KR102136320B1 - Crystal Growth Apparatus and Forming Method for SiC Single Crystal using the Same - Google Patents
Crystal Growth Apparatus and Forming Method for SiC Single Crystal using the Same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102136320B1 KR102136320B1 KR1020170077972A KR20170077972A KR102136320B1 KR 102136320 B1 KR102136320 B1 KR 102136320B1 KR 1020170077972 A KR1020170077972 A KR 1020170077972A KR 20170077972 A KR20170077972 A KR 20170077972A KR 102136320 B1 KR102136320 B1 KR 102136320B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- crystal
- seed
- melt
- crystal growth
- fixing member
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B35/002—Crucibles or containers
Abstract
본 발명은 실리콘카바이드 단결정을 형성시키는 장치에 관한 것으로, 도가니와 종결정을 고정시킨 상태로 도가니 내로 도입는 침지부를 포함하고 있고, 침지부가 종결정의 상부와 하부를 제외한 나머지 부위를 고정시키도록 구성되어 있어, 이것이 도가니 내에 도입된 상태에서, 종결정의 상부와 하부가 각각 용융액에 접촉되면서, 상부에서의 제 1 결정 성장 및 하부에서의 제 2 결정 성장을 유도하는 결정 형성 장치를 제공한다.The present invention relates to an apparatus for forming a silicon carbide single crystal, wherein the crucible and the seed crystal are fixed, and the introduction into the crucible includes an immersion portion, and the immersion portion is configured to fix the rest of the seed crystal except for the upper and lower portions. There is provided a crystal forming apparatus that induces the first crystal growth at the top and the second crystal growth at the bottom, with the top and bottom of the seed crystals respectively contacting the melt, with this being introduced into the crucible.
Description
본 발명은 결정 형성 장치 및 이를 이용한 실리콘카바이드 단결정의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a crystal forming apparatus and a method of forming a silicon carbide single crystal using the same.
실리콘카바이드(SiC) 단결정은 내마모성 등의 기계적 강도와 내열성 및 내부식성이 우수하여 반도체, 전자, 자동차, 기계 분야 등의 부품소재로 많이 사용되고 있다.Silicon carbide (SiC) single crystal is widely used as a component material in the semiconductor, electronic, automotive, and mechanical fields due to its excellent mechanical strength such as wear resistance, heat resistance, and corrosion resistance.
통상적으로 실리콘카바이드 단결정의 성장을 위해서는, 예를 들어, 탄소와 실리카를 2000도(℃) 이상의 고온 전기로에서 반응시키는 애치슨 방법, 실리콘카바이드를 원료로 하여 2000도(℃) 이상의 고온에서 승화시켜 단결정을 성장시키는 승화법, 결정 인상법(crystal pulling method)을 응용한 용액 성장법 등이 있다. 이외에도, 기체 소스를 사용하여 화학적으로 증착시키는 방법이 사용되고 있다. For growth of silicon carbide single crystals, for example, the Achison method of reacting carbon and silica in a high temperature electric furnace of 2000 degrees (°C) or higher, and using silicon carbide as a raw material to sublimate at a high temperature of 2000 degrees (℃) or higher to obtain a single crystal. There are a sublimation method for growing, a solution growth method using a crystal pulling method, and the like. In addition, chemical vapor deposition methods using gas sources have been used.
그러나 애치슨 방법은 고순도의 실리콘카바이드 단결정을 얻기가 매우 어렵고, 화학적 기상 증착법은 박막으로만 두께가 제한된 수준으로 성장시킬 수 있다. 이에 따라 고온에서 실리콘카바이드를 승화시켜 결정을 성장시키는 승화법에 대한 연구에 집중되어 왔다. 그런데 승화법 역시 일반적으로 2400℃ 이상의 고온에서 이루어지고, 마이크로 파이프 및 적층 결함과 같은 여러 결함이 발생할 가능성이 많아 생산 단가적 측면에서 한계가 있다.However, the Achison method is very difficult to obtain a high-purity silicon carbide single crystal, and the chemical vapor deposition method can grow only to a limited thickness with a thin film. Accordingly, research has been focused on a sublimation method of sublimating silicon carbide at high temperatures to grow crystals. However, the sublimation method is also generally performed at a high temperature of 2400°C or higher, and there is a possibility that various defects such as micro-pipes and lamination defects are likely to occur, thereby limiting production cost.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems requested from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 종결정의 상부와 하부에서 결정 성장이 유도되도록 하여, 결정 성장에 소요되는 시간은 단축하면서도, 결함이 거의 없는 고순도의 실리콘카바이드 단결정을 수득할 수 있는 결정 형성 장치를 제공하는 것이다.Specifically, the object of the present invention is to allow crystal growth at the top and bottom of the seed crystals, thereby reducing the time required for crystal growth, while providing a crystal forming apparatus capable of obtaining high-purity silicon carbide single crystals with few defects. Is to provide.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 결정 형성 장치는,Crystal forming apparatus according to the present invention for achieving this object,
적어도 하나의 실리콘카바이드(SiC) 종결정을 실리콘 및 탄소를 포함한 용융액 내에 침지시킨 상태로, 실리콘카바이드(SiC) 단결정으로 성장시키는 결정 형성 장치에 관한 것으로, A crystal forming apparatus for growing at least one silicon carbide (SiC) seed crystal into a silicon carbide (SiC) single crystal while immersed in a melt containing silicon and carbon,
상기 용융액이 채워지는 도가니; 및A crucible filled with the melt; And
상기 종결정을 고정시킨 상태로 도가니 내로 도입되도록 구성되어 있는 침지부;를 포함하고 있고;And an immersion portion configured to be introduced into the crucible with the seed crystal fixed.
상기 침지부가, The immersion unit,
지면과 평행한 가상의 축을 기준으로 구획되는 종결정의 상부와 하부를 제외한 나머지 부위를 기계적으로 고정시키도록 구성되어 있으며;It is configured to mechanically fix the rest of the seeds except for the upper and lower portions of the seed crystals partitioned based on an imaginary axis parallel to the ground;
도가니 내에 도입된 상태에서, 상기 종결정의 상부와 하부가 각각 용융액에 접촉되어 상기 상부에서의 제 1 결정 성장 및 하부에서의 제 2 결정 성장을 유도하는 것을 특징으로 한다.In the state introduced into the crucible, the upper and lower portions of the seed crystals are respectively contacted with a melt to induce first crystal growth at the top and second crystal growth at the bottom.
즉, 본 발명에 따른 결정 형성 장치는, 종결정의 상부와 하부가 노출되도록 고정시키는 구조를 특징으로 하며, 이러한 구조에 기반하여, 종결정의 상부와 하부에서 각각 제 1 결정 성장과 제 2 결정 성장이 유도됨으로써, 보다 빠른 종결정의 결정 성장 속도를 기대할 수 있다. That is, the crystal forming apparatus according to the present invention is characterized by a structure for fixing the top and bottom of the seed crystal to be exposed, and based on this structure, the first crystal growth and the second crystal growth at the top and bottom of the seed crystal respectively. By being induced, a faster rate of crystal growth of seed crystals can be expected.
