KR102143600B1 - 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법 - Google Patents

내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102143600B1
KR102143600B1 KR1020180136069A KR20180136069A KR102143600B1 KR 102143600 B1 KR102143600 B1 KR 102143600B1 KR 1020180136069 A KR1020180136069 A KR 1020180136069A KR 20180136069 A KR20180136069 A KR 20180136069A KR 102143600 B1 KR102143600 B1 KR 102143600B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
melt
crucible
concave groove
measuring
Prior art date
Application number
KR1020180136069A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200052723A (ko
Inventor
정성민
이명현
배시영
신윤지
Original Assignee
한국세라믹기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국세라믹기술원 filed Critical 한국세라믹기술원
Priority to KR1020180136069A priority Critical patent/KR102143600B1/ko
Publication of KR20200052723A publication Critical patent/KR20200052723A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102143600B1 publication Critical patent/KR102143600B1/ko

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
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • 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
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • 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
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/36—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G01K1/143—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations for measuring surface temperatures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부종자용액성장법을 시행하기 위하여 도가니에 성장원료 용융액을 수용하는 단계; 상기 용융액상에 구조물을 부유시키는 단계; 상기 용융액을 가열하여 구조물 표면의 온도를 측정하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 상부종자용액성장법에서 용융액 표면에 그라파이트 소재의 구조물을 설치하여 용융액으로부터 열전도를 받아 발색하는 그라파이트 소재의 바닥면의 온도를 측정함으로써 용융액 표면의 온도를 최소 오차범위내에서 측정할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법{The melt temperature measuring method in solution growth method using the groove shaped crucible}
본 발명은 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법에 관한 것으로서, 용액성장법의 수행 과정에서 공기 중에 노출된 표면의 온도를 최소한의 오차 범위에서 측정하는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 상부종자용액성장법을 시행하기 위하여 도가니에 성장원료 용융액을 수용하는 단계; 상기 용융액상에 구조물을 부유시키는 단계; 상기 용융액을 가열하여 구조물 표면의 온도를 측정하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법을 제공한다.
SiC 단결정 성장을 위한 상부종자용액성장법(Top seeded solution growth)은 고품질의 종자 결정을 그라파이트 재질의 수직축에 부착한 후 용융액에 침전시켜서 결정을 성장하는 초크랄스키법과 유사하다.
용액성장법은 대체로 성장로 상하부에 각각 파이로메터기(pyrometer)를 장착하여 흑체복사 원리를 통해 도가니 최하단부와 용융액 표면을 동시에 측정할 수 있도록 하는데, 이는 실제 성장이 발생하고 또한 직접적인 영향을 미치는 핫존의 온도분포 및 온도구배를 측정하여 정상적인 결정성장에 요구되는 조건을 적절히 제어하기 위한 것이다.
성장로 상부에 장착된 파이로메터기는 대체로 용액의 표면 온도를 발열색을 통해 흑체복사 원리로 측정할 수 있는데, 고온에서 완전히 용융된 액체의 표면은 거울과 같아서 용융액 상부를 단열하는 그라파이트 덮개 또는 그라파이트 단열재 등 색이 검은 물질의 상이 관찰하는 각도에 따라서 반사되는 경우가 발생되기 때문에 용융액 표면의 온도를 간접적으로 나타내는 발열색이 불균일하게 보일 수 있으며, 결과적으로 파이로메터기로 용융액 표면의 온도 측정시 측정 위치에 따라서 온도 편차가 매우 크게 발생하는 문제를 초래할 수 있다.
실제 측정 결과, 위치에 따라 발색이 백색광에 가까운 가장 밝은 영역에서 가장 어두운 영역 대비로 최대 200℃ 이상의 차이가 발생하는 것으로 알려져 있다.
따라서, 이와 같이 온도편차가 매우 크게 발생되는 경우에는 정상적인 결정성장에 요구되는 조건을 제어하기 어려우며, 이 경우 단결정의 품질에 좋지 못한 영향을 미칠 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 대한민국등록특허 제1339147호에서는 "잉곳 제조 장치"를 개시하고 있는데, 본 선행기술은 도가니 측면의 온도를 측정하여 용액의 온도를 간접적으로 유추하는 것으로서 노출이 거의 없는 용액 상부를 통해 온도를 측정할 수 없기 때문에 도가니 측면을 감싸는 실드에 홀을 만들고 그 틈으로 온도를 측정하는 장치, 즉, 도가니 외부면을 감싸는 실드에 온도 측정부 역할을 하는 홀 구조를 만들고, 구조물 내부로 가스 침투를 막는 부재(브라켓, 투명창 등)에 대한 기술적 사상을 제시하고 있다. 동 선행기술과 같이 도가니 측면의 온도를 측정하는 방식은 석영과 같이 도가니가 원료의 일부로 이용되지 않는 결정 용액성장시 가능한 방식이며, 도가니가 주 원료의 일부로 소모되는 단결정 성장의 경우에서는 차용되기 어려운 문제점이 있다.
