KR101966696B1 - Constructional element lies inside the crucible for enhancing the growth rate of single crystal in solution growth - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상협하광의 관체 형태로 상기 도가니와 동일한 재질로서, 상기 도가니의 하측에 마련되되, 특히 상부 개구가 단결정 시드 방향으로 향하도록 함으로써 단결정 시드에 대한 구조부재 성분의 유량과 공급속도를 증가시켜 단결정을 보다 신속하게 성장시킬 수 있도록 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재를 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 단결정 생성에 참여하는 구조부재 성분을 포함하는 단결정 성장에 필요한 성분의 단결정 시드에 대한 공급량과 공급속도를 크게 제고함으로써 단결정의 성장 속도를 향상시키도록 하는 작용효과가 기대된다.The present invention relates to a crucible-embedded structural member for increasing the single crystal growth rate in the solution growth method, and more particularly, in the form of a tubular body of upper and lower light, the same material as the crucible, and is provided below the crucible, in particular, an upper opening. To provide a crucible-embedded structural member for increasing the single crystal growth rate in a solution growth method in which the flow rate and the feed rate of the structural member components to the single crystal seed are increased by directing the direction toward the single crystal seed. do.
According to the present invention as described above, it is expected that the effect of improving the growth rate of the single crystal by greatly increasing the supply amount and supply rate for the single crystal seed of the component necessary for single crystal growth, including the structural member component participating in the production of single crystal is expected. do.

Description

용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재{Constructional element lies inside the crucible for enhancing the growth rate of single crystal in solution growth}Constructional element lies inside the crucible for enhancing the growth rate of single crystal in solution growth}

본 발명은 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상협하광의 관체 형태로 상기 도가니와 동일한 재질로서, 상기 도가니의 하측에 마련되되, 특히 상부 개구가 단결정 시드 방향으로 향하도록 함으로써 단결정 시드에 대한 구조부재 성분의 유량과 공급속도를 증가시켜 단결정을 보다 신속하게 성장시킬 수 있도록 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재를 제공한다.The present invention relates to a crucible-embedded structural member for increasing the single crystal growth rate in the solution growth method, and more particularly, in the form of a tubular body of upper and lower light, the same material as the crucible, and is provided below the crucible, in particular, an upper opening. To provide a crucible-embedded structural member for increasing the single crystal growth rate in a solution growth method in which the flow rate and the feed rate of the structural member components to the single crystal seed are increased by directing the direction toward the single crystal seed. do.

상부종자용액성장법은, 예를 들어 SiC 단결정을 성장시키고자 하는 경우에 성장시키고자 하는 단결정 시드(seed)를 샤프트(shaft)에 부착한 후 Si 융액내에서 도가니 내벽에서 용출되는 탄소를 원료로 하여 SiC 단결정을 성장시키는 것을 의미한다. 이 방법을 사용하면 전위변환이 잘 일어나고 고품질의 SiC 단결정을 성장시키는데 용이하므로 향후 SiC 단결정 분야에서 매우 기대되는 공정 중 하나로 평가받고 있다. 도 1에서는 이와 같은 상부종자용액성장을 위한 성장 장치를 모식도로 나타내었다. The upper seed solution growth method uses carbon eluted from the inner wall of the crucible in the Si melt after attaching a single crystal seed to be grown on a shaft, for example, to grow SiC single crystal. To grow a SiC single crystal. This method is considered to be one of the very promising processes in the future SiC single crystal field because the potential conversion is easy and it is easy to grow high quality SiC single crystal. 1 shows a growth apparatus for the growth of the upper seed solution as shown in the schematic diagram.

SiC 단결정의 성장을 위해서는 탄소로 이루어진 그라파이트(graphite)를 도가니로 사용하는데, 1700 ~ 1900℃의 고온에서 도가니의 탄소가 Si 융액에 지속적으로 공급되며, Si 융액의 대류에 의하여 탄소가 시드에 지속적으로 공급된다. 이는 도 2의 모식도에 의하여 설명된다.For the growth of SiC single crystals, graphite made of carbon is used as a crucible. At a high temperature of 1700-1900 ° C, carbon in the crucible is continuously supplied to the Si melt, and carbon is continuously supplied to the seed by convection of the Si melt. Supplied. This is illustrated by the schematic diagram of FIG. 2.

이와 같이, Si 융액의 대류에 의하여 탄소가 시드의 표면에 공급되는 경우에는 대류속도가 SiC 단결정의 성장속도에 영향을 미치게 된다. 도 3에서 도시된 바와 같이, Buoyancy 와 Marangoni 대류는 용액에서 온도 구배에 의해 발생하며, Forced 와 Electromagnetic 대류는 공정 조건(Seed 회전 속도, 코일 주파수, 도가니와 코일의 상대적 위치 등)에 의하여 영향을 받는다.In this way, when carbon is supplied to the surface of the seed by convection of the Si melt, the convection rate affects the growth rate of the SiC single crystal. As shown in FIG. 3, Buoyancy and Marangoni convection are caused by temperature gradients in solution, and forced and electromagnetic convection are affected by process conditions (seed rotational speed, coil frequency, crucible and coil relative position, etc.). .