본 발명에 따른 결정 형성 장치는 또한, 종결정의 상부에서 결함이 거의 없는 고순도의 단결정을 수득할 수 있는 특별한 효과를 발현하며 이를 달성하기 위한 상세한 구조는 본 발명의 비제한적인 예들을 통해 이하에 구체적으로 설명한다.The crystal forming apparatus according to the present invention also expresses a special effect capable of obtaining a high-purity single crystal with few defects at the top of the seed crystal, and the detailed structure for achieving this is described in detail below through non-limiting examples of the present invention. As described.
하나의 구체적인 예에서, 상기 침지부는, In one specific example, the immersion portion,
상하 축을 따라 운동하고, 상기 축을 기준으로 회전하도록 구성되어 있는 샤프트 부; 및A shaft part configured to move along an up and down axis and rotate about the axis; And
상기 샤프트 부의 하단에 분리 가능한 형태로 결합되어 있고, 적어도 하나의 고정 부재를 포함하며, 상기 고정 부재의 내면 중 적어도 일부에 종결정이 끼워진 상태에서, 종결정을 용융액에 침지시키는 결정 성장부;A crystal growth part coupled to a lower end of the shaft part in a detachable form, including at least one fixing member, and in which a seed crystal is sandwiched in at least a part of an inner surface of the fixing member;
를 포함할 수 있다.It may include.
여기서, 고정 부재에 고정된 상태에서 노출되어 있는 종결정의 전면 중, 지면과 평행한 가상의 축을 기준으로 종결정의 상부와 하부가 구획되며; Here, among the front surfaces of the seed crystals exposed in a state fixed to the fixing member, the upper and lower portions of the seed crystals are divided based on an imaginary axis parallel to the ground;
상기 샤프트 부가 축 회전 할 때, 결정 성장부를 따라 유동하는 용융액의 흐름이 상기 종결정의 상부 전면과 하부 전면에 각각 접하면서, 제 1 결정 성장과, 제 2 결정 성장이 독립적으로 유도될 수 있다.When the shaft part rotates axially, the first crystal growth and the second crystal growth can be induced independently, while the flow of the melt flowing along the crystal growth portion is in contact with the upper front and lower front surfaces of the seed crystal, respectively.
즉, 본 발명에서 종결정의 상부란, 복수의 결정 면들을 포함할 수 있는 종결정에서도 지면과 평행한 가상의 축에 대해 상대적으로 상부 쪽에 위치하는 결정 전면을 의미하고, 상세하게는 종결정이 고정 부재에 장착된 상태에서 상부 중에서도 고정 부재를 통해 상향으로 노출되어 있는 종결정의 전체 결정 면들을 의미한다.That is, in the present invention, the upper part of the seed crystal means a front surface of a crystal positioned at an upper side relative to an imaginary axis parallel to the ground even in a seed crystal that may include a plurality of crystal faces, and in particular, the seed crystal is fixed. Refers to all the crystal faces of the seed crystal that are exposed upward through the fixing member among the upper parts while attached to the member.
마찬가지로, 본 발명에서, 종결정의 하부는, 복수의 결정 면들을 포함할 수 있는 종결정에서도 지면과 평행한 가상의 축에 대해 상대적으로 하부 쪽에 위치하는 결정 전면을 의미하고, 더욱 상세하게는 종결정이 고정 부재에 장착된 상태에서 하부 중에서도 고정 부재를 통해 하향으로 노출되어 있는 종결정의 전체 결정 면들을 의미한다.Likewise, in the present invention, the lower portion of the seed crystal means a crystal front surface located at a lower side relative to an imaginary axis parallel to the ground, and more specifically, the seed crystal which may include a plurality of crystal faces, and more specifically, the seed crystal. In the state attached to this fixing member, it means the entire crystal faces of the seed crystals exposed downward through the fixing member, among the lower parts.
따라서, 비정형으로 연장된 복수의 결정 면들을 포함하는 종결정의 형태일 경우에도, 본 발명에 따른 결정 형성 장치를 이용하는 경우, 종결정의 상부와 하부 각각을 구성하는 결정 면들 전반에서 결정 성장이 유도될 수 있음을 충분히 이해할 수 있다.Therefore, even in the form of a seed crystal including a plurality of crystal faces extending irregularly, when using the crystal forming apparatus according to the present invention, crystal growth can be induced across the crystal faces constituting the top and bottom of the seed crystal respectively. I can fully understand that there is.
결정 성장은 일반적으로 표면적이 상대적으로 넓은 부위에서 용융액이 고상됨에 따라 점진적으로 일어나며, 이를 위해, 종결정은 표면적이 넓은 부위를 가지도록 판형일 수 있고, 고정 부재의 형태, 예를 들어 원형, 다각형, 비정형 등의 구조에 대응하여 다양한 평면상 형상을 가질 수 있다.Crystal growth generally occurs gradually as the melt solidifies at a relatively large surface area, and for this purpose, the seed crystal can be plate-shaped to have a large surface area, and in the form of a fixing member, for example circular, polygonal , It may have a variety of planar shapes corresponding to the structure such as irregular.
이에, 본 발명의 고정 부재는, 상기 형상의 종결정 고정 시, 상부와 하부를 제외한 나머지 부위를 고정하도록 구성된 바, 상기 종결정의 상부와 하부의 결정 면 전체가 그대로 용융액에 노출 및 접촉되며, 이에 따라 상부와 하부 각각에서 결정 성장이 유도될 수 있다. 이는 결정 성장을 종결정의 편향된 일측에서 수행하는 장치와 비교하여 단결정으로의 결정 성장이 현저히 빠르다. Thus, the fixing member of the present invention, when fixing the seed crystals of the shape, configured to fix the rest of the portion except for the top and bottom, the entire crystal surface of the top and bottom of the seed crystal is exposed and contacted with the molten solution as it is, thereby Thus, crystal growth can be induced in each of the upper and lower portions. This shows that the crystal growth into a single crystal is remarkably fast compared to an apparatus in which crystal growth is performed on the deflected one side of the seed crystal.
예를 들어, 종결정의 고정을 위해 접착제를 종결정 상부에 부가하거나, 혹은 상부의 결정 면을 가공하여 샤프트를 끼워 넣는 방식의 경우, 종결정 상부에 위치한 접착제나 샤프트 때문에 결정 성장이 온전히 이루어지지 않지만, 본 발명은 종결정의 하부뿐만 아니라, 상부도 용융액에 완전히 노출되기 때문에, 상, 하 양쪽에서 결정 성장을 유도할 수 있다.For example, in the case of adding an adhesive to the top of the seed crystal for fixing the seed crystal or inserting a shaft by processing the crystal surface on the top, the crystal growth is not completely performed due to the adhesive or the shaft located on the top of the seed crystal. , Since the present invention is completely exposed to the melt as well as the lower portion of the seed crystal, it is possible to induce crystal growth in both upper and lower portions.
이를 달성하기 위한 종결정의 고정 형태는, 본 발명에 따른 고정 부재의 형태에 기인하며, 구체적으로 고정 부재는, 종결정의 상, 하부가 모두 노출되도록 개방된 구조로서, 하나의 예에서, 상기 고정 부재는, 그라파이트 소재의 원형 링이고, 상기 종결정이 원형 링의 내면에 억지끼움 되어 고정되는 방식일 수 있다.The fixed shape of the seed crystal for achieving this is due to the shape of the fixed member according to the present invention, and specifically, the fixed member is an open structure such that both the upper and lower portions of the seed crystal are exposed, and in one example, the fixed member Is a circular ring made of a graphite material, and may be a method in which the seed crystals are fitted and fixed to the inner surface of the circular ring.