대한민국공개특허 제2012-0149792호 대한민국등록특허 제1339147호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 용융액 표면에 그라파이트 소재의 구조물을 설치하여 용융액으로부터 열전도를 받아 발색하는 그라파이트 소재의 바닥면의 온도를 측정함으로써 용융액 표면의 온도를 최소 오차범위내에서 측정할 수 있는 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 구조물을 통해 용액 상부 온도를 측정하는 것으로서 용융액 상부 온도를 최소 오차범위로 측정함으로써 용융액 상하부 온도차를 결정성장에 유리한 조건으로 유지 및 제어하도록 하는 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 상대적으로 간접열 발생정도가 적어서 도가니 부식 정도가 미비한 도가니 하단부~상부에 노출된 용융액 표면부의 온도를 측정하는 것을 기본으로 한다.
또한, 본 발명은 도가니의 내면 중 일부에 요입홈을 형성하고, 수용되는 용융액의 표면이 요입홈의 하단 모다 아래에 위치되도록 함으로써, 가열과정에서 구조물과 도가니 사이에 위치하는 용융액이 도가니의 표면을 따라서 상승할 때, 요입홈에 의해 더 이상의 상승이 제어되도록 하는 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 상부종자용액성장법을 시행하기 위하여 도가니에 성장원료 용융액을 수용하는 단계; 상기 용융액상에 구조물을 부유시키는 단계; 상기 용융액을 가열하여 구조물 표면의 온도를 측정하는 단계;를 포함하여 구성되되, 상기 도가니의 내부에는 요입홈이 형성되며, 상기 용융액은 그 상면이 상기 요입홈의 하단보다 아래에 위치되도록 수용되는 것을 특징으로 하는 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법을 제공한다.
상기 요입홈의 상단 첨부 또는 가상의 상단 첨부에서 요입홈 방향과 도가니 표면 방향사이에서 측정되는 각도는 60도 내지 90도인 것이 바람직하다.
상기 요입홈의 하단 첨부 또는 가상의 하단 첨부에서 요입홈 방향과 도가니 표면방향사이에서 측정되는 각도는 90도 미만인 것이 바람직하다.
상기 구조물은 그라파이트 구조물인 것이 바람직하다.
상기 용융액상에 부유된 그라파이트 구조물은 보트의 형태인 것이 바람직하다.
상기 용융액상에 부유된 구조물 표면의 온도 측정시 온도 측정 지점은 상기 구조물과 상기 용융액이 접하는 영역과 인접한 지점인 것이 바람직하다.
상기 구조물 표면의 온도를 측정하는 단계; 이후에, 상기 구조물 표면의 동일 지점에 대한 온도를 반복해서 측정하고, 발열이 가장 강한 밝은색의 온도를 동일한 횟수만큼 반복해서 측정한 후 그 평균오차를 도출하여 저장하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 평균오차를 도출하여 저장하는 단계; 이후에 상기 평균오차를 기준으로 하여, 향후 측정된 구조물의 온도로부터 용융액 표면의 온도를 보정하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 전술한 바와 같이 용융액 표면의 온도를 측정하기 위하여 보트 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 용융액 표면 온도 측정용 구조물을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 상부종자용액성장법에서 용융액 표면에 그라파이트 소재의 구조물을 설치하여 용융액으로부터 열전도를 받아 발색하는 그라파이트 소재의 바닥면의 온도를 측정함으로써 용융액 표면의 온도를 최소 오차범위내에서 측정할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 구조물을 통해 용액 상부 온도를 측정하는 것으로서 용융액 상부 온도를 최소 오차범위로 측정함으로써 용융액 상하부 온도차를 결정성장에 유리한 조건으로 유지 및 제어하도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 도가니의 내면 중 일부에 요입홈을 형성하고, 수용되는 용융액의 표면이 요입홈의 하단 모다 아래에 위치되도록 함으로써, 가열과정에서 구조물과 도가니 사이에 위치하는 용융액이 도가니의 표면을 따라서 상승할 때, 요입홈에 의해 더 이상의 상승이 제어되도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 보트형태의 구조물을 용융액에 부유시킨 것을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 보트형태 구조물과 도가니 사이에서 모세관력에 의하여 용액이 상승하는 것을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 보트형태의 구조물과 도가니 사이에서 모세관력에 의하여 용액이 상승하다가 요입홈에서 상승이 제한되는 것을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 보트형태의 구조물에서 요입홈의 각 첨부가 이루는 다양한 각도와 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 보트형태의 구조물에서 요입홈의 각 첨부가 이루는 다양한 각도와 형태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 도가니에서, 요입홈의 상단첨부가 (a) 60도~90도 사이의 각도를 이루는 경우, (b) 60도 미만의 각도를 이루는 경우를 각각 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 도가니 내측에 형성되는 구조물인 돌설물의 실시형태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 보트(190)형태의 구조물을 용융액에 부유시킨 것을 나타내는 모식도이다.