고온에서는 대류현상이 더 활발히 일어나므로 단순히 온도를 높이면 해결될 수 있는 문제이나, 단결정의 성장은 온도조건에 민감하기 때문에 온도를 단순히 상승시킨다고 모든 문제가 해결될 수는 없으며, 동일한 온도조건하에서 대류현상을 보다 원활히 유도하게 되면 단결정의 성장속도에 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상된다. At higher temperatures, convection occurs more actively, which can be solved by simply increasing the temperature.However, simply increasing the temperature cannot solve all problems because the growth of single crystals is sensitive to temperature conditions. It is expected that the more smoothly it can have a positive effect on the growth rate of single crystals.

그러나, 전술한 바와 같은 관점에서의 연구가 구체적으로 이루어진 바 없으며, 특히 도가니의 구조와 관련해서 이와 같은 관점을 제시한 연구가 전무한 실정이다.However, the research from the above point of view has not been made in detail, and in particular, there is no research presenting such a point of view regarding the structure of the crucible.

탄화규소 단결정 성장속도의 향상과 관련하여 대한민국공개특허 제2015-95249호에서는 "탄화규소 단결정 성장 장치"를 개시한 바 있다. In connection with the improvement of the silicon carbide single crystal growth rate, Korean Patent Publication No. 2015-95249 discloses a "silicon carbide single crystal growth apparatus".

동 선행기술은 탄화규소 단결정 성장 장치에 관한 것으로서, 종자정 회전봉을 통해 원활하게 열이 방출되어 탄화규소 종자정 또는 종자정 주위와 용액 내부의 온도 차이인 온도 구배를 증가시켜 탄화규소 단결정의 성장 속도를 증대시킬 수 있는 탄화규소 단결정 성장 장치에 관한 것이다. 동 기술에 의하면 종자정 회전봉을 통해 원활하게 열이 방출되어 탄화규소 종자정 또는 종자정 주위와 용액 내부의 온도 차이인 온도 구배를 증가시켜 탄화규소의 과포화도를 증대시킴으로써 탄화규소 단결정의 성장 속도를 증대시킬 수 있다.The prior art relates to a silicon carbide single crystal growth apparatus, in which heat is smoothly released through a seed crystal rotating rod to increase the temperature gradient, which is the temperature difference between the silicon carbide seed crystal or the seed crystal and the inside of the solution, thereby increasing the growth rate of the silicon carbide single crystal. It relates to a silicon carbide single crystal growth apparatus capable of increasing. According to the technology, heat is smoothly released through the seed crystal rotating rod to increase silicon carbide seed crystals or the temperature gradient, which is the temperature difference between the seed crystals and the inside of the solution, to increase the supersaturation of silicon carbide, thereby increasing the growth rate of silicon carbide single crystals. You can.

그러나, 이는 온도의 관점에 관한 것이며, 종자정 회전봉에 냉매가 유동되도록 하는 것인 바, 온도에 민감한 용액성장법에서 특히 냉매를 이용함으로써 과하게 온도구배가 발생되는 경우 단결정의 품질이 달라질 수 있는 문제가 있다. However, this is related to the point of view of temperature, which is to allow the refrigerant to flow through the seed crystal rotating rod. In the temperature-sensitive solution growth method, in particular, the quality of the single crystal may be changed when excessive temperature gradient occurs by using the refrigerant. There is.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 단결정 생성에 참여하는 구조부재 성분을 포함하여 단결정 성장에 필요한 성분의 단결정 시드에 대한 공급량과 공급속도를 크게 제고함으로써 단결정의 성장 속도를 향상시키도록 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the present invention provides a single crystal by greatly increasing the supply amount and supply rate for the single crystal seed of the component necessary for single crystal growth, including the structural member component participating in the single crystal production. It is an object of the present invention to provide a crucible-embedded structural member for increasing the single crystal growth rate in a solution growth method to improve the growth rate of the same.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 통상의 용액성장장치에 포함되는 도가니의 일측에 구비되며, 도가니의 바닥면을 기준으로 상협하광의 관체형상을 이루고, 도가니에 고정결합되되, 상부 개구가 단결정 시드 방향으로 향하도록 고정결합되는 것을 특징으로 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is provided on one side of the crucible included in the conventional solution growth apparatus, and forms a tubular shape of the upper and lower light beams based on the bottom surface of the crucible, and is fixedly coupled to the crucible, the upper opening being The present invention provides a crucible-embedded structural member for increasing the single crystal growth rate in a solution growth method characterized in that it is fixedly bonded to face the single crystal seed.

