KR101655242B1 - 반절연 탄화규소 단결정 성장장치 - Google Patents

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Abstract

탄화규소와 바나듐 원료분말의 균일 혼합 문제를 해소할 수 있고, 바나듐이 균일하게 지속적으로 승화할 수 있도록, 내부에 단결정 원료가 수용되는 도가니, 상기 도가니를 둘러싸는 단열재, 상기 단열재의 외부에 배치되는 석영관, 및 상기 석영관의 외부에 마련되어 도가니를 가열하는 가열수단을 포함하고, 상기 도가니는 상대적으로 위쪽에 배치되며 상단에 종자정이 장착되는 상부도가니, 상기 상부도가니와 분리되어 상부도가니 하부에 배치되는 하부도가니를 포함하여 상부도가니와 하부도가니에 각각 원료를 분리 수용하며, 상기 하부도가니 내부의 원료에서 승화된 물질을 상부도가니로 유도하는 유도부를 포함하는 반절연 탄화규소 단결정 성장장치를 제공한다.

Description

반절연 탄화규소 단결정 성장장치{APPARATUS FOR GROWING SEMI-INSULATING SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL}
반절연 탄화규소 단결정을 성장시키기 위한 단결정 성장장치를 개시한다.
탄화규소(SiC)는 내열성과 기계적 강도가 우수하고 방사선에 강한 성질을 지니며, 대구경의 기판으로 생산 가능한 장점이 있어 차세대 전력반도체 소자용 기판으로 활발한 연구가 이루어지고 있다. 탄화규소 기판을 이용한 반도체는 고전력에 사용이 가능하며, 에너지 변환시 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 청색광으로부터 자외선에 이르는 단파장 광 디바이스 및 고주파 고내압 전자 디바이스 등에서 탄화규소 단결정 웨이퍼의 수요가 높아지고 있다.
탄화규소의 단결정을 성장시키기 위해 PVT(physical vapor transport)법이 높은 수율과 고품질화된 탄화규소를 제작할 수 있어 널리 이용되고 있다.
한편 최근에 고주파 반도체 디바이스용 재료로서 GaN(질화갈륨), AlN(질화알루미늄)이 주목 받고 있다. 이들 두 재료의 경우 Free-standing 기판이 부재하기 때문에 어떠한 단결정 기판 위에 박막을 형성하여야 하는데, 현재 사파이어 기판이 이를 대체하고 있다. 사파이어는 비교적 양질의 단결정을 안정적으로 공급할 수 있다는 장점이 있으나, 격자 상수 차의 차에 의한 박막 품질 저하 현상, 낮은 열전도도로인해 디바이스 동작 시 발열문제가 발생하고 있다. 이에 비해 SiC는 격자 상수 차가 상대적으로 작아 양질의 박막을 형성 할 수 있고, 냉각 효율도 높기 때문에 종래 기판과 비교하여 대폭적인 GaN, AlN 디바이스 특성 향상을 기대 할 수 있다.
앞에서 전술한 고주파 반도체 디바이스용 기판에 있어서, SiC 기판 결정 품질에 추가하여 소자와의 통전현상을 방지하기 위해 기판의 고 저항화(1×105 Ωcm 이상) 즉, 반절연 상태를 만들어 주는 것이 필수 불가결한 또 하나의 요소이다. 반절연 기판 제작을 위해서는 천이금속인 금속 바나듐(vanadium)혹은 바나듐 화합물이 도핑(doping) 재료로 사용된다. 바나듐은 SiC 결정내에서 도너(donor) 혹은 억셉터(acceptor)의 어느 상태에서도 깊은 준위를 형성하고, 얕은 도너 또는 얕은 억셉터 불순물을 보상하여, 결정을 고 저항화 시킨다.