또 다른 예에서, 상기 고정 부재는, 소정의 간격으로 서로 이격되어 있으며 지면에 대해 평행한 복수의 지지체들이 원형 링의 내면으로부터 중심 방향으로 연장되어 있는 구조이고;In another example, the fixing member has a structure in which a plurality of supports spaced apart from each other at a predetermined interval and parallel to the ground extend in a central direction from the inner surface of the circular ring;
상기 종결정이 지지체들의 단부 내면에 억지끼움 되어 고정되는 구조일 수 있다.The seed crystal may be a structure that is fixed by being fitted to the inner surface of the end of the support.
이러한 구조에서는 상기 샤프트 부가 축 회전 할 때, 상기 지지체들이 용융액을 교반시킴으로써, 용융액의 신속한 대류를 유도하여 결과적으로 빠른 결정 성장을 유도할 수 있다.In such a structure, when the shaft is axially rotated, the supports may stir the melt, thereby inducing rapid convection of the melt, resulting in rapid crystal growth.
이와는 달리, 상기 고정 부재는, Unlike this, the fixing member,
지면에 대해 평행하고, 소정의 간격으로 서로 이격되어 있는 복수의 지지체들이 원형의 제 1 링의 내면으로부터 중심 방향으로 연장되어 있고, 상기 지지체들의 단부들을 원형으로 연결하는 제 2 링이 상기 단부들에 연결되어 있는 구조이며;A plurality of supports parallel to the ground and spaced apart from each other at predetermined intervals extend in a central direction from the inner surface of the circular first ring, and a second ring connecting the ends of the supports circularly to the ends It is a connected structure;
상기 종결정이 제 2 링의 내면에 억지끼움 되어 고정되고;The seed crystal is clamped and fixed to the inner surface of the second ring;
샤프트 부가 축 회전 할 때, 상기 지지체들이 용융액을 교반시키도록 구성될 수도 있다.When the shaft is axially rotated, the supports may be configured to stir the melt.
이러한 고정 부재는, 하나 또는 둘 이상이 조합되어 결정 성장부를 구성할 수 있으며, 둘 이상일 경우, 고정 부재들이 소정의 간격으로 이격되도록 배열되고, 각 고정 부재들에 종결정들이 고정됨으로써, 복수의 종결정들을 단결정으로 결정 성장시키는 구조 역시 본 발명의 범주 하에 구현될 수 있다.The fixing member may be a combination of one or two or more to form a crystal growth portion, and in the case of two or more, the fixing members are arranged to be spaced apart at predetermined intervals, and seed crystals are fixed to each fixing member, thereby allowing a plurality of species The structure of crystal growth of crystals into single crystals may also be implemented under the scope of the present invention.
이상의 고정 부재는 모두 원형의 링을 포함하는 구조로 이루어져 있으나, 경우에 따라서는 두께가 얇은 종결정의 고정을 위해, 그루브 등의 홈이 형성된 고정 부재도 고려될 수 있다.All of the above fixing members are made of a structure including a circular ring, but in some cases, for fixing a thin seed crystal, a fixing member having grooves such as grooves may be considered.
이에 대한 구체적인 예에서, 상기 결정 형성 장치는, 고정 부재로서, 종결정의 적어도 일부가 삽입되도록, 그것의 외주를 따라 그루브가 형성되어 있는 원통형의 고정 부재들을 적어도 둘 이상 포함할 수 있으며, 상기 고정 부재들은 지면과 평행한 선상에서 서로 이격되도록 배열된 상태에서 샤프트 부에 연결될 수 있다. 이러한 구조의 결정 형성 장치는, 종결정이 고정 부재들의 그루브에 삽입되는 형태로, 종결정을 고정시킬 수 있다. In a specific example of this, the crystal forming apparatus, as a fixing member, may include at least two or more cylindrical fixing members with grooves formed along its outer circumference, such that at least a part of the seed crystal is inserted, and the fixing member They may be connected to the shaft portion in a state arranged to be spaced apart from each other on a line parallel to the ground. The crystal forming apparatus having such a structure can fix the seed crystal in a form in which the seed crystal is inserted into the groove of the fixing members.
상기 고정 부재들을 포함하는 결정 성장부는, 샤프트 부에 결합되는 연결부 및 상기 연결부와 고정 부재 사이에서 이들 각각에 결합되어 있는 복수의 봉상 체결부재들을 더 포함할 수 있다.The crystal growth portion including the fixing members may further include a connecting portion coupled to the shaft portion, and a plurality of rod-like fastening members coupled to each of the connecting portion and the fixing member.
이러한 구조에서는 상기 샤프트 부가 축 회전 할 때, 상기 체결부재들에 유체 저항이 형성되면서, 상기 상부에 접하는 용융액의 흐름 속도가 하부에 접하는 용융액의 흐름 속도 대비 10% 내지 80%로 형성될 수 있다.In this structure, when the shaft is axially rotated, fluid resistance is formed in the fastening members, and the flow rate of the melt contacting the upper portion may be 10% to 80% compared to the flow rate of the melt contacting the lower part.
즉, 종결정의 상부를 흐르는 용융액 흐름은 체결부재들에 의해 낮은 유속을 지니며, 그로 인해, 상부에서의 결정 성장은 다소 느리게 진행되지만, 점진적 결정 성장으로 인한 단차가 상대적으로 넓되, 단차의 개수가 적게 형성되어 두께가 상대적으로 얇을 수 있고, 결정 단차 내에, 빈 공간이 형성될 확률이 현저히 낮다. 다시 말해, 종결정의 상부에서는 매우 매끄러운 결정 표면이 형성될 수 있으며, 이를 본 발명에서는 제 1 결정 성장이라 정의한다. That is, the flow of the melt flowing through the upper portion of the seed crystal has a low flow rate by the fastening members, and thus, the crystal growth at the top proceeds rather slowly, but the step due to the gradual crystal growth is relatively wide, but the number of steps It may be formed less, and the thickness may be relatively thin, and within a crystal step, the probability that an empty space is formed is significantly low. In other words, a very smooth crystal surface may be formed on the top of the seed crystal, which is defined as the first crystal growth in the present invention.
또한, 상기 연결부와 고정 부재는 서로 마주보는 배열 형태를 가지게 되며, 그로 인해, 종결정의 상부를 흐르는 용융액은 연결부와 고정 부재 사이에 설정된 공간에서 상대적으로 일정한 유량으로 유동할 수 있으며, 이 또한, 상기 종결정의 상부에서 점진적 결정 성장을 유도하는 주요한 이점이다. In addition, the connecting portion and the fixing member have an arrangement form facing each other, whereby, the melt flowing through the upper portion of the seed crystal can flow at a relatively constant flow rate in a space set between the connecting portion and the fixing member. It is a major advantage that drives gradual crystal growth on top of seed crystals.