상기 구조부재는 도가니의 바닥면에 고정결합되는 것이 바람직하다.The structural member is preferably fixedly coupled to the bottom surface of the crucible.

상기 구조부재에는, 측면의 어느 하나의 지점에서부터 하단에 이르기까지 적어도 외경이 동일하도록 구성되며, 상기 외경이 동일한 영역의 적어도 일부에는 수나사산이 형성되고, 도가니의 하면에는 상기 수나사산에 대응되는 암나사산이 형성되며, 이로써 구조부재가 도가니와 나사결합되는 것이 바람직하다.The structural member is configured so that at least one outer diameter is the same from one point of the side to the lower end, and at least a portion of the region having the same outer diameter is formed with a male thread, and a female screw corresponding to the male thread is provided on the lower surface of the crucible. An acid is formed, whereby the structural member is preferably screwed into the crucible.

상기 암나사산은, 도가니의 하부에 안착홈을 가공하고, 그 안착홈의 측면을 나사가공하여 형성되는 것이 바람직하다.The female thread is preferably formed by processing the mounting groove in the lower portion of the crucible, and screwing the side surface of the mounting groove.

상기 안착홈에는 최대 두께가 상기 구조부재의 외경이 동일한 구간의 높이와 동일하게 가공되며, 상기 외경이 동일한 구간의 내면에 안착되도록 측면 형상과 직경이 정해지는 지지대가 더 포함되는 것이 바람직하다.Preferably, the seating groove further includes a support having a maximum thickness to be processed to be equal to the height of the section having the same outer diameter of the structural member, and having a side shape and a diameter so that the outer diameter is seated on the inner surface of the same section.

상기 지지대는 상기 구조부재와 동일한 성분인 것이 바람직하다.The support is preferably the same component as the structural member.

단결정 성장공정 시작 전에, 상기 구조부재는 그 전체가 용액에 침잠되는 것이 바람직하다.Prior to the start of the single crystal growth process, the structural member is preferably submerged in solution.

상기 도가니는 탄소 도가니이며, 구조부재의 재질 또한 탄소 재질이고, Si 융액에서 SiC 단결정을 성장시키기 위한 용액성장법으로서, 구조부재로부터 공급되는 탄소의 유량을 증대시키고자 하는 것이 바람직하다.The crucible is a carbon crucible, the material of the structural member is also a carbon material, and as a solution growth method for growing SiC single crystal in Si melt, it is preferable to increase the flow rate of carbon supplied from the structural member.

상기 구조부재의 하단에서부터 상단까지의 높이가 용액의 깊이의 1/2 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that the height from the lower end to the upper end of the structural member is at least 1/2 of the depth of the solution.

단결정 성장공정의 종료시에 측정되는 상기 용액의 깊이는 상기 구조부재의 하단에서부터 상단까지의 높이보다 더 큰 것이 바람직하다.The depth of the solution measured at the end of the single crystal growth process is preferably greater than the height from the bottom to the top of the structural member.

구조부재의 상단 홀의 내경은 종자의 직경 이상인 것이 바람직하다.The inner diameter of the top hole of the structural member is preferably at least the diameter of the seed.

구조부재의 하단 홀의 외경은 (도가니 내경 - 종자직경)/2 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that the outer diameter of the lower hole of the structural member is equal to or greater than (the crucible inner diameter-seed diameter) / 2.

상기 구조부재의 측벽과 바닥이 이루는 내각(α)은 45 내지 85°인 것이 바람직하다.It is preferable that the inner angle α formed between the sidewall and the bottom of the structural member is 45 to 85 °.

(도가니 내경 / 용액의 깊이)는 2.5 내지 4인 것이 바람직하다.(Crude inner diameter / depth of solution) is preferably 2.5 to 4.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 단결정 생성에 참여하는 구조부재 성분을 포함하는 단결정 성장에 필요한 성분의 단결정 시드에 대한 공급량과 공급속도를 크게 제고함으로써 단결정의 성장 속도를 향상시키도록 하는 작용효과가 기대된다.According to the present invention as described above, it is expected that the effect of improving the growth rate of the single crystal by greatly increasing the supply amount and supply rate for the single crystal seed of the component necessary for single crystal growth, including the structural member component participating in the production of single crystal is expected. do.