그러나 PVT법에서 이러한 기판 제작을 위해서는 일부 제약이 존재하는데, 첫 번째로 SiC와 바나듐 원료분말을 얼마나 균일하게 혼합하느냐의 문제가 있다. 유도가열의 열구배 특성상 가로방향으로 분말의 혼합비율을 구간별로 제어해야 할 필요가 있다. 두 번째로 바나듐은 SiC보다 증기압이 높아 동일조건에서 승화가 빨리 일어나고, 이렇게 성장된 SiC 잉곳은 도핑 농도 불균일의 문제가 발생하여 기판의 특성이 저하되는 문제가 발생한다.
탄화규소와 바나듐 원료분말의 균일 혼합 문제를 해소할 수 있도록 된 반절연 탄화규소 단결정 성장장치를 제공한다.
또한, 바나듐이 균일하게 지속적으로 승화할 수 있도록 된 반절연 탄화규소 단결정 성장장치를 제공한다.
또한, 유도가열에 의한 가로방향 열 영향을 최소화할 수 있도록 된 반절연 탄화규소 단결정 성장장치를 제공한다.
또한, 도핑농도를 균일화할 수 있도록 된 반절연 탄화규소 단결정 성장장치를 제공한다.
본 구현예의 성장장치는, 내부에 단결정 원료가 수용되는 도가니, 상기 도가니를 둘러싸는 단열재, 상기 단열재의 외부에 배치되는 석영관, 및 상기 석영관의 외부에 마련되어 도가니를 가열하는 가열수단을 포함하고, 상기 도가니는 상대적으로 위쪽에 배치되며 상단에 종자정이 장착되는 상부도가니, 상기 상부도가니와 분리되어 상부도가니 하부에 배치되는 하부도가니를 포함하여 상부도가니와 하부도가니에 각각 원료를 분리 수용하며, 상기 하부도가니 내부의 원료에서 승화된 물질을 상부도가니로 유도하는 유도부를 포함할 수 있다.
상기 유도부는 상부도가니 하단에 형성되는 관통홀, 및 상기 하부도가니 상단에 설치되어 내부와 연통되고 상기 관통홀을 통해 상부도가니 내측으로 연장되는 적어도 하나 이상의 유도관을 포함할 수 있다.
상기 유도관은 도가니의 내면에서 이격되어 도가니의 중심부에 위치할 수 있다.
상기 상부도가니 내에는 탄화규소 분말이 수용되고, 상기 하부도가니 내에는 바나듐 분말이 수용될 수 있다.
상기 유도관은 상부도가니 내에 수용되는 원료의 충진 높이보다 위쪽으로 연장된 구조일 수 있다.
상기 유도관과 상기 도가니 내면과의 이격 거리는 아래 수식 (1)의 범위로 설정될 수 있다.
D1 - 4.5D2 < D3 < D1 -3.5D2 ----- 수식 (1)
여기서, D1은 도가니의 내경이고, D2는 도가니의 두께이다.
상기 상부도가니의 내측 바닥면에서 수직으로 연장되는 유도관의 높이와 상부도가니에 수용된 원료의 충진 높이는 아래 수식 (2)의 범위로 설정될 수 있다.
1.04D6 < D5 < 1.1D6 ----- 수식 (2)
여기서, D5는 유도관의 높이이고, D6은 원료의 충진 높이이다.
상기 유도관의 내경은 상기 수식 (2)에서 유도관의 높이(D5)가 1.07D6 이하면 3 ~ 4mm, 이상이면 2 ~ 3mm로 설정할 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 따르면, 탄화규소와 바나듐 분말의 공간을 분리하여 분말 혼합공정을 생략할 수 있으며, 종래 분말 혼합시 발생되는 불균일 문제를 원천적으로 해소할 수 있게 된다.
또한, 바나듐을 도가니의 중앙부로 승화시킴으로써 유도가열에 의해 바나듐이 도가니 내벽과 먼저 반응하지 않아, 균일하고 지속적으로 승화가 가능하게 된다.
또한, 균일한 승화 조건을 통해 바나듐이 탄화규소보다 먼저 승화되는 현상을 방지하고 불균일한 도핑을 최소화하여 단결정 품질을 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 반절연 탄화규소 단결정 성장장치의 개략적인 단면도이다.
