KR101891844B1 - 반도체 재료의 고체화 및/또는 결정화를 위한 시스템용 열 교환기 - Google Patents

반도체 재료의 고체화 및/또는 결정화를 위한 시스템용 열 교환기 Download PDF

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KR101891844B1
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데니스 카멜
니콜라스 코두리에
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

반도체 재료의 고체화 및/또는 결정화를 위한 시스템용 열 교환기(1)가 제 1 부재(2) 및 제 2 부재(3)를 포함하고, 제 1 부재와 제 2 부재는 서로에 대해 이동 가능하고, 제 1 부재는 제 1 릴리프 패턴을 포함하고, 제 2 부재는 제 2 릴리프 패턴(31)을 포함하며, 제 1 릴리프 패턴은 제 2 릴리프 패턴과 협업하도록 설계된다.

Description

반도체 재료의 고체화 및/또는 결정화를 위한 시스템용 열 교환기{HEAT EXCHANGER FOR A SYSTEM FOR SOLIDIFYING AND/OR CRYSTALLIZING A SEMICONDUCTOR}
본 발명은 도가니(crucible) 또는 몰드(mould)의 바닥을 통한 열 추출을 이용한 도가니 또는 몰드 내 반도체의 방향성 고체화의 기술 분야에 관한 것이다. 바람직하게는, 고체 상(solid phase)에서, 109 J/㎥보다 큰 잠열(latent heat) 및/또는 50 W/m.℃보다 낮은 열 전도율을 갖는 재료, 및/또는 0.01 ℃.㎡보다 큰 열 저항을 갖는 재료/도가니 쌍(material/crucible pair)에 관련된다. 본 발명은 특히 도가니 또는 몰드에 담긴 재료, 특히, 광기전 용도의 반도체 재료가 냉각될 수 있게 하는 교환기와 관련된다. 또한 본 발명은 이러한 교환기를 이용한 반도체 물질의 고체화 및/또는 결정화를 위한 공정과 관련된다.
높은 녹는점(>1000℃)을 갖는 물질의 도가니에서의 지향성 고체화 공정에서, 예를 들어, 광기전 실리콘(photovoltaic silicon)의 다결정질 잉곳(polycrystalline ingot)의 성장 공정에서, 도가니의 하부의 제어된 냉각에 의해 지향성 고체화가 발생된다. 도 1에 도시된 것처럼, 종래 기술에서, 도가니 아래에 배치된 조립체(종종 도가니를 지지하는 조립체)로부터의 복사선(radiation)에 의해 열 플럭스(heat flux)가 추출된다. 더 구체적으로, 지향성 방식으로 부분 고체화되는 액체 상태(ML) 및 고체 상태(MS)의 재료가 상부에 개구부를 갖는 도가니(Cr)에 담긴다. 상기 도가니는 도가니에 대한 기계적 지지부로서 사용되는 열간 조립체(hot assembly)(SR) 상에 배치된다. 상기 열간 조립체는 재료로부터 추출된 열 플럭스(heat flux)를, 제어될 두 열간 조립체와 냉간 조립체 간의 열 교환을 가능하게 하는 장치를 통해, 냉간 조립체(cold assembly)(SF)로 전달한다. 열 교환의 제어는 예를 들어 (형태 계수(view factor)를 통해) 복사선을 판단하는 요소(FV)를 통한 복사선(radiation)에 의해 이뤄진다. 열간 조립체와 냉간 조립체 간의 열 전도를 통해 상보적 방식으로 열 교환의 제어가 발생할 수 있다.
추출된 열 플럭스의 상한 값은 열 교환 원리에 의해, 열간 조립체(SR)와 냉간 조립체(SF)의 표면의 면적에 의해, 열간 조립체(SR)와 냉간 조립체(SF) 간 형태 계수에 의해, 사용되는 재료의 속성(열 전도율, 복사율(emissivity))에 의해, 그리고, 추출되는 열 플럭스에 독립적이지 않은 조립체의 온도에 의해 결정된다. 재료(액체 및 고체 상태(ML 및 MS))로부터 추출되는 열 플럭스는 어떠한 경우라도 도가니 아래의 조립체에 의해 추출되는 열 플럭스보다 작다.
추출되는 열 플럭스의 하한 값은, 추출에 사용되는 물리적 원리에 따라 달라지는 구현 수단(복사의 경우 스크린(screen), 전도의 경우 접촉하지 않게 배치하는 것)을 갖는 단열재(insulation)에 의해, 또는 열간 조립체의 가열에 의한 열의 도입율(introduction)에 의해 결정된다. 후자의 경우, 열 플럭스가 열간 조립체로부터 추출되지만 도가니(CR)와 열간 조립체 간의 열 플럭스를 제거 또는 상당히 최소화하는 것이 가능하며, 따라서 재료로부터 나오는 열 플럭스를 제거 또는 상당히 최소화하는 것이 가능하다.
열 교환을 위한 가장 효율적인 구현은 다음을 특징으로 한다:
- 하한이 가능한 낮고,
- 상한이 가능한 높으며,
- 추가 소모분이 없는 이상적인 경우에서, 예측 가능하고 재현 가능한 방식으로 제어될 수 있는 실용성 있는 수단을 이용하는 가능한 연속인 이들 하한과 상한 사이의 조절 범위
다시 말하면, 달성할 수 있는 범위에서 변하는 열 플럭스에 의해 변조될 수 있는 열(또는 재료로부터 나온 열 플럭스)의 추출이 추구되며, 이는 범위의 한계들에 도달하기 위해 도가니를 사용하고 특정 재료를 사용하는 것과 관련될 수 있다.
광기전 적용예를 위한 실리콘의 지향성 고체화의 분야에서 사용되는 모든 알려진 산업 또는 연구 시스템은, 도가니 아래에 배치되는 장치를 통해 추출되는 열의 플럭스의 조절(regulation)을 가능하게 한다는 공통점을 가진다:
- 주로 복사에 의해:
이 경우, 조절은 다음을 통해 이뤄진다:
○ (예를 들어, GT Solar International, Inc.에 의해 상용화된 장치 DSS450HP 상에서) 열간 조립체의 복사 표면과 냉간 조립체의 표면 간의 형태 계수를 정의하는 스크린(screen)을 이동,
○ (예를 들어, 회사 Crystal Systems, Inc.에 의해 상용화된 장치 Heat Exchanger Method 상에서) 냉간 조립체의 표면에 대한 열간 조립체의 복사 표면을 이동, 이때, 복사는 예를 들어 스크린을 통해 이뤄짐,
○ (예를 들어, 회사 ALD Vacuum Technologies GmbH에 의해 상용화된 장치 SCU400 plus 또는 SCU800 plus 상에서) 상한의 추출 조건으로 고정된 추출 시스템을 가열함으로써, 도가니 아래의 열간 조립체의 온도를 제어, 즉, 재료로부터 열을 덜 추출하기 위해 도가니 아래에서 공급되는 열 플럭스에 의해 조절되는 변조 불가능한 추출.