도 1은 상부종자용액성장법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 탄소 도가니에서 상부종자용액성장법을 실행하는 경우 탄소성분의 흐름을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 상부종자용액성장법을 실행하는 경우 융액의 대류과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니에 내장되는 구조부재의 장착과정과 장착후의 도면을 각각 모식도로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조부재가 도가니에 내장되었을 때와 내장되지 아니하였을 때 탄소 농도의 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조부재가 도가니에 내장되었을 때와 내장되지 아니하였을 때 용액의 속도장(velocity field)을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조부재의 치수를 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부종자용액성장법을 실행함에 있어서 탄소 도가니에 내장되는 구조부재를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 대한 각각의 탄소 유량을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부종자용액성장법을 실행함에 있어서 탄소 도가니에 내장되는 구조부재를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 대한 각각의 단결정 성장 속도를 온도를 변수로 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부종자용액성장법을 실행함에 있어서 탄소 도가니에 내장되는 구조부재를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 대한 각각의 단결정 성장 속도 비율을 온도를 변수로 비교하여 나타낸 그래프이다.1 is a schematic diagram for explaining the top seed solution growth method.
Figure 2 is a schematic diagram for explaining the flow of the carbon component when the upper seed solution growth method in the carbon crucible.
Figure 3 is a schematic diagram for explaining the convection process of the melt when the upper seed solution growth method is executed.
Figure 4 is a schematic diagram showing the process of mounting and after the mounting of the structural member embedded in the crucible according to an embodiment of the present invention, respectively.
5 is a graph showing the profile of the carbon concentration when the structural member according to an embodiment of the present invention is embedded in the crucible and not.
6 is a graph showing the velocity field of the solution when the structural member according to an embodiment of the present invention is embedded in the crucible and not.
7 is a schematic view showing the dimensions of the structural member according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a graph showing the comparison of the respective carbon flow rate for the case of using the structural member embedded in the carbon crucible in the upper seed solution growth method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing comparison of single crystal growth rates with temperature as a variable when using a structural member embedded in a carbon crucible when performing the upper seed solution growth method according to an embodiment of the present invention. It is a graph.
Figure 10 compares the temperature of each single crystal growth rate ratio with and without the use of the structural member embedded in the carbon crucible in the upper seed solution growth method according to an embodiment of the present invention The graph shown.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하도록 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the description of the present invention, terms defined are defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a person skilled in the art and the definitions are based on the contents throughout this specification. Will have to be lowered.

본 발명에서는 SiC 단결정의 성장을 위하여 탄소 도가니 및 탄소 구조부재를 사용한 것에 한하여 설명하나, 그 밖의 성분에 관한 단결정 및 도가니도 사용가능하므로, 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.In the present invention, the carbon crucible and the carbon structural member are used for the growth of the SiC single crystal, but the single crystal and the crucible for other components can also be used, and therefore they should not be construed as being limited thereto.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니에 내장되는 구조부재의 장착과정과 장착후의 도면을 각각 모식도로 나타낸 것이다. Figure 4 is a schematic diagram showing the process of mounting and after the mounting of the structural member embedded in the crucible according to an embodiment of the present invention, respectively.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구조부재가 적용되는 도가니는 통상의 용액성장장치에 포함되는 것이다. 본 발명의 구조부재는 상기 도가니의 일측에 구비되며, 도가니의 바닥면을 기준으로 상협하광의 관체형상을 이룬다. As shown in Figure 4, the crucible to which the structural member of the present invention is applied is to be included in a conventional solution growth apparatus. The structural member of the present invention is provided on one side of the crucible, and forms a tubular shape of the upper and lower light beams based on the bottom surface of the crucible.

본 발명에 의한 구조부재를 이용하면, 구조부재의 내면에서 이탈되는 탄소가 빠르게 시드로 공급될 수 있음은 물론, 상부 개구에서의 Si 융액의 유속이 빨라지므로 도가니에서 이탈되는 탄소도 동반하여 시드로 빠르게 공급되도록 하는 장점이 존재한다. 이는 후술하도록 한다.Using the structural member according to the present invention, the carbon released from the inner surface of the structural member can be quickly supplied to the seed, as well as the flow rate of the Si melt in the upper opening is faster, so that the carbon released from the crucible to the seed There is an advantage of fast supply. This will be described later.

본 발명에 의한 구조부재는 도가니에 고정결합되되, 상부 개구가 단결정 시드 방향으로 향하도록 하여 단결정 시드와의 거리를 최대한 가깝게 유지한다.The structural member according to the present invention is fixedly coupled to the crucible, so that the upper opening is directed in the direction of the single crystal seed to keep the distance from the single crystal seed as close as possible.

이를 위하여 간단하게는 상기 구조부재는 도가니의 바닥면에 고정결합되는 것이 바람직하다.For this purpose, the structural member is preferably fixedly coupled to the bottom surface of the crucible.

여기서, 고정결합 방법은 다양하며, 어느 하나의 방법으로 한정되는 것은 아니나, 고온에서 견디는 탄소의 특성을 고려하면 도가니와 구조부재의 결합방식은 기계적 결합방식이 가장 간이하다고 할 것이다.Here, the fixed bonding method is various, and is not limited to any one method, considering the characteristics of carbon to withstand high temperatures, the coupling method of the crucible and the structural member is the simplest mechanical coupling method.