도 2와 도 3은 본 실시예에 따른 반절연 탄화규소 단결정 성장장치의 도가니 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4와 도 5는 종래기술과 본 실시예에 따라 제조된 기판의 전기적 특성 평가를 비교한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하 본 실시예는 반절연 탄화규소 단결정을 성장하기 위한 장치를 예로서 설명한다. 본 실시예은 반절연 탄화규소 단결정에 한정되지 않으며 다양한 원료의 단결정 성장을 위한 장치에 모두 적용가능하다.
도 1은 본 실시예에 따른 반절연 탄화규소 단결정 성장장치를 도시하고 있으며, 도 2와 도 3은 반절연 탄화규소 단결정 성장장치의 도가니 구조를 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 대구경 단결정 성장장치(100)는 내부에 단결정 원료가 수용되는 도가니(10)와, 도가니(10)를 둘러싸는 단열재(20), 상기 단열재(20)의 외부에 배치되는 석영관(40), 상기 석영관(40)의 외부에 마련되어 도가니(10)를 가열하는 가열수단(42)을 포함한다.
이하 설명에서 도 1의 y축은 축방향이라 하고, x축은 폭방향이라 하며, 상단 상부 상방향이라 함은 도 1에서 y축 방향을 따라 위쪽을 의미하며 하단 하부 하방향이라 함은 그 반대인 아래쪽을 의미한다.
상기 석영관(40)은 도시하지 않은 진공 배기 장치 및 이너가스 유량 조절계와 연결되어 단결정 성장 과정에서 내부가 고진공으로 배기됨과 아울러 아르곤 가스와 각종 도핑 가스(질소, 트리메틸알루미늄, 트리메틸붕소 등)를 제공받을 수 있다.
상기 단열재(20)는 석영관(40) 내부에서 도가니(10)를 감싸며 설치된다. 상기 단열재(20)는 도가니(10)의 온도를 결정 성장 온도로 유지한다. 단열재(20) 상,하부에는 예를 들어 파이로메터(pyrometer)로 반응기 표면의 온도를 측정할 수 있도록 측정구멍(22,24)이 형성될 수 있다. 이에, 석영관(40)으로 공급된 가스는 단열재(20)의 기공을 통해 내부로 투과되어 반응기와 접촉된다.
상기 도가니(10)는 그 내부에 단결정 원료와 종자정(32)을 수용한다.
본 실시예에서, 상기 도가니(10)는 단결정 원료인 탄화규소 분말과 바나듐 분말을 분리하여 수용하는 구조로 되어 있다. 이를 위해, 상기 도가니(10)는 상대적으로 위쪽에 배치되며 상단에 종자정이 장착되는 상부도가니(12), 상기 상부도가니(12)와 분리되어 상부도가니(12) 하부에 배치되는 하부도가니(14), 상기 하부도가니(14) 내부의 원료에서 승화된 물질을 상부도가니(12)로 유도하는 유도부를 포함한다.
상기 상부도가니(12)와 하부도가니(14)는 분리 결합된다. 상부도가니(12)와 하부도가니(14)는 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 상기 상부도가니(12)와 하부도가니(14)는 서로 분리된 공간을 형성하며, 결합되어 하나의 도가니(10)를 이룬다. 본 실시예에서, 상기 상부도가니(12)에는 탄화규소 분말이 채워지고, 하부도가니(14) 내에는 바나듐 분말이 채워진다.
이와 같이, 공간을 분리하여 도가니 내에 탄화규소와 바나듐을 분리하여 따로따로 위치시킴으로써, 종래 탄화규소와 바나듐 분말 혼합시 발생되는 균일성 문제의 발생을 원천적으로 해소할 수 있게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 유도부는 상부도가니(12) 하단에 형성되는 관통홀(16), 및 상기 하부도가니(14) 상단에 설치되어 내부와 연통되고 상기 관통홀(16)을 통해 상부도가니(12) 내측으로 연장되는 적어도 하나 이상의 유도관(18)을 포함한다.