- 주로 전도에 의해:
이 경우, 조절은 다음을 통해 이뤄진다:
○ (예를 들어, 회사 Crystal Systems, Inc.에 의해 상용화된 장치 Helium Cooled Heat Exchanger Method 상에서) 비교적 차가운 유체를 도가니로 주입함으로써 도가니 아래의 냉간 조립체의 온도를 제어,
○ 제어될 수 있는 열 저항을 통해 열간 조립체와 냉간 조립체를 접촉시키기 위한 이동.
첫 번째 유형의 장치에서, 복사에 의한 교환에 대한 표면적의 변동에 의해, 열 플럭스의 변동이 획득되고, 최대 열 플럭스는 최대 교환 표면적에 의해 제한되고, 상기 최대 교환 표면적은 기껏해야 열간 조립체의 수평 단면의 표면적에 가깝다.
두 번째 유형의 장치에서, 전도/대류에 의해 교환되는 열 플럭스의 변동은, 하나의 경우, 유체의 흐름의 변동에 의해, 또 다른 경우, 2개의 전도성 판을 분리하는 기체의 두께의 변동에 의해, 획득된다. 그렇다면, 최대 열 플럭스는 유체의 최대 흐름, 전도율, 및 열 용량(heat capacity)에 의해, 또는 접촉되는 2개의 판 사이의 열 저항에 의해 제한되고, 후자는 2개의 대향하는 표면의 평면 내 불가피한 결함으로부터 야기된다.
기존 시스템은 고온에서 우수한 단열을 제공하면서 동시에 저온에서 충분히 높은 최대 열 플럭스가 획득되게 할 수 없다. 과제는 고체화될 재료의 높이가 상당할 때, 또는 도가니가 우수한 단열재일 때, 도가니 아래에서 높은 열 추출율을 유지하는 것이다. 즉, 과제는 재료의 온도는 비교적 낮게 유지하면서 고체화될 재료로부터 추출될 수 있는 열 플럭스를 증가시키는 것이다. 예를 들어, 20㎜의 실리카 도가니를 이용하는 20 내지 45㎝의 높이의 다결정질 실리콘의 잉곳(ingot)의 경우, 800-1000℃에서 복사하는 단일 표면에 의해 추출되는 열 플럭스가 제한적이다. 이는 열 구배(thermal gradient)를 제한하고 고체화 속도를 제한한다.
단순히 도가니 지지부의 치수를 증가시킴으로써 도가니 지지부의 복사 표면적이 증가되는, 과제에 대한 한 가지 해결책이 고려될 수 있다:
· 도가니 지지부의 측면(lateral face)의 복사 표면은 냉간 표면(cold surface)이 적응되는 한 증가될 수 있다. 이는 열의 추출을 측부로 국소화시키고 불균일성을 야기하는 단점을 가진다. 이 기법은 또한 도가니 지지부의 증가된 두께로 인한 전도에 의해 열 저항이 추가된다는 단점도 가진다.
· 도가니 지지부의 하부의 폭 및 이에 따른 복사 표면적이 증가될 수 있다. 그러나 열 교환의 균일성을 열화시키지 않고는 교환기 블록이 도가니보다, 따라서 잉곳보다 많이 넓을 수가 없다. 따라서 증가된 표면적 인자를 통한 열 플럭스의 증가가 이 옵션에서는 여전히 제한적이다.
기존 시스템에서, 도가니의 하부면 상의 열 플럭스의 분포가 열 플럭스를 증가시키기 위한 선택된 방법에 의해 부가되고, 따라서 열 플럭스의 선택된 값과 직접 연결되어 있다. 그러나 이 파라미터는 프로세스의 단계(발아(germination), 결정화, 고체의 냉각) 각각에서 특정한 역할을 수행함으로써, 프로세스의 단계별로 이 분포를 수정할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 목적은 앞서 언급된 문제가 극복될 수 있게 하는 교환기를 제공하고 종래 기술의 교환기를 개선하는 것이다. 특히, 본 발명은, 광기전 에너지(photovoltaic energy) 분야에서 사용되는 반도체 재료의 고체화 및/또는 결정화(crystallization)에 적용되기 위해, 도가니로부터 또는 몰드로부터 추출된 열 플럭스의 단순하고 정밀한 변조 및/또는 제어를 가능하게 하는 교환기를 제공한다. 덧붙이자면, 본 발명은 이러한 교환기를 이용하는 고체화 및/또는 결정화 프로세스를 제공한다.
본 발명에 따르면, 열 교환기, 특히, 반도체 재료의 고체화 및/또는 결정화 시스템을 위한 열 교환기는 제 1 부재와 제 2 부재를 포함하고, 상기 제 1 부재와 제 2 부재는 서로에 대해 이동 가능하다. 상기 제 1 부재는 제 1 릴리프 패턴을 포함하고 제 2 부재는 제 2 릴리프 패턴을 포함하며, 상기 제 1 릴리프 패턴은 제 2 릴리프 패턴과 협업하도록 구성된다.
상기 교환기는 교환된 열 플럭스, 특히, 제 1 부재와 제 2 부재 사이에서 교환되는 열 플러스가 제어 또는 조절될 수 있게 하는 제 2 부재에 대한 제 1 부재의 변위를 위한 요소를 포함할 수 있다.
변위 요소는 교환될 원하는 열 플럭스에 따라, 즉, 교환기를 통과하도록 추구되는 또는 고체화 및/또는 결정화 모듈 또는 도가니로부터 추출되도록 추구되는 열 플럭스에 따라, 제 1 부재와 제 2 부재 간 거리를 조절하기 위한 조절기를 포함할 수 있다.
조절기에 의해 제 1 부재와 제 2 부재는 적어도 두 가지 서로 다른 거리를 두도록 위치 설정되어, 적어도 2개의 서로 다른 교환될 열 플럭스, 또는 교환기의 적어도 2개의 서로 다른 교환 계수 또는 2개의 서로 다른 교환 계수를 획득할 수 있다.