이와 관련하여, 도 4를 참고하면, 본 발명의 구조부재에는, 측면의 어느 하나의 지점에서부터 하단에 이르기까지 적어도 외경이 동일하도록 구성되며, 상기 외경이 동일한 영역의 적어도 일부에는 수나사산이 형성되고, 도가니의 하면에는 상기 수나사산에 대응되는 암나사산이 형성되어 구조부재가 도가니와 기계적 결합인 나사결합되도록 할 수 있다. In this regard, referring to FIG. 4, the structural member of the present invention is configured such that at least one outer diameter is the same from one point of the side to the lower end, and a male thread is formed in at least a portion of the region having the same outer diameter. On the lower surface of the crucible, a female screw thread corresponding to the male screw thread may be formed so that the structural member may be screwed to the crucible by a mechanical coupling.

여기서, 상기 암나사산은, 도가니의 하부에 안착홈을 가공하고, 그 안착홈의 측면 내부를 나사가공하여 형성된다. 따라서, 상기 구조부재의 수나사산을 암나사산에 접촉한 후 회전함으로써 구조부재를 도가니 하부에 장착할 수 있으며, 이로써 구조부재가 고온에서도 도가니에 안정적으로 고정될 수 있다.Here, the female thread is formed by processing the mounting groove in the lower portion of the crucible, and screwing the inside of the side surface of the mounting groove. Therefore, by rotating the male screw thread of the structural member in contact with the female screw thread, the structural member can be mounted under the crucible, whereby the structural member can be stably fixed to the crucible even at a high temperature.

또한, 구조부재의 장착상태에 안정성을 더욱 부여하기 위하여 상기 안착홈에는 최대 두께가 상기 구조부재의 외경이 동일한 구간의 높이와 동일하게 가공되며, 상기 외경이 동일한 구간의 내면에 안착되도록 측면 형상과 직경이 정해지는 지지대를 더 결합한다. 상기 지지대는 구조부재를 도가니의 안착홈 측면 방향으로 가압함으로써 구조부재가 도가니에 더욱 공고히 결합되도록 한다. 물론, 지지대 또한 구조부재와 동일한 재질로 제작되며, 단결정 성장을 위하여 탄소를 공급한다.Further, in order to further provide stability to the mounting state of the structural member, the seating groove is processed to have the maximum thickness equal to the height of the section having the same outer diameter of the structural member, and the side shape and the outer diameter to be seated on the inner surface of the same section. Further join the support of the diameter. The support allows the structural member to be more firmly coupled to the crucible by pressing the structural member toward the seating groove side direction of the crucible. Of course, the support is also made of the same material as the structural member, and supplies carbon for single crystal growth.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 구조부재는 단결정 성장공정의 시작 전에 그 전체가 용액에 침잠되도록 하고 그 이후에 성장공정이 시작되도록 하는 것이 바람직하다.As shown in Figure 4, the structural member is preferably so that the entire submerged in the solution before the start of the single crystal growth process and the growth process starts thereafter.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조부재가 도가니에 내장되었을 때와 내장되지 아니하였을 때 탄소 농도의 프로파일을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the profile of the carbon concentration when the structural member according to an embodiment of the present invention is embedded in the crucible and not.

도시된 바와 같이, 탄소의 농도는 도가니의 다른 부분에서보다 다소간 짙게 표현되고 있다. 이를 토대로 살펴보면, 구조부재가 없는 경우에는 탄소가 주로 도가니의 측면 인근 하부에 분포되는 반면, 구조부재가 있는 경우에는 탄소가 주로 구조부재의 상부이면서 도가니의 측면 인근 상부에 분포되고 있음을 알 수 있다. As shown, the concentration of carbon is somewhat more intense than in other parts of the crucible. Based on this, it can be seen that in the absence of the structural member, carbon is mainly distributed in the lower side near the side of the crucible, whereas in the case of the structural member, the carbon is mainly distributed in the upper part of the structural member and in the upper part near the crucible. .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조부재가 도가니에 내장되었을 때와 내장되지 아니하였을 때 탄소의 속도장(velocity field)을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the velocity field of carbon when the structural member according to an embodiment of the present invention is embedded in the crucible and not embedded therein.