도시된 바와 같이, 보트(190)형태의 구조물은 용융액상에 부유된 상태로 존재하였으며, 따라서 구조물의 온도를 측정하기 용이하게 구성되었다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 보트(190) 형태의 구조물은 결정시드(150)를 지지하고 있는 지지봉(130)과 도가니(110) 사이에 위치하며, 상기 보트(190) 위에는 열전대(170)가 보트(190)의 내부까지 연장되어 보트(190)의 내부 표면온도를 측정하게 된다.
이와 같은 보트(190)형태의 구조물을 사용했는지의 여부에 따라서 용융액 표면온도를 측정하였으며, 이를 아래 표로 나타내었다.
일련번호 보트(190) 사용여부 용융액 표면온도(℃) 도가니(110) 하부온도(℃)
1 × 1700~1920 1904~1907
2 ○ (1) 1810
(2) 1955
(3) 1960
3 ○ (1) 1770
(2) 1969
(3) 1977
여기서, (1)은 용융액 표면에서 상대적으로 어두운 영역의 온도를, (2) 그라파이트 보트(190)의 바닥 온도를,(3) 그라파이트 보트(190) 바깥 용융액 표면 중에서 가장 백색광에 가까운 영역의 온도를 각각 나타낸다. 위 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 그라파이트 보트(190) 구조물을 사용하기 전에 측정된 용융액 표면 온도는 최저 1700℃, 최고 1920℃로서, 약 220℃의 편차를 나타내어 측정 온도의 신뢰도가 매우 낮았다.
그러나, 그라파이트 보트(190) 구조물을 사용한 경우에는 그라파이트 보트(190) 구조물 바닥 온도 ~ 용융액 표면 중에서 가장 백색광에 가까운 영역간의 온도차이 약 5℃(최대 8℃)에 불과하였다.
즉, 그라파이트 소재의 구조물을 이용하여 용융액 표면의 온도 편차를 측정한 결과, 구조물 표면에서는 측정 위치에 따른 온도편차가 거의 없었으며, 용융액의 자유 표면(발열이 가장 강한 밝은색 영역) 온도와 비교했을 때에도 매우 적은 온도차를 보이는 것으로 보아, 그라파이트 구조물을 사용하여 간접적으로 용융액 표면 온도를 측정하는 것이 효과적인 방법임이 입증되었다.
본 발명의 온도 측정 과정은 아래와 같다.
본 발명의 용융액 표면 온도 측정방법은 전체적으로, 상부종자용액성장법을 시행하기 위하여 도가니(110)에 성장원료 용융액을 수용하는 단계; 상기 용융액상에 구조물을 띄우거나 상기 도가니(110)의 내측에 설치하는 단계; 상기 용융액을 가열하여 구조물 표면의 온도를 측정하는 단계;를 포함하여 구성된다.
도가니(110)에 실리콘 등 용융액 기본 금속재료를 채운 후 그 위에 그라파이트 보트(190) 구조물을 얹어두고 고온으로 가열하면 구조물이 밀도차이에 의해 용융액 밑으로 가라앉지 않고 표면에 부유하였다.