조절기에 의해, 두 부재들 간 거리는 교환 표면적이 최소인 제 1 포지션과 교환 표면적이 최대인 제 2 포지션 사이에서 연속으로 변할 수 있다.
제 1 릴리프 패턴은 오목부와 돌출부를 포함할 수 있고, 제 2 릴리프 패턴은 오목부와 돌출부를 포함할 수 있다.
제 1 부재와 제 2 부재의 하나의 치수를 따라, 돌출부와 오목부의 피치(pitch)는 가변적일 수 있다.
제 1 부재와 제 2 부재 중 적어도 하나의 부재의 하나의 치수를 따라 돌출부의 높이는 가변적일 수 있다.
돌출부를 오목부로 체겨함으로써 제 1 릴리프 패턴과 제 2 릴리프 패턴은 협업할 수 있다.
제 1 릴리프 패턴은 제 2 릴리프 패턴의 오목부의 경사진 측부에 평행하는 경사진 측부를 갖는 돌출부를 가질 수 있다.
제 1 릴리프 패턴과 제 2 릴리프 패턴은 평행육면체 구조물, 특히, 동일한 종방향 축을 따라 배치된 구조물을 가질 수 있다.
제 1 릴리프 패턴의 돌출부는 제 1 부재의 나머지 부분을 구성하는 재료와 다른 열 특성, 특히 단열 특성을 보이는 제 1 재료로 덮일 수 있다.
제 2 릴리프 패턴의 돌출부는 제 2 부재의 나머지 부분을 구성하는 재료와 다른 열 특성, 특히 단열 특성을 보이는 제 2 재료로 덮일 수 있다.
제 1 부재와 제 2 부재의 재료는 서로 다른 열 특성을 보일 수 있다.
제 1 부재는 도가니 또는 몰드로 열적 연결되도록 구성되고, 제 2 부재는 냉원으로 열적 연결되도록 구성될 수 있다.
교환기는 도가니와 제 1 부재 사이에 변조될 수 있는 두께의 기체를 포함시키기 위한 제 1 요소 및/또는 냉원과 제 2 부재 사이에 변조될 수 있는 두께의 기체를 포함시키기 위한 제 2 요소를 포함할 수 있다.
제 1 부재 및/또는 제 2 부재의 돌출부들 중 적어도 하나는, 상기 제 1 부재와 제 2 부재의 특정 상대적 포지션으로 제 2 부재 및/또는 제 1 부재의 오목부의 하부와 접촉하도록 치수 설정될 수 있다.
본 발명에 따라, 반도체 재료의 고체화 및/또는 결정화를 위한 시스템은, 앞서 언급한 바와 같은 교환기를 포함한다.
본 발명에 따라, 반도체 재료를 고체화 및/또는 결정하하기 위한 방법은 앞서 언급된 바와 같은 교환기를 이용하며, 다음을 포함한다:
- 제 1 부재를 제 2 부재에 대해 위치 설정하는 단계, 및
- 상기 교환기의 제 1 부재와 제 2 부재를 통해, 도가니로부터 냉원으로 열을 전달하기 위한 단계
위치 설정 단계는 열 전달 단계 중에 수행될 수 있다.
교환기의 교환 계수는 고체화 및/또는 결정화의 시작부분과 종료부분 사이에서 변할 수 있다. 이러한 목적으로, 고체화 및/또는 결정화 동안 두 부재들의 상대적 위치가 변할 수 있다.
첨부된 도면은, 예를 들어 본 발명에 따르는 교환기의 다양한 실시예를 도시한다.
도 1은 종래 기술에서 알려진 교환기의 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른느 교환기의 제 1 실시예의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따르는 교환기의 제 1 실시예의 상세사항을 나타내는 도면이며, 여기서 교환기는 2개의 구성으로 도시된다.
도 4는 도가니 아래의 온도의 변동을 제 1 부재와 제 2 부재의 돌출부의 높이의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 5는 열 플럭스의 4개의 지정 값에 대하여, 도가니 아래의 온도의 변동을, 제 1 부재의 돌출부의 직선 섹션의 표면적에 대한, 제 2 부재의 돌출부의 직선 섹션의 표면적의 비의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따르는 교환기의 제 2 실시예의 도면이다.
도 7은 도가니 온도의 7개의 지정 값에 대해, 본 발명에 따르는 교환기를 통해 전달되는 열 플럭스의 변동을, 제 1 부재와 제 2 부재의 상대적 포지션의 함수로서 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따르는 교환기를 통해 그리고 종래 기술의 교환기를 통해 전달되는 최대 열 플럭스의 변동을 도가니 온도의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명을 따라 교환기를 통해 그리고 종래 기술의 교환기를 통해 전달되는 최소 열 플럭스의 변동을 도가니 온도의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따르는 교환기에 의해 허용되는 교환 계수의 진폭의 변동을 도가니 온도의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따르는 교환기의 제 3 실시예의 도면이다.
도 12는 본 발명에 따르는 교환기의 제 5 실시예의 도면이다.
도 13는 본 발명에 따르는 교환기의 제 6 실시예의 도면이다.
도 14는 본 발명에 따르는 교환기의 제 7 실시예의 도면이다.
도 15는 본 발명에 따르는 교환기의 제 8 실시예의 도면이다.
도 16은 본 발명에 따르는 교환기의 제 9 실시예의 도면이다.
도 17은 본 발명에 따르는 교환기의 제 10 실시예의 도면이다.
도 18은 본 발명에 따르는 교환기의 제 12 실시예의 도면이다.
도 19는 본 발명에 따르는 교환기의 제 13 실시예의 도면이다.
도 2에 도시된 열 교환기(1)의 제 1 실시예가 이하에서 기재된다. 예를 들어, 상기 열 교환기는 반도체 재료, 특히, 광기전 반도체 재료의 고체화 및/또는 결정화를 위한 시스템을 포함한다. 상기 고체화 및/또는 결정화 시스템은 예를 들어, 오븐(oven)의 일부를 형성한다.
고체화 및/또는 결정화 시스템은 고체화 및/또는 결정화될 재료(6, 7)를 담도록 설계된 도가니(4)(또는 몰드)와, 상기 도가니를 냉각시키도록 설계된 냉원(cold source)(5)과, 상기 도가니로부터 상기 냉원으로 전달되는 열 플럭스(heat flux)를 조절하도록 설계된 교환기(1)를 포함한다. 상기 재료는 액체 상(7)과 고체 상(6)을 보일 수 있다.