도 6은 도 5에서와 같이 분포되는 탄소의 열유동(electromagnetic convection)시 회전하는 속도를 측정하여 나타낸 것인데, 비교적 고속으로 회전하는 흐름이 분포되는 영역(상부 루프)의 크기가, 구조부재가 없는 경우 보다 구조부재가 존재하는 경우에서 더 큼을 알 수 있다. 따라서, 용액의 상부, 즉 종자와 가까운 영역에서의 탄소의 공급이 보다 더 활발하게 이루어지는 것이다. 특히 이와 같은 경우에는 상부에 분포된 탄소의 흐름(상부 루프)이 하부에 분포된 탄소의 흐름(하부 루프)에 영향을 미치며, 따라서 하부에 분포하는 탄소를 더욱 빨리 끌어드리는 효과가 있으므로, 전체적으로 대류의 속도가 빨라지고, 종자에 탄소를 보다 많이, 그리고 빨리 공급하게 된다. FIG. 6 is a diagram illustrating measurement of the speed of rotation during the electromagnetic convection of carbon distributed as shown in FIG. 5, wherein the size of the region (upper loop) in which the flow of rotation at a relatively high speed is distributed has no structural member. It can be seen that the larger the case when the structural member is present than the case. Thus, the supply of carbon at the top of the solution, i.e., near the seed, is made more active. Particularly in this case, the flow of carbon distributed in the upper part (upper loop) affects the flow of carbon distributed in the lower part (lower loop), and thus has the effect of attracting the carbon distributed in the lower part more quickly. Speeds up, feeds the seed more and faster.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조부재의 치수를 나타내는 모식도이다. 여기서, Φli는 구조부재의 하단 홀 내경, Φlo는 구조부재의 하단 홀 외경, Φsi는 구조부재의 상단 홀 내경, Φso는 구조부재의 상단 홀 외경, Φinner crucible은 도가니 내경, t는 구조부재의 두께이다.7 is a schematic view showing the dimensions of the structural member according to an embodiment of the present invention. Where Φ li is the inner diameter of the lower hole of the structural member, Φ lo is the outer diameter of the lower hole of the structural member, Φ si is the inner diameter of the upper hole of the structural member, Φ so is the outer diameter of the upper hole of the structural member, Φ inner crucible is the crucible inner diameter, t Is the thickness of the structural member.

이 때, 상기 구조부재의 하단에서부터 상단까지의 높이(h)가 용액의 깊이의 1/2 이상인 것이 바람직하다. 만일 1/2 미만인 경우에는 전술한 바와 같은 탄소 농도의 분포를 구현하기 어려우며, 특히 도가니 상부에 분포하는 탄소농도가 작아지고, 그러므로 빠른 흐름속도를 갖는 탄소의 영역이 작아져 그만큼 종자로 공급되는 탄소의 양과 속도가 줄어드는 문제점이 있다. At this time, the height (h) from the lower end to the upper end of the structural member is preferably at least 1/2 of the depth of the solution. If it is less than 1/2, it is difficult to realize the distribution of carbon concentration as described above, and in particular, the carbon concentration distributed on the top of the crucible becomes small, and thus the area of carbon having a fast flow rate becomes small so that the carbon supplied to the seed There is a problem that the amount and speed of the decrease.

또한, 단결정 성장공정의 종료시에 측정되는 상기 용액의 깊이는 상기 구조부재의 하단에서부터 상단까지의 높이보다 더 큰 것이 바람직하다. 만일 용액으로부터 구조부재가 드러나는 경우에는 상광하협의 구조부재 형상을 고려하면 고농도의 상부탄소 영역은 점차 그 크기가 작아질 것이며, 따라서 그만큼 탄소공급량과 탄소공급속도는 줄어들 것으로 예상된다.In addition, the depth of the solution measured at the end of the single crystal growth process is preferably greater than the height from the bottom to the top of the structural member. If the structural member is revealed from the solution, considering the shape of the structural member of the Sangsang River Strait, the high concentration of the upper carbon region will gradually decrease in size, and thus the carbon supply and carbon supply rate are expected to decrease accordingly.

또한, 구조부재의 상단 홀의 내경은 종자의 직경 이상인 것이 바람직하다. 이는 종자의 전 영역에 걸쳐서 탄소의 공급이 균일하게 이루어져야 하기 때문이며, 만일 상단 홀의 내경이 종자의 직경보다 작으면 종자 중 상단 홀 외측에 위치하는 영역과 내측에 위치하는 영역간의 공급의 균일성이 확보되지 아니한다.In addition, the inner diameter of the top hole of the structural member is preferably at least the diameter of the seed. This is because the carbon should be supplied uniformly over the entire area of the seed. If the inner diameter of the top hole is smaller than the diameter of the seed, the uniformity of supply between the area located outside the top hole and the area located inside the seed is ensured. Not.

또한, 구조부재의 하단 홀의 외경은 (도가니 내경 - 종자 직경)/2 이상인 것이 바람직하다. 이는 하부 루프의 크기와 위치가 구조부재에 의해서 제한되도록 하고, 그만큼 상부 루프의 크기를 보다 크게하고 활성화되도록 하기 위한 것으로서, 실험적으로 결정된 것이다. Moreover, it is preferable that the outer diameter of the lower hole of a structural member is (Cruet inner diameter-seed diameter) / 2 or more. This is to experimentally determine the size and position of the lower loop to be limited by the structural member, and to make the size of the upper loop larger and active accordingly.