이 때, 구조물의 무게가 무겁지 않게 도가니(110) 규격 및 용융액 밀도를 고려하여 크기를 결정해야 하며, 또한 구조물의 벽 두께가 너무 두텁지 않도록 해야하지만, 너무 얇으면 오히려 용융액과 반응하여 깨질 수 있으니 적정 두께를 갖도록 고려해야 한다. 바람직한 두께범위로는 보트(190) 형태의 구조물의 경우 벽면 및 바닥면의 두께가 3mm ~ 7mm이며, 3mm 미만의 경우에는 용융액(융체)과 접하는 바닥면이 용융액에 의하여 부식되어 천공이 발생되며, 7mm를 초과하는 경우에는 보트(190)의 중량으로 인하여 쉽게 가라앉게되므로 위 수치는 그 임계적 의의가 있다.
한편, 용융액 표면온도 측정의 편의성을 제공하기 위하여 다음과 같은 단계를 더 부가할 수 있으며, 이는 제어수단 또는 컴퓨터 단말기 등을 이용하여 수행될 수 있다.
즉, 상기 구조물 표면의 온도를 측정하는 단계; 이후에, 상기 구조물 표면의 동일 지점에 대한 온도를 반복해서 측정하고, 발열이 가장 강한 밝은색의 온도를 동일한 횟수만큼 반복해서 측정한 후, 양 측정온도 각각에 대한 차이를 산출하고, 그 차이의 평균값을 도출하여 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이후에, 상기 차이의 평균값을 도출하여 저장하는 단계; 이후에 상기 차이의 평균값을 기준으로 하여, 향후 측정된 구조물의 온도로부터 용융액 표면의 온도를 보정하는 단계;를 수행할 수 있다.
즉, 이와 같은 차이의 평균값을 저장하면, 향후에 구조물의 온도를 측정하였을 때, 용융액의 표면온도를 estimation할 수 있다. 물론, 보다 정확한 값을 측정하기 위해서는 위 단계를 거치지 않고 구조물의 표면온도와 용융액 표면의 발열이 가장 강한 밝은색의 온도를 측정하여 비교한 후 용융액 표면온도를 확정할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 보트(190)형태 구조물과 도가니(110) 사이에서 모세관력에 의하여 용액이 상승하는 것을 나타내는 모식도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 구조물을 도가니(110) 내부에 도입하는 경우, 구조물이 도가니(110) 내면과 인접하게 되면, 가열 등의 경우나, 그 밖의 경우, 도가니(110) 내벽과 구조물의 외벽사이에 작용하는 모세관 현상에 의하여 용융액이 그 사이로 상승하는 경향을 보인다. 이는 구조물을 도입할 때, 주의하여야 하는 요소이며, 이에 대한 대응방안이 필요하다. 그렇지 않으면 도가니(110) 밖으로 용융액이 유출될 위험성이 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 보트(190)형태의 구조물과 도가니(110) 사이에서 모세관력에 의하여 용액이 상승하다가 요입홈에서 상승이 제한되는 것을 나타내는 모식도이다.
도시된 바와 같이, 도가니(110)의 내면 일측에는 요입홈(120, 121)이 형성되도록 할 수도 있다. 상기 요입홈(120, 121)의 가장 하단부는 용융액의 표면보다 높은 곳에 위치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 요입홈을 형성하는 이유는 전술한 모세관 현상으로 인하여 상승하는 용융액이 더 이상 상승하지 못하도록 제어하기 위함이다.
모세관 현상(capillary effect)은 유체와 고체사이 표면장력에 의해 발생하는 현상으로서, 유체 밀도가 낮을 수록, 점성(또는 응집력)이 약할수록 그 경향이 더 커질 수 있으며, 유체를 담고 있는 그라파이트 도가니(110) 표면이 거칠수록 유체가 도가니(110) 벽을 타고 오르는 현상이 적게 발생한다.
본 발명의 용액은 실리콘을 기본으로 하는 화합물 융액(Si-Cr, Si-Fe, Si-Ti 등이 이에 해당할 수 있음)을 의미하는데, 이와 같은 화합물은 탄소와 화학적 반응을 잘 일으키는 물질로서, 그라파이트 도가니(110)를 식각하는 현상을 유발함과 동시에 도가니(110) 벽을 타고 수직 상승 이동하는 현상이 동반될 수 있다.
이 때, 요입홈 구조를 도가니(110) 상단부에 도입함으로써, 도가니(110) 벽을 타고 수직 상승 이동하는 유체의 흐름을 방해함과 동시에 여유공간 없이 정밀하게 짜맞춰져 있는 단열재 내부로 도가니(110)를 삽입하는 과정에서 손잡이 역할을 수행해줄 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 도가니(110)에서 요입홈의 각 첨부가 이루는 다양한 각도와 형태를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 도가니(110)에서 요입홈의 각 첨부가 이루는 다양한 각도와 형태를 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 도가니(110)에서, 요입홈의 상단첨부가 (a) 60도~90도 사이의 각도를 이루는 경우, (b) 60도 미만의 각도를 이루는 경우를 각각 나타내는 도면이다.