교환기는 제 1 부재(2)와 제 2 부재(3)를 포함한다. 상기 교환기는 또한 제 1 부재를 상기 제 2 부재에 대해 이동시키기 위한 수단 또는 요소를 포함한다. 상기 제 1 부재는 제 1 릴리프(relief) 패턴(21)을 포함하고 제 2 부재는 제 2 릴리프 패턴(31)을 포함한다. 제 1 릴리프 패턴은 제 2 릴리프 패턴과 협업하도록 설계된다. 바람직하게는, 제 1 릴리프 패턴과 제 2 릴리프 패턴이 체결(nesting)에 의해 협업한다. 예를 들어 제 1 릴리프 패턴과 제 2 릴리프 패턴은 상보적일 수 있다.
제 1 부재와 제 2 부재의 제 1 상대적 포지션에서, 교환기는 제 1 교환 계수(exchange coefficient)를 보이고, 제 1 부재와 제 2 부재의 제 2 상대적 포지션에서, 교환기는 제 1 교환 계수와 다른 제 2 교환 계수를 보인다. 실제로, 두 상대적 포지션들 사이에서, 제 1 부재와 제 2 부재의 대향하는 표면의 면적이 서로 달라지며, 이로부터 교환 계수가 서로 달라진다. 구체적으로, 돌출부의 대향하는 측면(lateral surface)의 면적이 서로 다르기 때문에 제 1 부재와 제 2 부재의 대향하는 표면의 면적이 서로 다르다.
변위 요소(displacement element)(9)에 의해 제 1 부재와 제 2 부재가 서로에 대해 이동, 특히, 직선 방향으로 이동(translation)한다. 이 요소는 액추에이터(91)를 포함한다.
본 발명에 따르는 교환기에 의해 도가니 또는 몰드로부터 추출된 열의 플럭스가 제어될 수 있다.
앞서 나타난 바와 같이, 제 1 부재를 제 2 부재에 대해 이동시키기 위한 요소에 의해, 교환된 열 플럭스, 특히, 제 1 부재와 제 2 부재 간에 교환된 열의 플럭스가 제거되거나 조절될 수 있는데, 특히, 교환기의 열 전달 계수(heat transfer coefficient)를 조절함으로써, 조절될 수 있다.
상기 변위 요소는, 교환될 원하는 열 플럭스에 따라, 즉, 교환기를 통과하도록 추구되는 또는 고체화 및/또는 결정화 몰드 또는 도가니로부터 추출되도록 추구되는 열 플럭스에 따라, 제 1 부재와 제 2 부재 간 거리가 변조될 수 있게 하는 조절기(regulator)(92)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 조절기가, 제 1 부재와 제 2 부재를 서로에 대해 위치 설정하는 액추에이터를 제어하거나 구동하는 것이 바람직하다. 교환기를 통해 교환될 원하는 열 플럭스에 따라 또는 원하는 교환 계수에 따라, 조절기는 제어 명령어를 결정하고, 이 명령어를 액추에이터로 전달한다. 이 명령어를 실행함으로써, 액추에이터는, 교환기를 통해 교환될 원하는 열 플럭스 또는 원하는 교환 계수에 도달하기 위해 적절한 방식으로 제 1 부재와 제 2 부재를 위치 설정한다.
조절기는 개방 루프 조절(open-loop regulation) 또는 폐쇄 루프 조절(closed-loop regulation)이 구현될 수 있게 하는 조절 요소(regulation element)를 포함할 수 있다.
상기 조절기에 의해 두 부재들 간 거리가, 교환 표면적이 최소인 제 1 포지션과 교환 표면적이 최대인 제 2 포지션 사이에서 연속으로 변할 수 있다.
교환기에 의해, 도가니 또는 몰드를 통해 재료로부터 추출하는 것이 가능한 높은 열 플럭스 값의 범위가 종래 시스템의 한계보다 확장된다. 이 범위를 확장함으로써, 고체화된 잉곳의 높이 및/또는 고체화의 속도를 통해 재료 수율 및 생산성이 증가될 수 있다. 또한 특정 품질 기준을 향상시키는 것이 선택에 의해 가능하고, 결정화의 동일한 속도 및 높이에 대해 재료 내 열 구배(thermal gradient)를 증가시키는 것, 및 따라서 더 확장된 범위에 걸쳐 고체-액체 계면에서 결정화의 속도/열 구배의 비를 제어하는 것이 가능하다.
구체적으로, 본 발명에 따르는 열 교환기에 의해, 고체화될 재료로부터 열이 추출되는데, 구체적으로, 고온에서의 재료의 잉곳 결정화 동안 열이 재료로부터 추출될 수 있다. 상기 열 교환기에 의해:
- 교환기의 교환 계수가 결정화의 시작부분과 종료 부분 사이에서 달라질 수 있다(예를 들어, 실리콘의 경우, 제 1 부재의 온도가 1400℃ 내지 600℃로 달라질 수 있다). 고온에서, 일반적으로 복사가 높은 열 플럭스를 생성하며, 제 1 부재와 제 2 부재를 멀어지게 이동시킴으로써, 교환기는 교환 계수가 낮은(가령, 30 W.m-2.℃-1 미만) 포지션으로 설정된다. 이와 반대로, 저온에서, 복사는 매우 낮은 열 플럭스를 생성한다. 제 1 부재와 제 2 부재를 서로 가깝도록 이동시킴으로써, 교환기는 교환 계수가 높은(가령, 60 W.m-2.℃-1 초과) 포지션으로 설정된다. 따라서 추출된 열 플럭스는 가능한 일정하게 유지될 수 있다.
- 교환기의 교환 계수의 공간 분포(spatial distribution)가 선택될 수 있다.
이러한 목적으로:
- 교환기는 도가니 또는 몰드와 열적 연결(thermal connection)되어 있는 제 1 부재(열간 부재(hot member))와, 냉원(가령, 물 탱크)과 열적 연결되어 있는 제 2 부재(냉간 부재(cold member))를 포함한다.
- 상보적 핑거프린트(fingerprint) 또는 릴리프 패턴(특히, 복잡한 형태의 것)이 제 1 부재와 제 2 부재의 대향하는 면들에 형성된다. 이들 핑거프린트의 지오메트리는 그들의 형성된 표면 및/또는 그들의 공간 분포 및/또는 그들의 깊이에 의해 특징지어질 수 있다.
- 제 1 부재와 제 2 부재의 상대적 이동에 의해, 두 부재들 간의 교환 표면적이, 교환 표면적이 최소인 단열 포지션(멀리 이격된 부재들)과 이 표면적이 최대인 전도 포지션(서로 체결된 부재들) 사이에서 연속으로 변할 수 있다.
