었다.

즉, 초기 성장로를 가열하기 전에 씨드를 장착한 후, 이후 성장로를 가열하여 알루미나가 완전히 용해되는 과정에 발생되는 각종 오염물질에 노출된 상태에서 씨드가 용융 알루미나에 투입되어 씨드 표면에 부착된 오염물질에 의하여 일부 사파이어 단결정이 정확히 성장하지 못하는 상태가 발생하여 수율에 다소 문제가 있었다. 또한 씨드의 표면 세척 시 발생하는 씨드 자체의 용융 및 열충격에 의한 크랙발생 등의 문제로 인하여 씨드의 교환이 요구되나, 씨드 교환의 불가능으로 인하여 성장공정을 진행하지 못하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같이 종래 씨드 투입 장치의 단점을 극복한 것으로, 성장로에 알루미나가 완전히 용융되었을 경우 씨드를 진공 속으로 투입하여 씨드의 오염을 방지하고, 또한, 씨딩 공정 시 발생하는 문제로 인하여 새로운 씨드의 투입이 필요할 때 새로운 씨드의 교환과 투입이 가능한 분리형 씨드 투입 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부의 공간이 형성된 본체, 상기 본체 내부에 위치하여 외부 전원에 의하여 알루미나를 용융하는 도가니, 상기 본체 상단에 위치하여 상기 본체 내부의 공간을 개폐하는 커버를 포함하는 성장로에 씨드를 투입하는 분리형 씨드 투입 장치에 있어서, 상기 커버 중앙에 형성되어 상기 본체 내부와 연통하는 도입관, 상기 본체에 연장된 구조물에 일 끝단이 고정되고, 타단에는 씨드가 장착되어 상하로 이송하는 씨드 고정부, 상기 씨드 고정부의 외부를 감싸며, 끝단은 상기 도입관과 결합하는 밀봉부, 및 상기 도입관을 개폐하는 게이트를 포함하되, 상기 게이트는 알루미나가 완전히 용융되기 전에는 상기 도입관을 폐쇄하며, 상기 게이트는 상기 밀봉부가 상기 도입관과 결합되어 밀봉부의 내부가 밀봉된 경우에 도입관을 개방하는 것을 특징으한다.

삭제

더욱 바람직하게는, 상기 밀봉부의 하단 끝단에는 고정단이 형성되고, 상기 도입관의 상단에는 안착단이 형성되어, 상기 고정단과 상기 안착단이 서로 결합하여 밀봉부의 내부를 밀봉하는 것을 특징으로 한다.

삭제

바람직하게는, 상기 고정단과 상기 안착단의 사이에는 밀봉부재가 위치하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 씨드 고정부는 상기 도가니의 알루미나가 완전히 용융된 후, 상기 밀봉부가 상기 도입관과 결합하여 밀봉부 내부가 밀폐되고, 상기 게이트가 상기 도입관을 개방한 후에 하방으로 이송하여 융융 알루미나에 씨드를 투입하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 씨드 고정부의 외부를 감싸며, 상기 밀봉부와 결합하여 온도 상승을 방지하는 냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 분리형 씨드 투입 장치는 알루미나가 완전히 용융된 후에 씨드가 진공 환경하에 투입되므로, 알루미나 용융 시 발생하는 오염 물질에 의한 씨드 표면의 오염을 사전에 방지할 수 있어, 이후 씨드 표면에 사파이어 단결정의 성장을 균일하게 진행할 수 있어, 전체적으로 높은 수율의 단결정을 생산할 수 있는 효과가 있다. 또한, 씨딩 공정은 작업자의 경험에 의존하여 진행되는 공정으로 씨딩공정 시 발생하는 씨드 용융 및 크랙발생 등의 문제 발생 시 씨드의 교체 및 새로운 씨드의 투입을 통하여 씨딩 공정을 진행할 수 있어 안정적으로 씨딩을 진행할 수 있는 효과가 있다