상기 연결부와 고정 부재 사이에 형성되는 용융액의 유량을 조정하도록, 상기 체결부재들의 길이가 소망하는 형태로 구성될 수 있고, 체결부재들의 개수 또한, 상기 용융액의 흐름 속도를 가감하기 위해, 소망하는 개수로 구성될 수 있다.In order to adjust the flow rate of the molten liquid formed between the connecting portion and the fixing member, the length of the fastening members may be configured in a desired shape, and the number of fastening members may also be adjusted to increase or decrease the flow rate of the molten liquid. It can be composed of.
한편, 종결정의 하부에서는 상대적으로 용융액의 흐름 속도가 빠르기 때문에, 결정 성장이 점진적이긴 하지만, 상부와 비교하여 그 속도가 빨라, 단차가 상대적으로 좁고 단차의 개수가 많게 형성되어 상대적으로 두께가 두꺼울 수 있다. 즉, 종결정의 하부에서는 결정 성장이 상당히 빠르게 진행될 수 있으며, 이를 본 발명에서는 제 2 결정 성장이라 지칭한다.On the other hand, since the flow rate of the molten liquid is relatively fast at the bottom of the seed crystal, the crystal growth is gradual, but the speed is fast compared to the top, and the step is relatively narrow and the number of steps is formed, so that the thickness may be relatively thick. have. That is, crystal growth may proceed fairly rapidly at the bottom of the seed crystal, which is referred to as second crystal growth in the present invention.
정리하면, 상기 상부에서의 제 1 결정 성장은, 상대적으로 얇은 제 1 결정 두께와 상대적으로 넓은 제 1 결정 단차를 형성하며;In summary, the first crystal growth at the top forms a relatively thin first crystal thickness and a relatively wide first crystal step;
상기 상부보다 용융액의 흐름 속도가 빠른 하부에서의 제 2 결정 성장은, 상기 제 1 결정 두께보다 상대적으로 두꺼운 제 2 결정 두께와, 상기 제 1 결정 단차 보다 상대적으로 좁은 제 2 결정 단차를 형성할 수 있다.The growth of the second crystal at the lower portion where the flow rate of the molten liquid is faster than the upper portion may form a second crystal thickness that is relatively thicker than the first crystal thickness and a second crystal step that is relatively narrower than the first crystal level. have.
한편, 본 발명에서 샤프트 부는, 실질적으로 결정 성장부를 축 회전시켜, 결정 성장부 주변의 용융액을 대류 시키도록 구성되어 있는 바, 상기 샤프트 부의 회전 속도 역시, 결정 성장에 영향을 미치는 인자라 볼 수 있을 것이다.On the other hand, in the present invention, the shaft portion is configured to substantially rotate the crystal growth portion to convect the melt around the crystal growth portion. As a result, the rotational speed of the shaft portion can also be regarded as a factor affecting crystal growth. will be.
만약, 상기 샤프트 부의 축 회전 속도가 과도하게 빠른 경우, 종결정의 상부와 하부를 흐르는 용융액의 흐름 속도 역시 빨라, 결정 성장이 편향된 부위에서 이루어지면서 매끄러운 결정 표면이 형성되기 어렵고, 반대로 샤프트 부의 축 회전 속도가 과도하게 느린 경우, 소망하는 두께로 결정 성장이 이루어지지 않을 수 있다.If the shaft rotational speed of the shaft portion is excessively fast, the flow rate of the melt flowing through the upper and lower portions of the seed crystals is also fast, and it is difficult to form a smooth crystal surface while crystal growth occurs at a deflected region, and conversely, the shaft rotational speed of the shaft portion When is excessively slow, crystal growth may not be achieved at a desired thickness.
이에, 본 발명의 발명자들이 확인한 바에 따르면, 상기 샤프트 부의 분당 축 회전 속도가 3 rpm 내지 60 rpm 인 경우, 소망하는 수준의 결정 성장이 이루어짐을 확인하였고, 상세하게는 5 rpm 내지 40 rpm 에서 샤프트 부의 축 회전 속도가 가변적 또는 정속적으로 선택될 수 있다.Thus, according to what the inventors of the present invention have confirmed, when the shaft rotational speed per minute of the shaft portion is 3 rpm to 60 rpm, it was confirmed that a desired level of crystal growth was achieved, and specifically, the shaft portion at 5 rpm to 40 rpm. The axial rotational speed can be selected variable or constant.
본 발명에서 상기 용융액은 금속 용융액을 더 포함할 수 있으며, 상기 금속은 예를 들어 크롬, 알루미늄, 티타늄 등일 수 있으나, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the melt may further include a metal melt, and the metal may be, for example, chromium, aluminum, titanium, etc., but is not limited thereto.
본 발명은 또한, 상기 결정 형성 장치를 이용하여 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for obtaining a silicon carbide single crystal using the above crystal forming apparatus.
상기 방법은 구체적으로, 침지부의 결정 생성부에 종결정을 장착하고, 도가니 내에 용융액을 마련하는 과정;Specifically, the method includes the steps of mounting a seed crystal in a crystal generating part of an immersion part and preparing a melt in a crucible;
침지부의 샤프트 부를 하강하여 종결정을 용융액에 침지시키는 과정; 및Descending the shaft portion of the immersion portion to immerse the seed crystal in the melt; And
샤프트 부를 축 회전시켜 종결정의 상부와 하부 각각에 용융액의 흐름을 형성하고, 상부에서의 제 1 결정 성장과, 하부에서의 제 2 결정 성장을 유도하는 과정;A process of inducing a first crystal growth at the top and a second crystal growth at the bottom by forming a flow of the melt on each of the upper and lower portions of the seed crystal by rotating the shaft portion axially;
을 포함할 수 있다.It may include.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 결정 형성 장치는, 종결정의 상부와 하부에서 각각 제 1 결정 성장과 제 2 결정 성장을 유도함으로써, 보다 빠르게 단결정의 수득이 가능하고, 특히, 제 1 결정 성장에서 매끄러운 결정 표면을 형성할 수 있고, 제 2 결정 성장에서, 두꺼운 두께의 결정 형태를 달성할 수 있어, 양품의 제조가 가능한 동시에 제조 공정성이 우수한 장점을 가진다. As described above, the crystal forming apparatus according to the present invention, by inducing the first crystal growth and the second crystal growth at the top and bottom of the seed crystal, respectively, it is possible to obtain a single crystal faster, in particular, the first crystal growth It is possible to form a smooth crystal surface, and in the second crystal growth, it is possible to achieve a crystalline form of a thick thickness, it is possible to manufacture a good product while also having the advantage of excellent manufacturing processability.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 결정 형성 장치의 모식도이다;
도 2는 결정 생성부의 사시도들이다;
도 3은 고정 부재에 종결정이 고정된 형태에 대한 수직 단면도이다;
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 결정 형성 장치를 이용하여 수득된 단결정의 확대 사진이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 결정 형성 장치의 모식도이다;
도 6은 도 5의 구성 중, 고정 부재를 모식적으로 나타낸 평면도이다;
도 7은 또 다른 실시예에 따른 고정 부재를 모식적으로 나타낸 평면도이다;
도 8은 또 다른 실시예에 따른 고정 부재들을 포함하는 결정 성장부의 모식도이다;
도 9는 도 8의 고정 부재의 확대도이다.1 is a schematic view of a crystal forming apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is a perspective view of the crystal generation unit;
3 is a vertical sectional view of a shape in which a seed crystal is fixed to a fixing member;
4 is an enlarged photograph of a single crystal obtained using the crystal forming apparatus shown in FIGS. 1 to 3;
5 is a schematic view of a crystal forming apparatus according to another embodiment of the present invention;
6 is a plan view schematically showing a fixing member in the configuration of FIG. 5;
7 is a plan view schematically showing a fixing member according to another embodiment;
8 is a schematic view of a crystal growth unit including fixing members according to another embodiment;
9 is an enlarged view of the fixing member of FIG. 8.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present description, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to clarify the gist of the present description.