- 선택사항으로서, 제 1 부재와 제 2 부재 각각은 단열 및 전도 기능이 만족되도록 하는 두 가지 유형의 재료로 구성된다. 이러한 혼성(hybridization)에 의해, 앞서 나열된 교환기의 모든 속성이 강화될 수 있다.
- 선택사항으로서, 단열 기능을 강화하기 위해 제 2 부재가 냉원으로부터 분리되거나, 단열 기능을 강화하기 위해 제 1 부재가 도가니로부터 분리될 수 있다.
제 1 부재와 제 2 부재의 두 대향하는 면들에 상보적 핑거프린트 또는 릴리프 패턴을 형성하는 것과 제 1 부재와 제 2 부재를 상대적으로 변위시키는 것에 의해, 도 3에 도시된 것처럼, 제 1 부재와 제 2 부재 중 하나의 부재의 수평 직선 섹션의 면적보다 상당히 더 넓은 교환 표면적이 형성될 수 있다. 이들 면적들 간 비는 예를 들어, 1 내지 10일 수 있다.
이 설계에 의해, 복사에 의해 교환되는 열 플럭스가 종래의 장치에서보다 훨씬 더 큰 값까지 변할 수 있다. 덧붙이자면, 이로 인해서, 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 위치하는 기체에서의 전도/대류에 의한 교환에 대한 기여(contribution)가 추가될 수 있다. 이 기여는 제 1 부재와 제 2 부재의 대향하는 면들 간 유극(play)의 선택에 의해 조정된다. 접속 가능한 열 플럭스의 범위는, 지오메트리의 선택, 최대 교환 표면적에 따른 복사에 의해 추출되는 최대 열 플럭스, 및 제 1 부재와 제 2 부재의 대향하는 표면들 간의 유극의 두께 및 제 1 부재와 제 2 부재 간 기체의 열 전도율에 따른 전도에 의한 교환의 기여에 의해, 조정될 수 있다. 또한 이 범위는, 제 1 및 제 2 대향 부재의 열 전도율과 복사율을 적응시키도록 제 1 및 제 2 대향 부재에 대한 재료의 속성을 선택함으로써, 그리고 또한 이들 표면들 간 갭(gap)을 충전하는 기체의 속성을 선택함으로써, 조정될 수 있다. 또한 부재는 서로 다른 재료의 조합으로 구성될 수 있다. 따라서 2개의 대향 부재의 간단한 상대적 변위에 의해, 최대 10배까지 제어된 증가가 제 1 부재로부터의 특정 온도에서 추출되는 열 플럭스에서 이뤄진다. 따라서 최대 열 플럭스는 평면을 갖는 부재들 간 복사에 의한 교환의 명목 조건 하에서 추출되는 것보다 최대 10배 더 클 수 있다. 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 유지되는 기체의 막을 통과하는 전도/대류에 의한 교환의 기여가 유의미해 지도록 조건(갭 및 기체의 특성)을 적응시킴으로써 이 배율은 다시 한 번 크게 증가될 수 있다.
목표로 삼는 최대 열 플럭스에 도달하기 위해, 핑거프린트 또는 릴리프의 지오메트리는 정밀한 기준을 바람직하게 만족시켜야 한다:
- 돌출부(가령, 웨지(wedge))가 지나치게 긴 경우, 재료의 길이에서 열 저항이 증가되고, 돌출부가 너무 짧은 경우, 교환 표면적은 2개의 평판형 부재들 사이의 교환 표면적(S0)와 비교할 때 거의 증가하지 않는다. 도 4에 도시된 것처럼, 돌출부의 최적 높이는 원하는 열 플럭스의 기능으로서 변한다. 이 열 플럭스가 증가할수록, 돌출부의 열 저항으로 인한 값의 손실이 이에 따라 증가하기 때문에 돌출부의 최적 높이가 낮아진다.
- 이 구조의 또 다른 한계는, 제 2 부재의 전도성 돌출부의 수평 표면의 면적에 대한 제 1 부재의 전도성 돌출부의 수평 표면의 면적의 비에 의해 기여된다. (돌출부의 높이, 원하는 열 플럭스, 등에 따라) 각각의 구성은 자신의 최적치를 가진다. 그러나 도 5에 도시된 것처럼, 복사에 의한 교환을 촉진하기 위해 제 2 부재의 돌출부의 온도에 비해 가능한 가장 높은 온도가 획득될 수 있도록 하는 제 1 부재의 더 넓은 돌출 표면적이 바람직하다.
단열 포지션에서 목표로 삼는 최소 열 플럭스에 따라, 2개의 요소들 간 열 저항을 생성하기 위해 냉원으로부터 제 2 부재를 분리하는 것이 유용할 수 있고, 따라서 최소치의 값이 감소될 수 있다(가령, 30 W.m-2.℃-1 미만의 계수를 획득하기 위해)
도 6에 도시된 것처럼, 제 2 실시예에서 교환기는 전도성 재료의 돌출부를 갖는 제 1 부재(2a)와 제 2 부재(3a)를 포함하도록 구성되며, 제 1 부재와 제 2 부재의 단부는 단열 재료(24, 34)로 코팅된다. 따라서 (도 6의 상부 좌측 다이어그램에 의해 나타난) 제 1 부재와 제 2 부재의 절연체가 서로 대면하는 포지션에서, 제 1 부재와 제 2 부재는 단열 재료의 연속인, 또는 실질적으로 연속인 층에 의해 분리된다.
도 6의 상부 중앙 도면에 의해 도시되는 것처럼 제 1 부재와 제 2 부재의 상대적 이동에 의해, 그리고 도 6의 상부 우측 도면에 의해 도시된 것처럼 더 큰 범위까지의 제 1 부재와 제 2 부재의 상대적 이동에 의해, 돌출부의 전도성 측면이 마주보게(face-to-face) 된다.
고온에서의 이러한 복합 교환기의 구현은 기술적 어려움을 가진다.
왜냐하면 제 1 부재와 제 2 부재의 직선 방향으로의 서로에 대한 이동 동안, 열 팽창과 기계적 유극이 문제를 야기할 수 있기 때문이다. 덧붙이자면, 돌출부들 간 접촉이 발생할 수 있고, 이는 교환기에 손상을 줄 수 있는 국부 열 전달의 극심한 현상을 초래할 수 있다. 마지막으로 단열 재료를 상기 돌출부에 증착하는 것이 반드시 용이한 것은 아니다.