또한, 상기 구조부재의 측벽과 바닥이 이루는 내각(α)은 45 내지 85°인 것이 바람직하다. 이는 상기 서술된 내용과 마찬가지로 상부 루프의 활성화를 위해서 실험적으로 결정된 값이다.In addition, it is preferable that the inner angle α formed between the sidewall and the bottom of the structural member is 45 to 85 °. This is an experimentally determined value for the activation of the upper loop, as described above.

아울러, (도가니 내경 / 용액의 깊이)는 2.5 내지 4인 것이 바람직한데, 이는 용액 내 대류가 원활히 발생되기 위해서는 위 하한 이상이어야 하며, 난류(turbulent flow)의 발생을 예방하기 위해서는 위 상한 이하이어야 한다. 용액의 깊이는 용액의 표면에서부터 도가니의 바닥면까지의 거리를 의미한다.In addition, it is preferable that (the crucible inner diameter / the depth of the solution) is 2.5 to 4, which must be more than the upper limit for the smooth convection in the solution, and below the upper limit to prevent the occurrence of turbulent flow. . The depth of the solution means the distance from the surface of the solution to the bottom surface of the crucible.

도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 구조부재를 이용하여 SiC 단결정을 성장시키는 경우, 1700, 1800, 1900℃의 온도에서 각각 구조부재 없이 단결정을 성장시킨 경우에 비하여 탄소 유량이 크게 증가한 것을 알 수 있다. 특히 1700℃에서부터 온도가 높아질수록 탄소 유량의 차이가 더 커짐을 알 수 있다.As can be seen in Figure 8, when growing the SiC single crystal using the structural member of the present invention, the carbon flow rate was significantly increased compared to the case of growing the single crystal without the structural member at the temperature of 1700, 1800, 1900 ℃, respectively Able to know. In particular, the higher the temperature from 1700 ℃ it can be seen that the difference in carbon flow rate is larger.

도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 도 8에서 구조부재를 이용하였을 때 탄소 유량이 커진만큼 성장속도도 높게 나타났으며, 도 8에서와 마찬가지로 1700℃로부터 온도가 높아질수록 성장속도차가 더 커짐을 알 수 있다. 그러나, 도 10에서와 같이 구조부재를 사용하였을 때와 사용하지 않았을 때의 성장속도의 비율은 오히려 1700℃에서 가장 컸다(46%). 이는 낮은 온도에서 상대적으로 탄소의 포화도가 낮기 때문인 것으로 판단된다. As can be seen in Figure 9, when using the structural member in Figure 8, the growth rate is also high as the carbon flow rate is increased, as shown in Figure 8, the higher the temperature from 1700 ℃, the higher the growth rate difference Can be. However, as shown in FIG. 10, the ratio of growth rate with and without the structural member was the greatest at 1700 ° C. (46%). This may be due to the relatively low carbon saturation at low temperatures.

이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 안정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention has been described in more detail with reference to the embodiments, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not stabilized by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (14)