본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 기재가 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In order to clearly describe the description, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar elements throughout the specification. In addition, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, and thus the description is not necessarily limited to what is illustrated.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 결정 형성 장치의 평면 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 결정 생성부의 사시도들이 도시되어 있다.1 is a schematic plan view of a crystal forming apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view illustrating a crystal generating unit of FIG. 1.
이들 도면을 함께 참조하면, 결정 형성 장치(100)는, 용융액(10)이 채워진 도가니(120) 및 종결정(20)을 고정시킨 상태로 도가니(120) 내로 도입되도록 구성되어 있는 침지부(110)를 포함한다. Referring to these drawings together, the
도가니(120)은 그라파이트로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서는 내면에 가열 부재(도시하지 않음)을 추가로 구비할 수 있다.The
침지부(110)는, 상하 축(Y)을 따라 운동하고, 상기 축(Y)을 기준으로 회전하도록 구성되어 있는 샤프트 부(300) 및 결정 성장부(200)를 포함한다. 일 예로서, 샤프트 부(300)는 그라파이트로 이루어질 수 있고, 결정 성장부(200)도 역시 그라파이트로 이루어질 수 있다.The
결정 성장부(200)는 샤프트 부(300)의 하단에 분리 가능한 형태로 결합되는 연결부(220), 고정 부재(230) 및 연결부(220)와 고정 부재(230) 사이에서 이들 각각에 결합되어 있는 복수의 봉상 체결부재(240)들을 포함한다. The
고정 부재(230)는, 도면에서와 같이, 상부와 하부가 모두 개방된 구조의 O-링의 형태로서, 그라파이트 소재의 원형 링으로 이루어져 있다. The fixing
또한, 도 2에서와 같이, 원형 링의 개방된 내면에는, 종결정의 장착 시, 탄성적인 장착이 가능하도록 고무, 고분자 수지 등의 탄성 부재(250)가 부가될 수 있다. In addition, as shown in FIG. 2, an
이 경우, 실질적으로 탄성 부재(250)가 고정 부재(230)의 내면을 이룰 수 있다. 그러나, 이는 하나의 실시 형태로서, 탄성 부재가 원형 링의 개방된 내면에 부가되어 있지 않은 구조 또한, 본 실시예 따른 실시 형태로서 합체된다.In this case, the
종결정(20)은 원형 링의 내면에 밀착되도록 억지끼움 되어 고정되며, 이와 같이 종결정(20)이 고정되면, 도 1에서와 같이 샤프트 부(300)가 운동하여 종결정(20)과 함께 결정 생성부를 용융액(10)에 침지시킨다. The
여기서, 개방된 링의 상면과 하면을 통해 각각 노출되어 있는 종결정(20)의 전면 중, 지면(X)과 평행한 가상의 축(A-A')을 기준으로 종결정(20)의 상부(1)와 하부(2)가 구획된다. Here, among the front surfaces of the
이에 대해서는 도 3 도시된 고정 부재(230)에 종결정이 고정된 형태를 참조하여 상세하게 설명한다.This will be described in detail with reference to the form in which the seed crystal is fixed to the fixing
본 발명에서 종결정(20)의 상부(1)란, 복수의 결정 면들을 포함할 수 있는 종결정(20)에서도 지면과 평행한 가상의 축(A-A')에 대해 상대적으로 상부 쪽에 위치하는 결정 전면을 의미하고, 상세하게는 종결정(20)이 고정 부재(230)에 장착된 상태에서 상부 중에서도 고정 부재(230)의 개방된 부위를 통해 상향으로 노출되어 있는 종결정(20)의 전체 결정 면들을 의미한다.In the present invention, the upper part 1 of the
마찬가지로, 본 발명에서, 종결정(20)의 하부(2)는, 복수의 결정 면들을 포함할 수 있는 종결정(20)에서도 지면과 평행한 가상의 축에 대해 상대적으로 하부(2) 쪽에 위치하는 결정 전면을 의미하고, 더욱 상세하게는 종결정(20)이 고정 부재(230)에 장착된 상태에서 상부 중에서도 고정 부재(230)의 개방된 부위를 통해 하향으로 노출되어 있는 종결정(20)의 전체 결정 면들을 의미한다.Likewise, in the present invention, the lower 2 of the
다시 도 1과 도 2를 참조하면, 샤프트 부(300)가 축 회전 함에 따라, 결정 성장부(200) 주변을 유동하는 용융액(10)의 흐름이 종결정(20)의 상부 전면과 하부(2) 전면에 각각 접하게 되고, 상부(1)에서 제 1 결정 성장 및 하부(2)에서 제 2 결정 성장이 유도된다.Referring back to FIGS. 1 and 2, as the
다만, 샤프트 부(300)가 축 회전 할 때, 체결부재(240)들에 의해 유체 저항이 형성되면서, 종결정(20)의 상부(1)에서 흐르는 용융액(10)의 흐름이 느려진다. 또한, 연결부(220)와 고정 부재(230)는 서로 마주보는 배열 형태를 가지게 되어 종결정(20)의 상부를 흐르는 용융액(10)은 연결부(220)와 고정 부재(230) 사이에 설정된 공간(260)에서 상대적으로 일정한 유량으로 유동하게 된다.However, when the
즉, 종결정(20)의 상부(1)를 흐르는 용융액(10) 흐름은 체결부재(240)들에 의해 낮은 유속과 일정한 유량을 지니며, 그로 인해, 상부(1)에서의 결정 성장은 다소 느리게 진행되지만, 점진적 결정 성장으로 인한 단차가 상대적으로 넓되, 단차의 개수가 적게 형성되어 두께가 상대적으로 얇을 수 있고, 결정 단차 내에, 빈 공간('결함')이 형성될 확률이 현저히 낮다. 정리하면, 종결정(20)의 상부(1)에서는 매우 매끄러운 결정 표면이 형성될 수 있으며, 이것이, 위의 제 1 결정 성장이다.That is, the flow of the
한편, 종결정(20)의 하부(2)에서는 용융액(10)의 흐름에 저항으로 작용하는 것이 없기 때문에 상대적으로 용융액(10)의 흐름 속도가 빠르고 종결정(20)에 접촉되는 용융액(10)의 유량도 일정하지 않은 바, 결정 성장이 점진적이기는 하지만, 상부(1)와 비교하여 그 속도가 빠르다. On the other hand, since there is no acting as a resistance to the flow of the
또한, 단차의 너비가 상대적으로 좁되, 단차 다수가 형성되면서, 종결정(20)의 하부(2)에서 성장한 결정의 총 두께는 상대적으로 두껍다. In addition, although the width of the step is relatively narrow, and a number of steps are formed, the total thickness of the crystal grown in the
정리하면, 종결정(20)의 하부(2)에서는 결정 성장이 상당히 빠르게 진행될 수 있으며, 이것이 위의 제 2 결정 성장이다.In summary, crystal growth can proceed fairly rapidly in the
이와 관련하여, 도 1 내지 도 3에 도시된 결정 형성 장치를 이용하여, 하기 조건 하에, 종결정을 결정 성장시켜 실리콘카바이드 단결정을 수득하였고, 이 실리콘카바이드의 실제 사진을 도 4에 도시하였다. In this regard, using the crystal forming apparatus shown in FIGS. 1 to 3, under the following conditions, seed crystals were grown by crystal to obtain silicon carbide single crystals, and an actual picture of the silicon carbide is shown in FIG. 4.