도 1은 본 발명에 따른 분리형 씨드 투입 장치의 구성도이며,
도 2는 본 발명에 따른 분리형 씨드 투입 장치의 초기 상태도이며,
도 3은 본 발명에 따른 분리형 씨드 투입 장치의 씨드 투입 직전의 상태도이며,
도 4는 본 발명에 따른 분리형 씨드 투입 장치의 씨드 투입 직후의 상태도이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 분리형 씨드 투입 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 진공이 형성되는 본체(10), 상기 본체(10) 내부에 외부 전원에 의하여 가열되어 내부에 위치하는 알루미나를 용융하는 도가니(30), 상기 본체(10) 상단을 밀폐하며, 필요시 개방되는 커버(20), 상기 커버(20)에 형성되는 도입관(40), 상기 도입관(40)을 개폐하는 게이트(50), 상기 본체(10)에 지지되어 씨드(2)를 고정하며, 상하로 이동하는 씨드 고정부(70), 상기 씨드 고정부(70)의 측면을 밀봉하는 밀봉부(60)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 본체(10)는 필요한 다른 장치들이 부가될 수 있으며, 커버(20) 역시 필요한 다른 장치들이 부가될 수 있다.

한편, 상기 본체(10)는 종래 사용되는 사파이어 성장로와 동일한 형태이며, 내부에는 공간이 형성되며, 측면 등에는 상기한 바와 같이, 성장로의 구동에 필요한 별도의 장치들, 예를 들면 본체(10) 내부에 진공을 형성하기 위한 펌프, 씨드(2) 이동을 위한 지지구 등이 설치되는 구성이다.

상기 본체(10) 내부 공간에는 도가니(30)가 위치하며, 상기 도가니(30)는 별도의 전원에 의하여 가열되어 내부의 알루미나를 용융시키는 역할을 하며, 역시 종래 방식과 동일하다.

상기 본체(10)의 상단에는 상기 본체(10) 내부의 공간을 밀폐하는 커버(20)가 부착되며, 또한 성장로의 구동에 필요한 별도의 장치들이 역시 부가되며, 다양한 형상을 구현될 수 있다.

상기 커버(20)의 중앙에는 씨드(2)의 투입을 위한 도입관(40)이 형성되며, 상기 도입관(40)은 원통형의 형상으로 구성되며, 도입관(40)의 중앙에는 상기 도입관(40)을 개폐하는 게이트(50)가 결합된다.

상기 게이트(50)는 상기 도입관(40) 내부, 즉 본체(10) 내부의 진공을 유지하기 위한 것으로 도입관(40)을 개방하는 형태 또는 밀폐하는 형태로 위치할 수 있으며, 수동 또는 전기식 등의 액추에이터를 이용하여 작동되도록 구현될 수 있다. 특히 상기 수동식의 게이트(50)의 경우에는 밸브 형태로 구현될 수 있으며, 이때 수동 회전에 의하여 밸드 자체가 밀폐 또는 개방되는 밸브를 채용하여 구현할 수 있다.

상기 커버(20)가 상기 본체(10)에 고정되고, 상기 게이트(50)가 도입관(40)을 밀폐하는 경우에는 상기 본체(10) 내부는 진공이 유지된다.

또한 상기 도입관(40)의 상단에는 안착단(41)이 형성되며, 상기 안착단(41)에는 필요한 경우 후술하는 밀봉부(60)의 고정단(61)이 고정된다.

한편, 상기 본체(10)의 상단 상기 도입관(40)의 위치에는 씨드 고정부(70)가 위치한다. 상기 씨드 고정부(70)는 상기 본체(10)에 연장되어 형성되는 구조물에 상하로 이동할 수 있게 구현되며, 끝단에는 씨드(2)가 장착된다.

한편, 상기 씨드 고정부(70)의 주변에는 상기 씨드 고정부(70)를 감싸는 밀봉부(60)가 위치하며, 상기 밀봉부(60)는 상기 씨드 고정부(70) 주변을 감싸면서 상하로 이동할 수 있게 구성된다.

또한 상기 밀봉부(60)의 끝에는 고정단(61)이 형성되어 상기 도입관(40)에 형성된 안착단(41)과 접촉 결합한다.

상기 고정단(61)과 상기 안착단(41)은 나사 등을 이용하여 밀봉을 유지하는 형태로 고정되며, 필요한 경우 정교한 밀봉을 위하여 상기 고정단(61)과 안착단(41) 사이에 실링 부재가 위치할 수 있다.