덧붙이자면, 본 발명에 따르는 교환기에 의해, 도가니(4) 또는 몰드로부터 냉원(5)으로 추출되는 열 플럭스의 공간 분포가 필요에 따라 달라질 수 있다. 이는 제 1 부재와 제 2 부재의 표면을 따르는 불균일한 릴리프 패턴의 형성에 의해, 즉, 돌출부의 폭과 높이를 변화시킴으로써, 획득될 수 있다. 이는, 이하의 실시예에서 도시된 것처럼, 열 플럭스의 광범위한 공간 분포를 구현하고, 이에 추가로, 제 1 부재와 제 2 부재의 상대적 변위의 함수로서 이러한 분포를 변화시키는 가능성을 제시한다.
이하의 실험 결과는, 65mm의 높이(전도성 재료 50mm와 그 위의 단열 재료 15mm)를 갖는 7개의 돌출부를 포함하는 회전체의 형태를 갖는 교환기에 의해 획득되었다. 돌출부의 두께는 9mm이고, 웨지(wedge)들 간 기체의 두께는 1.5mm이다. 오븐에 포함된 기체는 아르곤이다. 냉원(5)은 구리로 만들어진 지름 160mm의 물 탱크이다. 상기 냉원은 냉각하기 위해 28℃ 온도의 물을 이용한다. 도가니(4)는 지름 160mm의 석영(quartz)으로 만들어지고, 실리콘의 5kg의 당량을 담는다. 열전대(thermocouple)가, 특히 흑연으로 만들어지고, 도가니 아래에 위치하는 3mm의 두께를 갖는 판(plate) 아래에 배치된다.
도 7은 냉원의 포지션과 이에 따른 제 1 부재와 제 2 부재의 상대적 포지션을 기초로 하는 추출된 열 플럭스를 도시한다. 물 탱크의 포지션이 높을수록, 제 1 부재와 제 2 부재가 더 체결되고, 대향하는 교환 표면적이 더 커진다.
이 그래프에서 세 가지 거동이 관측된다:
· z < 15mm: 돌출부의 단부의 단열 재료가 전도성 재료 돌출부를 대면하는 제 1 부분. 열 플럭스는 변위에 비례로 증가한다.
· 15mm < z < 32mm: 다양한 돌출부의 전도성 재료들이 대향하게 되는 제 2 부분. 제 2 부재에 대한 제 1 부재의 변위의 함수로서의 열 플럭스의 증가가 더 커진다.
· z>32mm: 변위에 대한 열 플럭스 변동이 평탄해지는 마지막 부분. 이는 도가니로부터 냉원으로 추출될 수 있는 총 열 플럭스를 제한하는 계면(냉원/제 2 부재, 제 1 부재/도가니 판의 계면)에 존재하는 다양한 접촉 저항에 의해 설명될 수 있다. 제 1 부재와 제 2 부재 간의 열 저항이 상당히 감소되는 경우라도, 시스템의 총 열 저항이 변하지 않도록, 이들 접촉 저항은 매우 높다. 따라서 (가령, 변형으로 인해 두 돌출부가 접촉하는 경우) 열 플럭스를 제어하기 위해, 접촉 저항은 매우 우수한 대안예가 된다.
도 8은 평면 대향 표면을 갖는 시스템에 의해 추출될 수 있는 최대 열 플럭스와 비교되는 다양한 교환 표면에 대한 최대 열 플럭스의 변동을 도시하며, 여기서 이러한 시스템의 대향 표면이 S0으로 표시된다.
이들 동일한 모델에 대해 획득된 최소 열 플럭스들은 도 9에서 비교된다. 4×S0의 교환 표면의 면적을 갖는 모델은 가장 높은 최대 열 플럭스를 가진다. 돌출부 상의 재료의 단일 층만 가진다. 이의 단열은 교환 표면의 면적이 3×S0인 모델의 단열보다 약간 열악하다. 이 모델은 돌출부 각각 상의 단열 재료의 층을 가진다. 시스템이 단열 포지션으로 배치될 때 이들 2개의 모델의 대향하는 교환 표면의 면적은 약 S0의 절반이고, 따라서 높은 열 저항을 도출한다. 마지막으로 표면적 S0인 모델의 최소 열 플럭스는, 이의 최대 열 플럭스와 동일하며, 이 교환기는 변조될 수 있는 교환 표면을 갖지 않는다.
도 10은 본 발명에 따르는 교환기에 의해 획득되는 것이 가능한 교환 계수(exchange coefficient) H의 전체 범위와 열 플럭스의 범위를 도시한다.
도 11에서 도시된 제 3 실시예에서, 제 1 부재(2b)와 제 2 부재(3b)는 원형 또는 사각형의 수평 단면을 가질 수 있다. 또는, 제 1 부재와 제 2 부재 중 하나가 원형 단면을 갖고, 제 1 부재와 제 2 부재 중 다른 하나가 사각형의 단면을 가질 수 있다.
제 4 실시예(도시되지 않음)에서, 릴리프 패턴의 지오메트리는 특정 공간 내 교환 표면의 면적의 원하는 증가를 획득하도록 구성된다. 이를 위해, 교환 표면의 면적을 증가시키기 위해, 릴리프 패턴의 측방 치수는 최소화되고, 이의 높이는 증가될 수 있다. 특히 릴리프 패턴은 웨지(wedge), 바(bar), 튜브(tube), 원뿔(cone), 팬-헤드 판(pan-head plate), 또는 팬-헤드 튜브(pan-head tube)의 어레이를 포함할 수 있다. 낮은 이용 가능한 높이에 대해, 릴리프 패턴의 측방 치수를 감소시키는 것 및/또는 사각형 구성에서 원형 구성으로 가는 것이 바람직하다.
매우 효율적인 지오메트리가 원형 홀(circular hole)과 협업하는 원통형 웨지의 어레이를 포함한다. 전도율을 가능한 높게 더 보존하기 위해, 2개의 부재 가각에서, 웨지의 단면의 면적이 제 1 부재 또는 제 2 부재의 총 단면의 면적 S의 대략 절반인 것이 바람직하다. 교환 표면적 Stot/S의 최대 증가 배율은 1+2H/D이며, 여기서 D는 웨지의 지름이고, H는 웨지의 높이다.
홈(groove)과 협업하는 리지(ridge), 특히 병렬 홈과 협업하는 병렬 리지를 포함하는 릴리프의 지오메트리에 대해, 이 배율은 1+H/d이며, 여기서 d는 리지의 폭이고 H는 리지의 높이이다.