- 용융액은 크롬 40 at%과 카본 및 실리콘을 포함하였고, 용융액의 온도는 약 1900도(℃)로 유지되었으며, 샤프트 부는 분당 5회 회전하였다.-The melt contained 40 at% chromium and carbon and silicon, and the temperature of the melt was maintained at about 1900 degrees (°C), and the shaft portion was rotated 5 times per minute.
도 4에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 결정 형성 장치를 이용하는 경우, 종결정의 상부와 하부에서 각각 제 1 결정 성장과 제 2 결정 성장을 유도되었음을 알 수 있고, 실리콘카바이드는 상부와 하부에서 각각 다른 결정 면을 가짐을 확인할 수 있다.As can be seen in FIG. 4, when using the crystal forming apparatus according to the present invention, it can be seen that the first crystal growth and the second crystal growth were induced at the top and bottom of the seed crystal, respectively, and the silicon carbide was different at the top and bottom, respectively. It can be seen that it has a crystal plane.
또한, 제 1 결정 성장이 유도된 상부에서 단차 형태는, 하부와 비교하여 면적이 상대적으로 넓고, 단차 개수가 상대적으로 적음을 알 수 있으며, 이에 따라 매끈한 형태임을 육안으로 확인할 수 있다. 이는 앞서 설명한 결정 성장부의 특수한 구조에 기반한다. 뿐만 아니라, 제 1 결정 성장이 유도된 상부에서는 투과 시, 결정면 전반에서 명도 차이가 없음을 확인할 수 있으며, 이는 결정 내에 빈 공간이 형성되지 않았음을 의미한다. In addition, it can be seen that the step shape at the top where the first crystal growth was induced has a relatively large area and a relatively small number of steps as compared to the bottom, and thus it can be visually confirmed that the step shape is smooth. This is based on the special structure of the crystal growth section described above. In addition, it can be confirmed that there is no difference in brightness across the entire crystal plane when transmitted from the upper portion where the first crystal growth is induced, which means that no empty space is formed in the crystal.
한편, 제 2 결정 성장이 유도된 하부에서 단차 형태는, 상부와 비교하여 단차 개수가 상대적으로 많되, 그 면적이 상대적으로 좁음을 알 수 있으며, 즉, 결정 성장이 상대적으로 두껍게 형성되었음을 알 수 있다.On the other hand, the step shape at the bottom where the second crystal growth is induced, the number of steps is relatively large compared to the top, it can be seen that the area is relatively narrow, that is, it can be seen that the crystal growth is formed relatively thick. .
이상과 같이, 본 발명에 따른 결정 형성 장치는, 소망하는 두께의 실리콘카바이드를 수득 하기까지 비교적 단시간이 소요될 수 있으며, 그럼에도 불구하고, 제 1 결정 성장에서 표면이 매끄러워 양질의 실리콘카바이드를 수득할 수 있고, 제 2 결정 성장에서는, 두께가 두꺼운 실리콘카바이드의 결정 형태를 수득할 수 있어, 품질과 결정 량의 두 가지 목적을 모두 달성할 수 있다. 이는 종래에는 존재하지 않았던 신규한 방식과 결과임에 주목해야 한다.As described above, the crystal forming apparatus according to the present invention may take a relatively short time to obtain a silicon carbide of a desired thickness, and nevertheless, in the first crystal growth, the surface is smooth to obtain high quality silicon carbide. In the second crystal growth, it is possible to obtain a crystalline form of a thick silicon carbide, thereby achieving both purposes of quality and crystal amount. It should be noted that this is a new method and result that did not exist in the past.
한편, 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 결정 형성 장치가 모식적을 도시되어 있고, 도 6에는 도 5에서 고정 부재의 평면 모식도가 도시되어 있다.Meanwhile, FIG. 5 schematically shows a crystal forming apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows a schematic plan view of the fixing member in FIG. 5.
도 5에 따른 결정 형성 장치(400)는, 도 1 내지 도 3에서의 그것 구조와 유사하나, 고정 부재(410)가 다른 구조로 이루어져 있다.The
구체적으로 도 5와 도 6를 참조하면, 고정 부재(410)가 지면에 대해 평행하고 소정의 간격으로 서로 이격되어 있는 복수의 지지체들(420)이 원형의 제 1 링(411)의 내면으로부터 중심 방향으로 연장되어 있고, 지지체들(420)의 단부들을 원형으로 연결하는 제 2 링(412)이 상기 단부들(420)에 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다.5 and 6, a plurality of
여기서, 종결정(20)은 제 2 링(412)의 내면에 억지끼움 되어 고정되며, 샤프트 부(300)가 축 회전 하는 경우, 제 2 링(412)과 제 1 링(411)을 서로 연결하는 지지체들(420)은 용융액(10)을 교반시킨다.Here, the
따라서, 도 5에 따른 결정 형성 장치는 지지체들(420)이 용융액(10)의 신속한 대류를 유도하여 결과적으로 빠른 결정 성장을 유도할 수 있다.Accordingly, in the crystal forming apparatus according to FIG. 5, the
또한, 인접한 지지체들(420) 사이에 공간(430)이 형성되고, 이 공간들(430)의 크기, 예를 들어 평면상 면적은 모두 동일할 수 있다. 이는 일정량의 용융액(10)이 위 공간들(430) 상에 머물면서 유동하게 되며, 그에 따라 종결정(20) 하부에서 대류하는 용융액(10) 흐름에 일종의 규칙성을 부여하여, 종결정(20) 상에 무분별한 결정 성장이 이뤄지는 현상을 억제할 수 있다.In addition, a
도 1 내지 도 3의 설명에서와 마찬가지로, 본 실시예에 따른 결정 형성 장치 역시, 종결정의 상부와 하부에서 각각 제 1 결정 성장과 제 2 결정 성장을 유도하도록 구성되어 있음은 물론이며, 그로 인한 장점도 동일할 것이다.As in the description of FIGS. 1 to 3, the crystal forming apparatus according to the present embodiment is, of course, configured to induce first and second crystal growth at the top and bottom of the seed crystal, respectively, and the advantages therefrom Will also be the same.
도 7에는 이상의 고정 부재 구조와 다른 형태의 고정 부재가 도시되어 있다.7 shows a fixing member having a different structure from the above fixing member structure.