상기 고정단(61)과 상기 안착단(41)은 밀봉부의 온도상승을 방지하기 위하여, 필요한 경우 상기 고정단(61)과 안착단(41) 사이에 냉각수의 투입이나 공랭 방식을 통하여 온도를 유지시키는 냉각 장치가 위치할 수도 있다.

상기와 같은 결합 구성은 상기 게이트(50)가 상기 도입관(40)을 개방하였을 경우에는 본체(10) 내부 공간의 진공을 유지하도록 하는 역할을 한다.

다음은 본 발명에 따른 분리형 씨드 장치(100)의 구체적인 작동 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

먼저 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(10) 내부에 도가니(30)에 알루미나를 투입하고 커버(20)로 본체(10) 밀봉한 후, 진공을 유지하면, 외부 전원으로 상기 도가니(30)를 가열하여 알루미나를 용융시킨다. 이때 상기 게이트(50) 도입관(40)을 밀폐시킨 상태를 유지한다.

이후 상기 알루미나가 충분히 용융되어 씨드(2) 투입이 가능한 시점에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 씨드 고정부(70)에 씨드(2)를 장착한 후, 상기 밀봉부(60)를 하방향으로 이송하여 고정단(61)과 안착단(41)을 결합하여 밀봉부(60) 내부의 공간을 외기와 차단한다.

이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 게이트(50)를 이동하여 도입관(40)을 개방한다. 이때 상기 밀봉부(60)에 의하여 외기와 차단되므로, 본체(10) 내부의 진공을 유지되며, 일부 공기의 경우에는 본체(10)에 연동되는 추기 펌프의 작용에 의하여 고진공이 유지된다.

그리고 상기 씨드 고정부(70)를 하방향으로 이동하여 상기 씨드(2)가 용융 알루미나에 접촉하도록 하여 씨드(2) 투입을 완료한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

2: 씨드 10: 본체
20: 커버 30: 도가니
40: 도입관 41: 안착단
50: 게이트 60: 밀봉부
61: 고정단 70: 씨드 고정부
100: 분리형 씨드 투입 장치

Claims (7)

1. 내부의 공간이 형성된 본체, 상기 본체 내부에 위치하여 외부 전원에 의하여 알루미나를 용융하는 도가니, 상기 본체 상단에 위치하여 상기 본체 내부의 공간을 개폐하는 커버를 포함하는 성장로에 씨드를 투입하는 분리형 씨드 투입 장치에 있어서,
   상기 커버 중앙에 형성되어 상기 본체 내부와 연통하는 도입관;
   상기 본체에 연장된 구조물에 일 끝단이 고정되고, 타단에는 씨드가 장착되어 상하로 이송하는 씨드 고정부;
   상기 씨드 고정부의 외부를 감싸며, 끝단은 상기 도입관과 결합하는 밀봉부; 및
   상기 도입관을 개폐하는 게이트를 포함하되,
   상기 게이트는 알루미나가 완전히 용융되기 전에는 상기 도입관을 폐쇄하며,
   상기 게이트는 상기 밀봉부가 상기 도입관과 결합되어 밀봉부의 내부가 밀봉된 경우에 도입관을 개방하는 것을 특징으로 하는 분리형 씨드 투입 장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 밀봉부의 하단 끝단에는 고정단이 형성되고, 상기 도입관의 상단에는 안착단이 형성되어, 상기 고정단과 상기 안착단이 서로 결합하여 밀봉부의 내부를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 분리형 씨드 투입 장치.
   
4. 삭제
5. 청구항 3에 있어서, 상기 고정단과 상기 안착단의 사이에는 밀봉부재가 위치하는 것을 특징으로 하는 분리형 씨드 투입 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 씨드 고정부는 상기 도가니의 알루미나가 완전히 용융된 후, 상기 밀봉부가 상기 도입관과 결합하여 밀봉부 내부가 밀폐되고, 상기 게이트가 상기 도입관을 개방한 후에 하방으로 이송하여 융융 알루미나에 씨드를 투입하는 것을 특징으로 하는 분리형 씨드 투입 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 씨드 고정부의 외부를 감싸며, 상기 밀봉부와 결합하여 온도 상승을 방지하는 냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리형 씨드 투입 장치.
   

Images