상기 유도관(18)은 상기 하부도가니(14) 상단에 수직으로 연장 설치된다. 각 유도관(18)은 하부도가니(14) 내부와 연통된다. 이에, 하부도가니(14)에 수용된 바나듐의 승화물질이 유도관(18)을 통해 상부도가니(12)로 이송된다.
상기 상부도가니(12)의 하단에는 유도관(18)과 대응되는 위치에 유도관(18)이 삽입될 수 있도록 관통홀(16)이 형성된다. 이에, 상부도가니(12)와 하부도가니(14)를 결합하게 되면 유도관(18)이 관통홀(16)에 삽입되어 상부도가니(12) 내부로 연장된다.
본 실시예에서, 상기 유도관(18)은 도가니의 내면에서 이격되어 도가니의 중심부에 위치한다. 이에 유도가열에 의한 영향을 최소화하여 균일하고 지속적인 승화가 가능하게 된다. 즉, 도가니 외측에 배치된 가열수단에 의한 유도가열 영향으로, 도가니 외부에서 내부로 열전달이 이루어지게 된다. 이에, 도가니의 가로방향으로 온도구배가 발생하여, 종래의 경우 원료의 혼합비율을 도가니 가로방향을 따라 구간별로 달리 해야 했다. 본 실시예의 경우 상기와 같이, 유도관(18)이 도가니 중심부에 위치함으로써, 원료 승화 물질이 도가니 내벽과 먼저 반응하지 않아 균일하고 지속적인 승화가 가능하게 된다.
또한, 상기 유도관(18)은 상부도가니(12) 내에 수용되는 원료의 충진 높이보다 위쪽으로 연장된 구조일 수 있다. 즉, 상부도가니(12)에 채워진 원료보다 유도관(18)의 상단이 위쪽으로 돌출된다. 이에, 상부도가니(12)에 수용되는 탄화규소 분말이 유도관(18)을 통해 하부도가니(14)의 바나듐 분말에 혼입되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 장치는 바나듐을 도가니 중심부에서 소정 길이의 유도관을 통해 승화시킴으로써, 바나듐의 승화속도가 늦춰지게 된다. 이에, 하부도가니(14)의 바나듐이 탄화규소 분말보다 먼저 승화되는 현상을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 바나듐이 탄화규소와의 승화 비율에 맞춰 천천히 승화됨으로써, 도핑 농도의 불균일을 해소하고 단결정 품질 저하 현상을 방지할 수 있게 된다.
본 실시예에서 유도가열에 의한 열전달과 더불어 하부도가니(14)의 바나듐이 유도관(18)을 통해 승화되므로 도가니의 크기와 더불어 유도관(18)의 위치나 내경 및 길이를 최적화할 필요가 있다.
이러한 최적화를 통해 균일한 승화조건을 만들고 균일한 도핑 특성을 가지는 단결정을 성장시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 유도관(18)과 상기 도가니 내면과의 이격 거리는 아래 수식 (1)의 범위로 설정될 수 있다.
D1 - 4.5D2 < D3 < D1 -3.5D2 ------ 수식 (1)
여기서, D1은 도가니의 내경이고, D2는 도가니의 두께이다.
D1, D2 및 D3은 유도가열에 의한 영향을 피하기 위해 설계되는 값이다. D2는 코일 주파수에 따른 두께를 설정하는 값으로, 통상적으로 8kHz ~ 10kHz를 사용하므로 15 ~ 25mm가 최적의 값이다. 따라서, 상기와 같이 수식 (1)에 의해 D2는 (D1-D3)/4.5 보다 크고 (D1-D3)/3.5보다 작은 범위로 한정될 수 있다.