도 7을 참조하면, 고정 부재(510)는, 소정의 간격으로 서로 이격되어 있으며 지면에 대해 평행한 복수의 지지체들(520)이 원형 링(512)의 내면으로부터 중심 방향으로 연장되어 있는 구조로 이루어져 있다. Referring to FIG. 7, the fixing
여기서, 종결정(20)이 지지체들(520)의 단부 내면에 억지끼움 되어 고정되며, 샤프트 부(300)가 축 회전 할 때, 지지체들(520)이 용융액(10)을 교반시킬 수 있다.Here, the
도 5에서와 마찬가지로, 지지체들(520)에 의해, 종결정(20) 하부에서 대류하는 용융액(10) 흐름에 일종의 규칙성을 부여될 수 있으며, 이에 따라 종결정(20) 상에 무분별한 결정 성장이 이뤄지는 현상이 억제될 수 있다.As in FIG. 5, by the
도 8에는 또 다른 형태의 고정 부재들을 포함하는 결정 성장부의 모식도가 도시되어 있고, 도 9에는 도 8의 고정 부재의 확대도가 도시되어 있다.FIG. 8 is a schematic view of a crystal growth portion including another type of fixing members, and FIG. 9 is an enlarged view of the fixing member of FIG. 8.
도 8과 도 9를 함께 참조하면, 결정 성장부(600)는 샤프트 부(도시하지 않음)의 하단에 분리 가능한 형태로 결합되는 연결부(610), 연결부(610)의 하단에서 소정의 간격으로 이격되어 결합되어 있는 복수의 봉상 체결부재들(620) 및 봉상 체결 부재들(610) 각각에 연결되는 고정 부재들(630)을 포함하고 있다.Referring to FIGS. 8 and 9 together, the
고정 부재들(630) 각각은, 종결정(20)의 적어도 일부가 삽입되도록, 그것의 외주를 따라 그루브(640)가 형성되어 있는 원통형으로 이루어져 있다. 여기서, 고정 부재들(630)은 각각, 소정의 간격으로 이격되어 있는 봉상의 체결부재들(620)의 하단에 결합되면서, 지면과 평행한 선상에서 서로에 대해 이격되어 있다. Each of the fixing
이러한 구조에서는 종결정(20)이 고정 부재들(630)의 모든 그루브(640)에 삽입되면서, 결정 성장부에 고정된다.In this structure, the
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.In the foregoing, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, the present invention is not limited to the described embodiments, and it is common knowledge in the art that various modifications and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is obvious to those who have it. Therefore, such modifications or variations should not be individually understood from the technical spirit or viewpoint of the present invention, and the modified embodiments should belong to the claims of the present invention.
100: 결정 형성 장치
20: 종결정
10: 용융액
300: 샤프트 부
200: 침지부100: crystal forming device
20: seed crystal
10: melt
300: shaft part
200: immersion
Claims (11)
상기 용융액이 채워지는 도가니; 및
상기 종결정을 고정시킨 상태로 도가니 내로 도입되도록 구성되어 있는 침지부;를 포함하고 있고;
상기 침지부는,
제1 축을 따라 운동하고, 상기 제1 축을 기준으로 회전하도록 구성되어 있는 샤프트부, 및
상기 종결정을 용융액에 침지시키는 결정 성장부를 포함하고,
상기 결정 성장부는 연결부 및 고정 부재를 포함하고,
상기 고정 부재의 내면 중 적어도 일부에 지면과 평행한 제2 축을 기준으로 구획되는 종결정의 상부와 하부를 제외한 나머지 부위를 기계적으로 고정시키도록 구성되어 있고, 상기 제2축은 상기 제1 축과 수직하고,
도가니 내에 도입된 상태에서, 상기 종결정의 상부는 상기 연결부와 상기 고정 부재 사이의 공간에서 유동하는 용융액에 접촉되어 제1 결정 성장이 유도되고, 상기 종결정의 하부는 도가니 내에서 유동하는 용융액에 접촉되어 제2 결정 성장이 유도되고,
상기 제1 결정 성장이 유도된 상부와 상기 제2 결정 성장이 유도된 하부가 상이한 결정 형태를 가지는 결정 형성 장치. A crystal forming apparatus for growing at least one silicon carbide (SiC) seed crystal into a silicon carbide (SiC) single crystal while immersed in a melt containing silicon and carbon,
A crucible filled with the melt; And
And an immersion portion configured to be introduced into the crucible with the seed crystal fixed.
The immersion portion,
A shaft portion configured to move along a first axis and rotate relative to the first axis, and
It includes a crystal growth portion for immersing the seed crystal in the melt,
The crystal growth portion includes a connecting portion and a fixing member,
It is configured to mechanically fix the remaining portions except for the upper and lower portions of the seed crystals partitioned on the second axis parallel to the ground on at least a part of the inner surface of the fixing member, and the second axis is perpendicular to the first axis. ,
In the state introduced into the crucible, the upper portion of the seed crystal is brought into contact with the molten liquid flowing in the space between the connecting portion and the fixing member, so that the first crystal growth is induced, and the lower portion of the seed crystal is brought into contact with the molten liquid flowing in the crucible. Second crystal growth is induced,
A crystal forming apparatus having a different crystalline form between the upper portion where the first crystal growth is induced and the lower portion where the second crystal growth is induced.
상기 고정 부재에 고정된 상태에서 노출되어 있는 종결정의 전면 중, 지면과 평행한 상기 제2 축을 기준으로 종결정의 상부와 하부가 구획되고;
상기 샤프트 부가 축 회전 할 때, 결정 성장부를 따라 유동하는 용융액의 흐름이 상기 종결정의 상부 전면과 하부 전면에 각각 접하면서, 상기 제1 결정 성장과, 상기 제2 결정 성장이 독립적으로 유도되는 결정 형성 장치. According to claim 2,
Among the front faces of the seed crystals exposed in a state fixed to the fixing member, the upper and lower portions of the seed crystals are divided based on the second axis parallel to the ground;
When the shaft is axially rotated, while the flow of the molten liquid flowing along the crystal growth portion is in contact with the upper and lower front surfaces of the seed crystal, respectively, the first crystal growth and the second crystal growth are independently induced crystal formation Device.
상기 결정 성장부는 상기 연결부와 상기 고정 부재 사이에서 이들 각각에 결합되어 있는 복수의 봉상 체결부재들을 더 포함하고 있고;
상기 샤프트 부가 축 회전 할 때, 상기 체결부재들에 유체 저항이 형성되면서, 상기 상부에 접하는 용융액의 흐름 속도가 하부에 접하는 용융액의 흐름 속도 대비 10% 내지 80%로 형성되는 결정 형성 장치.According to claim 3,
The crystal growth portion further includes a plurality of rod-shaped fastening members coupled to each of these between the connecting portion and the fixing member;
When the shaft is axially rotated, while the fluid resistance is formed in the fastening members, the flow rate of the melt contacting the upper portion is 10% to 80% compared to the flow rate of the melt contacting the lower part.