도 12에 도시된 제 5 실시예에서, 제 1 부재(2c)와 제 2 부재(3c) 간에 열 플럭스의 불균일한 분포가 획득될 수 있도록 릴리프 패턴의 지오메트리가 구성된다. 실제로, 제 1 부재와 제 2 부재의 중심에 있는 돌출부는 그들의 외곽부에 있는 것보다 얇다. 따라서 부재의 중심에서 돌출부의 밀도가 더 높고, 제 1 부재로부터 부재의 외곽부보다 부재의 중심에서 더 높은 열 플럭스를 제 2 부재로 전달하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 모든 부재에 걸쳐 또는 각각의 부재에 걸쳐 돌출부의 높이가 균일하다.
도 13의 제 6 실시예에서, 제 1 부재(2d)와 제 2 부재(3d) 사이에서 열 플럭스의 불균일한 분포가 획득될 수 있도록 릴리프 패턴의 지오메트리가 구성된다. 실제로, 제 2 부재의 중심에 있는 돌출부가 그들의 외곽부에 있는 돌출부보다 높다. 또는, 제 1 부재의 중심에 있는 돌출부가 그들의 외곽부에 있는 돌출부보다 높다. 따라서 부재의 외곽부보다 부재의 중심에서 더 높은 열 플럭스를 제 1 부재로부터, 제 2 부재로 전달하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 도 14에 도시된 제 7 실시예에서, 제 5 실시예와 제 6 실시예가 조합될 수 있다. 이 실시예에서, 돌출부는 제 2 부재(3e)의 중심에서 더 높고 제 1 부재(2e)와 제 2 부재(3e)의 외곽부에서 더 치밀하다. 따라서 고체화 동안, 제 1 상대적 포지션인 제 1 부재와 제 2 부재의 중앙에서 더 높은 열 플럭스가 도가니로부터 추출될 수 있고, 부재들의 제 2 상대적 포지션에서 도가니로부터 균일한 열 플럭스가 추출될 수 있다.
도 15에 도시된 제 8 실시예에서, 도가니 하부와 제 1 부재(2f) 사이 및/또는 냉원과 제 2 부재(3f) 사이에, 변조 가능한 두께의 기체, 특히, 변조 가능한 두께의 아르곤이 포함될 수 있다. 이 두께에 의해, 도가니에서 냉원으로 전달되는 열 플럭스는 한정될 수 있다.
제 9 실시예에서, 제 1 부재와 제 2 부재 사이의 기계적 유극을 최소화함으로써, 제 1 부재에서 제 2 부재로 전달될 수 있는 열 플럭스는 최대화된다.
도 16에 도시된 제 9 실시예의 하나의 변형예에서, 재료들의 열 팽창의 어려움을 해결하면서 동시에 기계적 유극을 최소화함으로써, 제 1 부재(2g)와 제 2 부재(3g) 간 열 플럭스가 최대화된다. 이를 위해, 예를 들어, 원형 구조물, 특히 회전체를 갖는 릴리프 패턴이 선택된다. 이에 의해 이들 위치에서의 열 팽창에 적합한 기계적 유극을 허용하면서 제 1 부재와 제 2 부재의 외곽부에 더 작은 기계적 유극이 가능하다.
도 17에서 도시된 제 10 실시예에서, 제 2 실시예에 비해, 돌출부의 단부의 단열 재료(24h, 34h)의 두께를 증가시킴으로써, 제 1 부재(2h)와 제 2 부재(3h) 간 최소 열 플럭스가 최소화된다.
제 11 실시예에서(도시되지 않음), 돌출부의 단부에 위치하는 단열 재료 요소들 사이에 시케인(chicane)을 형성함으로써, 최소 열 플럭스가 최소화된다. 따라서 돌출부들 사이에 복사될 수 있는 열 플럭스가 차단된다. 이는 제 1 부재와 제 2 부재 간 기계적 갭 내 단열 구성에서 직접 복사에 의한 전달을 감소시킨다.
도 18에 도시된 제 12 실시예에서, 제 1 부재와 제 2 부재 중 하나의 부재의 돌출부의 단부 상에 단열 재료를 사용하지 않고, 최대 열 플럭스는 최대화된다. 전도성 재료(24i)가 제 1 부재와 제 2 부재 중 하나의 부재의 돌출부 상에서 사용된다. 단열 재료(34i)는 제 1 부재와 제 2 부재 중 다른 하나의 부재의 돌출부 상에서 사용된다.
도 19에 도시된 제 13 실시예에서, 제 1 및/또는 제 2 부재의 돌출부 상에, 돌출부의 단부들과 돌출부들 간 오목부의 하부 간 접촉 가능성을 제공함으로써 최대 열 플럭스는 최대화된다. 접촉은 전체적이거나 부분적일 수 있다. 이로써, 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 높은 전도성 구성요소가 추가될 수 있다. 돌출부의 단부에 제공되는 전도성 재료(24j) 또는 단열 재료(34j)를 통해 접촉이 이뤄질 수 있다.
기계적 또는 논리적 불화합성이 있는 경우를 제외하고, 앞서 기재된 교환기의 다양한 실시예가 서로 조합될 수 있다.
다양한 실시예에서, 제 1 부재와 제 2 부재를 주로 구성하는 전도성 재료는 흑연, 특히 치밀질 흑연이거나, 이를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 다양한 실시예에서, 돌출부의 단부에 배치되는 단열 재료는 펠트(felt)를 포함하거나, 펠트일 수 있다.
본 발명에 따르는 교환기의 다양한 실시예에서, 교환기는 제 2 부재에 대해 제 1 부재를 이동시키기 위한 요소를 포함한다.
본 발명은 또한 교환기, 가령, 앞서 기재된 교환기를 이용하는 반도체 재료의 고체화 및/또는 결정화를 위한 공정과 관련된다. 공정은 다음을 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 제 2 부재에 대해 제 1 부재를 위치 설정하는 단계,
- 교환기의 제 1 부재와 제 2 부재를 통해, 도가니로부터 냉원으로 열 전달하기 위한 단계.
예를 들어, 위치 설정하는 단계는 열 전달 단계 동안 수행될 수 있다. 따라서 고체화 및/또는 결정화 동안 도가니로부터 냉원으로 전달되는 열 플럭스를 수정하는 것이 가능하다.
따라서, 교환기의 교환 계수는 고체화 및/또는 결정화의 시작부분과 끝 부분 사이에서 수정될 수 있다. 이러한 목적으로, 고체화 및/또는 결정화 동안 2개의 부재의 상대적 포지션은 변경될 수 있다.