이에, D1, D2, 및 D3의 값에 따라 유도관(18)은 상기 수식 (1)의 범위 내에서 상부도가니(12) 내면과 이격되어 배치된다. 따라서, 유도가열 영향을 피하여 바나듐을 균일하고 지속적으로 승화시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 상부도가니(12)의 내측 바닥면에서 수직으로 연장되는 유도관(18)의 높이와 상부도가니(12)에 수용된 원료의 충진 높이는 아래 수식 (2)의 범위로 설정될 수 있다.
1.04D6 < D5 < 1.1D6 ------ 수식 (2)
여기서, D5는 유도관(18)의 높이이고, D6은 원료의 충진 높이이다.
D4, D5 및 D6은 바나듐의 높은 증기압을 제어하기 위해 설계되는 값이다.
성장 전 D5는 D6보다 항상 길어야 한다. 이에, D5는 D6(1.04 ~ 1.1) 범위를 만족해야 하며, 이때, 상기 유도관(18)의 내경인 D4의 값을 한정할 수 있다. 본 실시예에서, 유도관(18) 내경인 D4는 상기 수식 (2)에서 유도관(18)의 높이(D5)가 1.07D6일 때를 기준으로 10.7D6 이하면 3 ~ 4mm, 이상이면 2 ~ 3mm로 설정할 수 있다.
상기한 구조를 통해, 단결정 성장시 탄화규소 분말과 바나듐 분말의 분압이 제어되어 원하는 수준의 도핑 농도를 얻을 수 있게 된다.
(실시예)
본 장치의 하부도가니(14) 내부에 바나듐 분말을 장입하고 유도관(18)을 체결한다. 유도관(18)과 상부도가니(12) 바닥면의 관통홀(16)과 위치를 맞춘 후 상부도가니(12)를 내려서 하부도가니(14)와 체결한다. 체결된 상부도가니(12)에 탄화규소 분말을 장입한다. 탄화규소로 이루어진 종자정을 마련하고, 이를 도가니 내부 상부에 장착한다. 종자정이 결합된 도가니를 성장장치 내로 인입 시키고, 1000℃ 미만의 온도와 진공압력으로 2 시간 내지 3시간 동안 가열하여 도가니에 포함된 불순물을 제거한다. 이후, 불활성 가스 예를 들어, 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 도가니내부 및 도가니와 단열재 사이에 남아있는 공기를 제거한다. 여기서 불활성 가스를 이용한 퍼징(purging) 공정을 2 내지 3회 반복할 수 있다. 이어서 압력을 대기압으로 높인 후, 가열수단을 이용하여 도가니를 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 물질을 성장 온도까지 승온 시킨다. 그리고, 성장장치 내부를 1 torr 내지 20 torr 로 감압하여 성장 압력으로 유지시키면서, 원료 물질을 승화시켜 단결정을 성장시켰다.
본 실시예에 따라 성장된 단결정 잉곳의 전기적 특성 평가를 위해 기판상태로 절단 및 가공 하여 SIMS 분석을 진행하였다.
도 4는 탄화규소와 바나듐을 혼합하여 도가니에 수용하는 단일 도가니 구조를 갖는 종래 기술에 따라 만들어진 기판에 대한 특성 평가 그래프로, 기판을 SIMS depth profile을 하여 통하여, 깊이 방향으로 B, N, Al, Ti, V 원자들의 측정 농도를 나타내고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 경우 기판 표면에서 질소 농도는 1018으로 통상적인 전도성 기판으로 나타났고, 바나듐의 농도의 경우 1014 ~ 1015로 도핑 농도가 적고 균일성 또한 떨어지는 것으로 측정되었다.