상기 요입홈의 상단 첨부 또는 가상의 상단 첨부에서 요입홈 방향과 도가니(110) 표면 방향사이에서 측정되는 각도는 60도 내지 90도인 것이 바람직하다(도 4 및 도 5의 (a), (b)).
상기 요입홈의 하단 첨부 또는 가상의 하단 첨부에서 요입홈 방향과 도가니(110) 표면 방향사이에서 측정되는 각도는 90도 미만인 것이 바람직하다.
요입홈의 형태에서, 하단 첨부 또는 가상의 하단 첨부에서 요입홈 방향과 도가니(110) 표면방향사이에서 측정되는 각도는 90도 미만이며, 상단 첨부 또는 가상의 상단 첨부에서 요입홈 방향과 도가니(110) 표면 방향사이에서 측정되는 각도는 60도 내지 90도인 것이 바람직하다. 도 4 및 도 5의 (c)와 같이 90도를 초과하는 경우에는 용융액이 도가니 외부로 넘칠 가능성이 높다.
도 4의 경우, 요입홈의 상단 첨부는 도가니(110) 내면으로부터 요입홈을 향해 절곡된 형태를 갖는 경우이고, 도 5와 같이 도가니(110) 내면으로부터 요입홈을 향해 만곡된 형태를 갖는 경우에는 각도측정을 위하여 가상의 첨부를 고려하여야 하기 때문에 점선으로 표시를 하였다.
유체의 상승이동을 제어하는 요인은 상단 첨부의 각도와 밀접한 관계를 맺고 있는데, 상단 첨부 또는 가상의 상단 첨부에서 요입홈 방향과 도가니(110) 표면 방향사이에서 측정되는 각도는 60도 내지 90도의 각도를 가질 경우, 도가니(110) 표면을 따라 상승이동하던 유체의 이동방향이 상단방향으로 계속하여 진행되는 것이 아닌 수평방향(90도의 각도) 또는 하단방향(60도 ~ 90도 미만의 각도)으로 전환된다. 즉, 위와 같은 형상과 각도로 구현함으로써 중력에 의하여 유체가 더 이상 상승하지 못하고 멈추거나 상승이동하는 에너지가 감소하도록 제어할 수 있다. 다만, 도 6의 (a)와 같이 60도 내지 90도의 각도(θ)를 이루고 일정 정도의 깊이(d)를 갖는 경우가 아니라, 도 6의 (b)와 같이 60도의 미만의 각도(θ')를 이루는 경우에는, 요입홈의 깊이(d')가 얕아지며, 따라서 상승하던 용융액이 요입홈을 극복하여 더 상승할 수 있으므로, 요입홈의 상단의 각도는 60도 ~ 90도의 범위에서 임계적 의의가 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 도가니(110) 내측에 형성되는 구조물인 돌설물(210)의 실시형태를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 그라파이트 보트(190)구조물을 추가 제작하지 않고, 도가니(110)의 내측으로 돌설되는 돌설물(210)을 제작한 후, 용융액 표면 대신 돌설물(210) 영역의 온도를 측정하여 용융액 표면온도를 간접적으로 측정할 수 있다.
해당 돌설물(210)은 용융액에 침전되지 않는 적정 높이에 있어야 하며, 용융액 표면으로부터 최대한 가깝게 위치해야 하고, 실제 용융액 표면온도와 편차를 최소화하기 위해 적정한 두께로 제작되어야 한다.