통상의 용액성장장치에 포함되는 도가니의 일측에 구비되며,
도가니의 바닥면을 기준으로 상협하광의 관체형상을 이루고, 도가니에 고정결합되되, 상부 개구가 단결정 시드 방향으로 향하도록 고정결합되며,
구조부재의 하단에서부터 상단까지의 높이가 용액의 깊이의 1/2 이상이고,
도가니 내 용액의 상부루프가 하부루프보다 더 커지도록 구현되어, 하부루프에 비하여 종자와 더 가까운 상부루프로부터 탄소의 공급이 이루어져 종자에 대한 탄소공급량과 속도를 제고하는 것을 특징으로 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재.It is provided on one side of the crucible included in the conventional solution growth apparatus,
It forms a tubular shape of the upper and lower light beams based on the bottom surface of the crucible, and is fixedly coupled to the crucible, and fixedly coupled so that the upper opening is directed toward the single crystal seed.
The height from the bottom to the top of the structural member is at least half the depth of the solution,
In the solution growth method, the upper loop of the solution in the crucible is implemented to be larger than the lower loop, so that carbon is supplied from the upper loop closer to the seed than the lower loop, thereby improving the amount and speed of carbon supply to the seed. Crucible built-in structural member for increasing single crystal growth rate. 제1항에 있어서,
상기 구조부재는 도가니의 바닥면에 고정결합되는 것을 특징으로 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재.The method of claim 1,
The structural member is a crucible-embedded structural member for increasing the single crystal growth rate in the solution growth method, characterized in that fixed to the bottom surface of the crucible. 제1항에 있어서,
상기 구조부재에는,
측면의 어느 하나의 지점에서부터 하단에 이르기까지 적어도 외경이 동일하도록 구성되며, 상기 외경이 동일한 영역의 적어도 일부에는 수나사산이 형성되고, 도가니의 하면에는 상기 수나사산에 대응되는 암나사산이 형성되며, 이로써 구조부재가 도가니와 나사결합되는 것을 특징으로 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재.The method of claim 1,
The structural member,
At least a portion from the side to the bottom of the side is configured to have the same outer diameter, at least a portion of the same outer diameter of the male thread is formed, the lower surface of the crucible is formed with a female thread corresponding to the male thread, thereby A crucible built-in structural member for increasing the single crystal growth rate in the solution growth method characterized in that the structural member is screwed with the crucible. 제3항에 있어서,
상기 암나사산은,
도가니의 하부에 안착홈을 가공하고, 그 안착홈의 측면을 나사가공하여 형성되는 것을 특징으로 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재.The method of claim 3,
The female thread acid,
A crucible-embedded structural member for increasing the single crystal growth rate in a solution growth method, characterized in that it is formed by processing the mounting groove in the lower portion of the crucible, and screwed the side of the mounting groove. 제4항에 있어서,
상기 안착홈에는 최대 두께가 상기 구조부재의 외경이 동일한 구간의 높이와 동일하게 가공되며, 상기 외경이 동일한 구간의 내면에 안착되도록 측면 형상과 직경이 정해지는 지지대가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재.The method of claim 4, wherein
The mounting groove has a maximum thickness is processed the same as the height of the section of the same outer diameter of the structural member, the solution is characterized in that it further comprises a support that is determined side shape and diameter so that the outer diameter is seated on the inner surface of the same section Crucible-embedded structural member for increasing the rate of single crystal growth in the growth method. 제5항에 있어서,
상기 지지대는 상기 구조부재와 동일한 성분인 것을 특징으로 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재.The method of claim 5,
The support is a crucible built-in structural member for increasing the single crystal growth rate in the solution growth method, characterized in that the same component as the structural member. 제1항에 있어서,
단결정 성장공정 시작 전에, 상기 구조부재는 그 전체가 용액에 침잠되는 것을 특징으로 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재.The method of claim 1,
Crucible-embedded structural member for increasing the single crystal growth rate in the solution growth method, characterized in that before the start of the single crystal growth process, the structural member is submerged in solution. 제1항에 있어서,
상기 도가니는 탄소 도가니이며, 구조부재, 지지대의 재질 또한 탄소 재질이고, Si 융액에서 SiC 단결정을 성장시키기 위한 용액성장법으로서, 구조부재로부터 공급되는 탄소의 유량을 증대시키고자 하는 것을 특징으로 하는 용액성장법에서 단결정 성장속도를 증가시키기 위한 도가니 내장형 구조부재.The method of claim 1,
The crucible is a carbon crucible, the material of the structural member and the support is also a carbon material, and is a solution growth method for growing SiC single crystals in a Si melt, a solution characterized in that to increase the flow rate of carbon supplied from the structural member Crucible-embedded structural member for increasing the rate of single crystal growth in the growth method. 삭제delete 제1항에 있어서,
단결정 성장공정의 종료시에 측정되는 상기 용액의 깊이는 상기 구조부재의 하단에서부터 상단까지의 높이보다 더 큰 것을 특징으로 하는 도가니 내장형 구조부재. The method of claim 1,
Crucible-embedded structural member, characterized in that the depth of the solution measured at the end of the single crystal growth process is greater than the height from the bottom to the top of the structural member. 제1항에 있어서,
구조부재의 상단 홀의 내경은 종자의 직경 이상인 것을 특징으로 하는 도가니 내장형 구조부재.The method of claim 1,
A crucible built-in structural member, characterized in that the inner diameter of the top hole of the structural member is greater than the diameter of the seed. 제1항에 있어서,
구조부재의 하단 홀의 외경은 (도가니 내경 - 종자직경)/2 이상인 것을 특징으로 하는 도가니 내장형 구조부재.The method of claim 1,
The outer diameter of the lower hole of the structural member is a crucible built-in structural member, characterized in that the (internal crucible-seed diameter) / 2 or more. 제1항에 있어서,
상기 구조부재의 측벽과 바닥이 이루는 내각(α)은 45 내지 85°인 것을 특징으로 하는 도가니 내장형 구조부재.The method of claim 1,
Crucible-embedded structural member, characterized in that the inner angle (α) formed by the side wall and the bottom of the structural member is 45 to 85 °. 제1항에 있어서,
(도가니 내경 / 용액의 깊이)는 2.5 내지 4인 것을 특징으로 하는 도가니 내장형 구조부재.The method of claim 1,
Crucible inner diameter / depth of solution is a crucible-embedded structural member, characterized in that 2.5 to 4.
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