도 5는 상기와 같이 본 실시예에 따라 제조된 기판에 대한 특성 평가 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 경우 질소는 탄화규소 결정에 도핑되어 전도성을 가지는 물질인데, 1016으로 종래 기술보다 작게 검출되었다. 따라서 기판의 저항값이 상대적으로 높다고 할 수 있다. 기판 표면에서 바나듐의 경우도 1017으로 도핑이 많이 되고, 균일성 또한 높게 측정되었다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 성장장치의 경우, 탄화규소와 바나듐 분말의 공간분리로 분말혼합 공정이 필요 없게 된다. 또한 도가니 하부 중심에 위치시킴으로 유도가열에 의한 열 영향을 배제시킬 수 있고, 유도부 관 길이 및 내경을 변화시켜 도핑 불균일 문제를 해결할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 : 도가니 12 : 상부도가니
14 : 하부도가니 16 : 관통홀
18 : 유도관 20 : 단열재
32 : 종자정 40 : 석영관
42 : 가열수단

Claims (8)

  1. 내부에 단결정 원료가 수용되는 도가니, 상기 도가니를 둘러싸는 단열재, 상기 단열재의 외부에 배치되는 석영관, 및 상기 석영관의 외부에 마련되어 도가니를 가열하는 가열수단을 포함하고,
    상기 도가니는 상대적으로 위쪽에 배치되며 상단에 종자정이 장착되는 상부도가니, 상기 상부도가니와 분리되어 상부도가니 하부에 배치되는 하부도가니를 포함하여 상부도가니와 하부도가니에 각각 원료를 분리 수용하며, 상기 하부도가니 내부의 원료에서 승화된 물질을 상부도가니로 유도하는 유도부를 포함하고,
    상기 상부도가니 내에는 탄화규소 분말이 수용되고, 상기 하부도가니 내에는 바나듐 분말이 수용되는 반절연 탄화규소 단결정 성장장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도부는 상부도가니 하단에 형성되는 관통홀, 및 상기 하부도가니 상단에 설치되어 내부와 연통되고 상기 관통홀을 통해 상부도가니 내측으로 연장되는 적어도 하나 이상의 유도관을 포함하는 반절연 탄화규소 단결정 성장장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유도관은 도가니의 내면에서 이격되어 도가니의 중심부에 위치하는 반절연 탄화규소 단결정 성장장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유도관은 상부도가니 내에 수용되는 원료의 충진 높이보다 위쪽으로 연장된 구조의 반절연 탄화규소 단결정 성장장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유도관과 상기 도가니 내면과의 이격 거리는 아래 수식 (1)의 범위로 설정되는 반절연 탄화규소 단결정 성장장치.
    D1 - 4.5D2 < D3 < D1 -3.5D2 ----- 수식 (1)
    여기서, D1은 도가니의 내경이고, D2는 도가니의 두께이다.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부도가니의 내측 바닥면에서 수직으로 연장되는 유도관의 높이와 상부도가니에 수용된 원료의 충진 높이는 아래 수식 (2)의 범위로 설정되는 반절연 탄화규소 단결정 성장장치.
    1.04D6 < D5 < 1.1D6 ----- 수식 (2)
    여기서, D5는 유도관의 높이이고, D6은 원료의 충진 높이이다.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유도관의 내경은 상기 수식 (2)에서 유도관의 높이(D5)가 1.07D6 이하면 3 ~ 4mm, 이상이면 2 ~ 3mm로 설정되는 반절연 탄화규소 단결정 성장장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000039372A1 (fr) * 1998-12-25 2000-07-06 Showa Denko K. K. Procede de production d'un monocristal de carbure de silicium
JP2001192299A (ja) 2000-01-07 2001-07-17 Denso Corp 炭化珪素単結晶の製造方法及び製造装置
KR100749860B1 (ko) 2006-01-02 2007-08-21 학교법인 동의학원 단결정 성장 장치 및 단결정 성장 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130022596A (ko) * 2011-08-25 2013-03-07 엘지이노텍 주식회사 잉곳 제조 장치 및 원료 제공 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000039372A1 (fr) * 1998-12-25 2000-07-06 Showa Denko K. K. Procede de production d'un monocristal de carbure de silicium
JP2001192299A (ja) 2000-01-07 2001-07-17 Denso Corp 炭化珪素単結晶の製造方法及び製造装置
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