Claims (22)

  1. 반도체 재료의 고체화 및 결정화 중 적어도 하나를 위한 시스템을 위한 열 교환기로서, 상기 열 교환기는 제 1 부재(2; 2a; 2b; 2c; 2d; 2e; 2f; 2g; 2h; 2i; 2j) 및 제 2 부재(3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e; 3f; 3g; 3h; 3i; 3j)를 포함하고, 상기 제 1 부재와 제 2 부재는 서로에 대해 이동 가능하며, 상기 제 1 부재는 제 1 릴리프 패턴(21)을 포함하고 제 2 부재는 제 2 릴리프 패턴(31)을 포함하며, 상기 제 1 릴리프 패턴은 제 2 릴리프 패턴과 협업하도록 구성되며, 상기 열 교환기는 제 2 부재에 대한 제 1 부재의 변위(displacement)를 위한 변위 요소를 포함하여, 교환되는 열 플럭스가 제어될 수 있게 하고, 상기 변위 요소는 원하는 교환될 열 플럭스에 따라 제 1 부재와 제 2 부재 사이의 거리를 변조하기 위한 조절기(92)를 포함하는, 열 교환기.
  2. 청구항 1에 있어서, 적어도 두 가지 서로 다른 교환될 열 플럭스 또는 두 가지 서로 다른 교환 계수를 획득하기 위해, 조절기에 의해, 제 1 부재와 제 2 부재는 적어도 두 가지 서로 다른 거리에서 위치하도록 설정되는, 열 교환기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 조절기에 의해 두 부재들 간 거리는, 교환 표면적(exchange surface area)이 최소인 제 1 포지션과 교환 표면적이 최대인 제 2 포지션 사이에서, 연속으로 변하는, 열 교환기.
  4. 청구항 1에 있어서, 제 1 릴리프 패턴은 오목부(23)와 돌출부(22)를 포함하고, 제 2 릴리프 패턴은 오목부(33)와 돌출부(32)를 포함하는, 열 교환기.
  5. 청구항 4에 있어서, 제 1 부재와 제 2 부재의 하나의 치수를 따라 돌출부 및 오목부의 피치(pitch)는 가변적인, 열 교환기.
  6. 청구항 1에 있어서, 제 1 부재와 제 2 부재 중 적어도 하나의 부재의 하나의 치수를 따라 돌출부의 높이는 가변적인, 열 교환기.
  7. 청구항 1에 있어서, 돌출부를 오목부로 체결함으로써, 제 1 릴리프 패턴과 제 2 릴리프 패턴이 협업하는, 열 교환기.
  8. 청구항 1에 있어서, 제 1 릴리프 패턴은, 제 2 릴리프 패턴의 오목부의 경사진 측부와 평행하는 경사진 측부를 갖는 돌출부를 갖는, 열 교환기.
  9. 청구항 1에 있어서, 제 1 릴리프 패턴과 제 2 릴리프 패턴은 평행육면체 구조물들을 갖는, 열 교환기.
  10. 청구항 1에 있어서, 제 1 릴리프 패턴의 돌출부는, 제 1 부재의 나머지 부분을 구성하는 재료와 상이한 열 특성을 보이는 제 1 재료(24; 24h; 24i; 24j)로 덮이는, 열 교환기.
  11. 청구항 1에 있어서, 제 2 릴리프 패턴의 돌출부는 제 2 부재의 나머지 부분을 구성하는 재료와 상이한 열 특성을 보이는 제 2 재료(34; 34h; 34i; 34j)로 덮이는, 열 교환기.
  12. 청구항 1에 있어서, 제 1 부재와 제 2 부재의 재료는 서로 다른 열 특성을 갖는, 열 교환기.
  13. 청구항 1에 있어서, 제 1 부재는 도가니(4) 또는 몰드로 열적 연결(thermally link)되도록 구성되며, 제 2 부재는 냉원(5)으로 열적 연결되도록 구성되는, 열 교환기.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 열 교환기는 도가니와 제 1 부재 사이에 변조될 수 있는 두께의 기체를 포함시키기 위한 제 1 요소, 및 냉원과 제 2 부재 사이에서 변조될 수 있는 두께의 기체를 포함시키기 위한 제 2 요소 중 적어도 하나를 포함하는, 열 교환기.
  15. 청구항 1에 있어서, 제 1 부재 및 제 2 부재 중 적어도 하나의 적어도 하나의 돌출부는, 제 1 부재와 제 2 부재의 특정 상대적 포지션에서, 제 2 부재 및 제 1 부재 중 적어도 하나의 오목부의 하부와 접촉하도록 치수 설정되는, 열 교환기.
  16. 청구항 1에 따르는 열 교환기를 포함하는 반도체 재료의 고체화 및 결정화 중 적어도 한 가지를 위한 시스템.
  17. 청구항 1에 따르는 열 교환기를 이용하여 반도체 재료의 고체화 및 결정화 중 적어도 한 가지를 하기 위한 방법으로서,
    - 제 2 부재에 대해 제 1 부재를 위치 설정하기 위한 단계, 및
    - 교환기의 제 1 부재와 제 2 부재를 통해, 도가니로부터 냉원으로 열을 전달하는 단계
    를 포함하는, 반도체 재료의 고체화 및 결정화 중 적어도 한 가지를 하기 위한 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 위치 설정하기 위한 단계는 상기 열을 전달하는 단계 중에 수행되는, 반도체 재료의 고체화 및 결정화 중 적어도 한 가지를 하기 위한 방법.
  19. 청구항 17 또는 청구항 18에 있어서, 교환기의 교환 계수는 고체화 및 결정화 중 적어도 한 가지의 시작 부분과 종료 부분 사이에서 변하는, 반도체 재료의 고체화 및 결정화 중 적어도 한 가지를 하기 위한 방법.
  20. 청구항 9에 있어서, 평행육면체 구조물들은 동일한 종방향 축을 따라 배치된 구조물인, 열 교환기.
  21. 청구항 10에 있어서, 상기 제 1 부재의 나머지 부분을 구성하는 재료와 상이한 제 1 재료(24; 24h; 24i; 24j)의 열 특성은 단열 특성인, 열 교환기.
  22. 청구항 11에 있어서, 제 2 부재의 나머지 부분을 구성하는 재료와 상이한 제 2 재료(34; 34h; 34i; 34j)의 열 특성은 단열 특성인, 열 교환기.
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