상기 상부에서의 제 1 결정 성장은, 제 1 결정 두께와 제 1 결정 단차를 형성하는 결정 형태를 가지며;
상기 상부보다 용융액의 흐름 속도가 빠른 하부에서의 제 2 결정 성장은, 상기 제 1 결정 두께보다 두꺼운 제 2 결정 두께와, 상기 제 1 결정 단차보다 좁은 제 2 결정 단차를 형성하는 결정 형태를 가지는 결정 형성 장치.The method of claim 4,
The first crystal growth at the top has a crystalline form forming a first crystal thickness and a first crystal step;
The second crystal growth in the lower portion where the flow rate of the melt is faster than the upper portion is a crystal having a second crystal thickness thicker than the first crystal thickness and a crystal form forming a second crystal step narrower than the first crystal step Shaping device.
상기 종결정이 지지체들의 단부 내면에 억지끼움 되어 고정되며;
상기 샤프트 부가 축 회전 할 때, 상기 지지체들이 용융액을 교반시키는 결정 형성 장치.According to claim 2, The fixing member is a structure spaced apart from each other at a predetermined interval and parallel to the ground a plurality of supports extending from the inner surface of the circular ring to the center direction;
The seed crystals are fitted and fixed to the inner surfaces of the ends of the supports;
When the shaft is axially rotated, the support is a crystal forming apparatus for stirring the melt.
지면에 대해 평행하고, 소정의 간격으로 서로 이격되어 있는 복수의 지지체들이 원형의 제 1 링의 내면으로부터 중심 방향으로 연장되어 있고, 상기 지지체들의 단부들을 원형으로 연결하는 제 2 링이 상기 단부들에 연결되어 있는 구조이며;
상기 종결정이 제 2 링의 내면에 억지끼움 되어 고정되고;
상기 샤프트 부가 축 회전 할 때, 상기 지지체들이 용융액을 교반시키는 결정 형성 장치. According to claim 2, The fixing member,
A plurality of supports parallel to the ground and spaced apart from each other at predetermined intervals extend in a central direction from the inner surface of the circular first ring, and a second ring connecting the ends of the supports circularly to the ends It is a connected structure;
The seed crystal is clamped and fixed to the inner surface of the second ring;
When the shaft is axially rotated, the support is a crystal forming apparatus for stirring the melt.
종결정의 적어도 일부가 삽입되도록, 그것의 외주를 따라 그루브가 형성되어 있는 원통형의 고정 부재를 적어도 둘 이상 포함하고 있고;
상기 고정 부재들이 지면과 평행한 선상에서 이격되도록 배열된 상태에서 상기 샤프트 부에 연결되어 있으며;
상기 종결정이 고정 부재들의 그루브에 삽입되는 형태로, 종결정을 고정시키는 결정 형성 장치.According to claim 2,
At least two cylindrical fixing members having grooves formed along its outer circumference so that at least a portion of the seed crystal is inserted;
The fixing members are connected to the shaft part in a state arranged to be spaced apart on a line parallel to the ground;
A crystal forming apparatus for fixing a seed crystal in the form in which the seed crystal is inserted into a groove of the fixing members.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170077972A KR102136320B1 (en) | 2017-06-20 | 2017-06-20 | Crystal Growth Apparatus and Forming Method for SiC Single Crystal using the Same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170077972A KR102136320B1 (en) | 2017-06-20 | 2017-06-20 | Crystal Growth Apparatus and Forming Method for SiC Single Crystal using the Same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180137981A KR20180137981A (en) | 2018-12-28 |
KR102136320B1 true KR102136320B1 (en) | 2020-07-21 |
Family
ID=65008426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170077972A KR102136320B1 (en) | 2017-06-20 | 2017-06-20 | Crystal Growth Apparatus and Forming Method for SiC Single Crystal using the Same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102136320B1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000169292A (en) * | 1998-12-02 | 2000-06-20 | Canon Inc | Method for producing semiconductor thin film and device for producing semiconductor thin film |
JP2003292394A (en) | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Canon Inc | Liquid phase-growing method and liquid phase-growing apparatus |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4225296B2 (en) * | 2005-06-20 | 2009-02-18 | トヨタ自動車株式会社 | Method for producing silicon carbide single crystal |
KR101747686B1 (en) * | 2015-10-29 | 2017-06-15 | (주) 세라컴 | Crucible for growing a single crystal and method for attaching a seed crystal for growing a single crystal using the crucible |
-
2017
- 2017-06-20 KR KR1020170077972A patent/KR102136320B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000169292A (en) * | 1998-12-02 | 2000-06-20 | Canon Inc | Method for producing semiconductor thin film and device for producing semiconductor thin film |
JP2003292394A (en) | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Canon Inc | Liquid phase-growing method and liquid phase-growing apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20180137981A (en) | 2018-12-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105518189B (en) | The method and utensil of bulk silicon carbide are produced using silicon carbide crystal seed | |
KR101657018B1 (en) | APPARATUS FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL AND METHOD FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL | |
TWI654346B (en) | Method for producing large pieces of niobium carbide | |
KR20180120076A (en) | METHOD FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL AND PRODUCTION DEVICE | |
WO2012176647A1 (en) | Apparatus for producing sic single crystal by solution growth method, method for producing sic single crystal using apparatus for producing sic single crystal by solution growth method, and crucible used in apparatus for producing sic single crystal by solution growth method | |
JP6887174B2 (en) | Methods and Equipment for Producing Bulk Silicon Carbide from Silicon Carbide Precursors | |
JP2008105896A (en) | METHOD FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL | |
CN110878430A (en) | Apparatus for producing bulk silicon carbide | |
EP2775015B1 (en) | SiC SINGLE CRYSTAL MANUFACTURING METHOD | |
JP5953884B2 (en) | Method for producing sapphire single crystal | |
JP2013209257A5 (en) | ||
KR102136320B1 (en) | Crystal Growth Apparatus and Forming Method for SiC Single Crystal using the Same | |
JP5828810B2 (en) | SiC single crystal manufacturing apparatus used in solution growth method, crucible used in the manufacturing apparatus, and SiC single crystal manufacturing method using the manufacturing apparatus | |
KR101707350B1 (en) | APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SiC SINGLE CRYSTAL | |
JP7054934B2 (en) | Bulk Silicon Carbide with Low Defect Density | |
KR20170068554A (en) | SiC SINGLE CRYSTAL MANUFACTURING APPARATUS USING SOLUTION GROWTH METHOD, AND CRUCIBLE TO BE USED IN SiC SINGLE CRYSTAL MANUFACTURING APPARATUS USING SOLUTION GROWTH METHOD | |
JP2007099579A (en) | Crystal production method and its apparatus | |
JP4408148B2 (en) | Single crystal manufacturing method and apparatus therefor | |
KR102479333B1 (en) | Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal and manufacturing method of silicon carbide single crystal | |
KR102479334B1 (en) | Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal and manufacturing method of silicon carbide single crystal | |
KR100749936B1 (en) | Silicon single crystal ingot and fabrication method of the same | |
TWM484459U (en) | A stirring apparatus of ingot casting furnaces | |
KR20210004200A (en) | Manufacturing apparatus for siliconcarbide single crystal | |
KR102665191B1 (en) | Single crystal growth device and single crystal growth method of using the same | |
KR102643619B1 (en) | Single crystal growth device |
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 |