110 : 도가니 120 , 121, 122 : 요입홈
130 : 지지봉 150 : 결정시드
170 : 열전대 190 : 보트
210 : 돌설물

Claims (9)

  1. 상부종자용액성장법을 시행하기 위하여 도가니에 성장원료 용융액을 수용하는 단계;
    상기 용융액상에 구조물을 부유시키는 단계;
    상기 용융액을 가열하여 구조물 표면의 온도를 측정하는 단계;
    상기 구조물 표면의 동일 지점에 대한 온도를 반복해서 측정하고, 발열이 가장 강한 밝은색의 온도를 동일한 횟수만큼 반복해서 측정한 후 그 평균오차를 도출하여 저장하는 단계;
    를 포함하여 구성되되,
    상기 도가니의 내부에는 요입홈이 형성되며, 상기 용융액은 그 상면이 상기 요입홈의 하단보다 아래에 위치되도록 수용되는 것을 특징으로 하는 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요입홈의 상단 첨부 또는 가상의 상단 첨부에서 요입홈 방향과 도가니 표면 방향사이에서 측정되는 각도는 60도 내지 90도인 것을 특징으로 하는 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 요입홈의 하단 첨부 또는 가상의 하단 첨부에서 요입홈 방향과 도가니 표면방향사이에서 측정되는 각도는 90도 미만인 것을 특징으로 하는 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용융액상에 부유된 구조물 표면의 온도 측정시 온도 측정 지점은 상기 구조물과 상기 용융액이 접하는 영역과 인접한 지점인 것을 특징으로 하는 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020180136069A 2018-11-07 2018-11-07 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법 KR102143600B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180136069A KR102143600B1 (ko) 2018-11-07 2018-11-07 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180136069A KR102143600B1 (ko) 2018-11-07 2018-11-07 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200052723A KR20200052723A (ko) 2020-05-15
KR102143600B1 true KR102143600B1 (ko) 2020-08-11

Family

ID=70679091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180136069A KR102143600B1 (ko) 2018-11-07 2018-11-07 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102143600B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203653746U (zh) 2013-12-31 2014-06-18 英利能源（中国）有限公司 一种单晶炉硅液泄露保护装置
CN205241854U (zh) * 2015-12-29 2016-05-18 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种分体式碳化硅晶体生长用坩埚

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5370078A (en) * 1992-12-01 1994-12-06 Wisconsin Alumni Research Foundation Method and apparatus for crystal growth with shape and segregation control
EP2410081B1 (en) * 2009-12-14 2014-11-19 Japan Super Quartz Corporation Method for manufacturing a silica glass crucible
KR101339147B1 (ko) 2012-01-02 2013-12-09 주식회사 엘지실트론 잉곳 제조 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203653746U (zh) 2013-12-31 2014-06-18 英利能源（中国）有限公司 一种单晶炉硅液泄露保护装置
CN205241854U (zh) * 2015-12-29 2016-05-18 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种分体式碳化硅晶体生长用坩埚

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200052723A (ko) 2020-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6393705B2 (ja) メルトギャップ測定装置、結晶成長装置、及びメルトギャップ測定方法
KR102143600B1 (ko) 내부에 요입홈이 형성된 도가니를 이용한 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법
KR102154857B1 (ko) 용액성장법에서 융체의 온도 측정 방법
KR101623641B1 (ko) 잉곳성장장치
CN213476159U (zh) 碳化硅腐蚀炉炉体及碳化硅腐蚀炉
KR101105547B1 (ko) 단결정 제조용 흑연 히터, 이를 포함하는 단결정 제조 장치및 방법
TWI481750B (zh) 利用彈性與浮力從熔化物表面移離片材
EP0210439B1 (en) Method for growing single crystals of dissociative compound semiconductor
KR20180031786A (ko) 용융물로부터 결정질 시트를 형성하기 위한 장치
KR100485662B1 (ko) 실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의멜트 갭 제어 방법
CN115044964A (zh) 一种晶体制备装置
JP5888198B2 (ja) サファイア単結晶の製造装置
KR100880895B1 (ko) 열쉴드 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 생산장치
KR20110086985A (ko) 융액온도 제어시스템 및 그 제어방법
KR101679071B1 (ko) 멜트갭 제어 시스템, 이를 포함하는 단결정 성장방법
US20120288403A1 (en) GaAs SINGLE CRYSTAL WAFER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
JP2014189468A (ja) シリコン単結晶製造装置およびこれを用いたシリコン単結晶製造方法
KR101571958B1 (ko) 잉곳성장장치 및 잉곳성장방법
JP3991400B2 (ja) 単結晶の育成方法及びその装置
KR101383956B1 (ko) 단결정 성장장치
JP4614583B2 (ja) 結晶成長炉及び結晶成長方法
KR101665793B1 (ko) 잉곳 성장장치의 도가니
KR100869218B1 (ko) 열실드 거리결정 방법 및 이를 이용한 실리콘 단결정잉곳의 제조장치
KR20100052142A (ko) 히터 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 제조 장치
KR100488903B1 (ko) 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant