KR102500103B1 - 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 도가니 내로 시작 재료를 삽입하는 단계, 시작 재료를 가열하는 것에 의해 도가니 내의 시작 재료를 용융시키는 단계, 용융물의 용융 표면 상에 이격하여 단열 뚜껑을 배열하여 용융 표면의 적어도 중앙 부분이 뚜껑에 의해 덮이는 단계, 및 용융 표면 상에 배열된 단열 뚜껑으로 제어 가능하게 용융물을 냉각하는 것에 의해 용융물로부터 벌크 단결정을 성장시키는 단계를 포함한다.

Description

벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND SETUP FOR GROWING BULK SINGLE CRYSTALS}
본 발명은 벌크 단결정을 성장시키기 위한 성장 방법 및 성장 장치와 그 응용들에 관한 것이다.
전자 장치들의 제조를 위해, 보통 결정 층들의 스택은 단결정 기판의 상부에 층층이 성장된다. 단결정 기판에 대해 명확한 결정학적 배향을 갖는 에피텍셜 필름들로서 결정 층들을 성장시키기 위해, 전형적으로 기판의 격자 상수(lattice parameter)는 결정 층들의 개별적인 격자 상수들과 호환될 것이 요구된다.
따라서, 전자 장치를 제조하기 위해, 전형적으로 적합한 단결정 기판은 기판 상에 성장될 결정 층들의 격자 상수들에 대략적으로 정합하는 - 예를 들어, 1% 보다 나은 격자 정합 - 격자 상수를 갖도록 선택되어야 한다.
제조될 수 있는 단결정 기판들로부터 벌크 단결정을 성장시키기 위해 널리 인정받는 기술은 초크랄스키 공법(Czochralski Process)이다. 초크랄스키 공법에서, 시작 재료는 도가니에서 용융되고, 시드 결정은 용융물로 담궈진다. 벌크 단결정을 성장시키기 위하여, 시드 결정은 회전되고 동시에 천천히 상측으로 당겨진다. 그로 인해, 원통형 잉곳들 또는 보울들(boules)의 형태인 큰 벌크 단결정이 성장될 수 있고 후속적으로, 예를 들어 전자 산업에서 전자 장치들을 만드는데 사용될 수 있는 기판들로 가공될 수 있다. 그러나, 초크랄스키 공법은 모든 재료들에 작용하지는 않는다.
본 발명의 목적은 벌크 단결정 성장을 위한 대안적인 방법을 제공하고 벌크 단결정 성장을 위한 대안적인 성장 장치를 제공하는 것이다.
성장 방법에 대하여, 상기 목적은 다음 단계들을 포함하는 벌크 단결정 성장을 위한 방법에 의해 달성된다.
- 도가니로 시작 재료를 삽입하는 단계;
- 시작 재료를 가열하는 것에 의해 도가니 내의 시작 재료를 용융하는 단계;
- 용융물의 용융 표면 상에 이격하여 단열 뚜껑을 배열하여 적어도 용융 표면의 중앙 부분이 뚜껑에 의해 덮이는 단계; 및
- 용융 표면 상에 배열된 단열 뚜껑으로 용융물을 제어 가능하게 냉각하여 용융물로부터 벌크 단결정을 성장시키는 단계.
이러한 방법 단계들 중 "단열 뚜껑을 배열하는" 단계는 시작 재료를 용융물로 용융시키기 전 또는 시작 재료를 용융물로 용융시키는 동안 또는 시작 재료를 용융물로 용융시킨 후에 수행될 수 있다. 그러나, 용융물로부터 벌크 단결정의 성장 동안 용융물 상에 단열 뚜껑이 배열되는 것이 요구된다.
본 발명의 틀 내에서, 벌크 단결정은 적어도 5mm × 5mm × 5mm (길이 × 폭 × 높이)의 부피를 갖는 단결정이다.
단열 뚜껑은 적어도 단열 뚜껑에 의해 덮이는 용융 표면의 부분으로부터 방출되는 열 방사를 차단하도록 구성된다. 단열 뚜껑이 용융물의 용융 표면 상에 이격하여 배열되기 때문에, 도가니 내부에 보유되는 용융물 내 온도 분포가 영향을 받을 수 있다. 그러므로, 용융 표면 상에 단열 뚜껑을 배열하는 방식에 의해, 용융물 내 온도 분포를 설계하는 것이 가능하다.
본 발명은, 전자 장치들을 제조하기 위해 전형적으로 단결정 기판들이 표준 웨이퍼 크기들, 예를 들어 5mm × 5mm 또는 10mm × 10mm 또는 1 인치, 2 인치, 3 인치, 4 인치, 6 인치 및 8 인치 지름인 웨이퍼들일 것이 요구되고, 화학적으로 안정하며, 기판 상에 성장될 결정 층들과 구조적으로 호환하며(compatible), 우수한 구조적 특성을 가져야 한다는 인식을 포함한다. 특히, 단결정 기판의 우수한 구조적 특성의 요구는 특정한 기판 재료들에 대해 달성하기 어려울 수 있다. 그러나, 기판의 우수한 구조적 특성은 마찬가지로 높은 결정 특성으로 기판의 상부 상에 결정 층들을 성장시킬 수 있고, 이에 따라 층의 기능을 저하시킬 수 있는 결함을 방지하는 데 필요하다.
그렇지만, 다양한 재료들에 대해 그러한 높은 구조적 특성을 갖는 적합한 단결정 기판이 이용 가능한 것은 아니다. 그 결과 유익한 재료 특성들을 갖는 많은 재료들은 지금까지 전자 산업에서 이용되지 않았다. 사실상, 전자 장치들의 제조를 위해 적합한 단결정 기판들의 이용 가능성은 보통 주요한 장애물(bottleneck)인 것으로 여겨진다.
본 발명에 따른 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법으로, 표준 웨이퍼 크기들에서 단결정 기판들의 제조를 가능하게 하는 크기들을 갖는 높은 구조적 특성을 갖는 벌크 단결정이 성장될 수 있다.
상기 방법의 특별한 장점은, 심지어 널리 이용되는 초크랄스키 공법을 구현하는 것에 의해서는 쉽게 성장될 수 없는 그러한 벌크 단결정이 편리한 방법으로 성장될 수 있다는 것이다. 이러한 초크랄스키 공법에서 쉽게 성장될 수 없는 벌크 단결정, 예를 들어 강한 적외선 흡수 및 고온에서 매우 낮은 열전도도를 보이는 산화물 결정은 전형적으로, 예를 들어 지름 변동, 풋 형성 및 초크랄스키 공법에서 시드 단계 이후 곧 후속적인 나선 형성(spiraling)과 같은 성장 불안정을 겪는다.
따라서, 본 발명에 따른 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법으로, 이전에는 적합한 크기 및 필요한 구조적 특성에서 전자 산업에서 이용 가능하지 않았던 재료들로 만들어진 단결정 기판들을 제조하는 접근이 제공된다. 본 발명의 유익한 결과로서, 이전에 전자 산업에서 구조적, 화학적으로 호환하는 기판을 이용할 수 없었던 재료들로 만들어진 결정층들이 성장될 수 있는 추가의 단결정 기판들이 이용 가능하게 될 것이다.
이것은 벌크 단결정 성장을 위한 용융물 상에 이격하여 단열 뚜껑을 배열하는 것에 의해 달성된다. 용융 표면의 적어도 중앙 부분이 뚜껑에 의해 덮이도록 단열 뚜껑을 배열하는 것에 의해, 단열체는 용융 표면으로부터 방출되는 열 방사를 차단하고, 그로 인해 도가니 내부에 보유되는 용융물 내의 온도 분포에 영향을 주고 설계하도록 제공된다. 단열 뚜껑에 의해, 용융물 내의 온도 분포는 용융물로부터 벌크 단결정의 성장 동안 제어될 수 있다. 단열 뚜껑에 의해 용융물 내의 온도 분포에 영향을 줌으로써, 벌크 단결정은 높은 구조적 특성 및 표준 웨이퍼 크기들을 갖는 단결정 기판들을 제조하는데 적합한 크기를 갖는 용융물로부터 성장될 수 있다.
용융 표면의 적어도 중앙 부분이 뚜껑에 의해 덮이도록 벌크 단결정 성장 동안 단열 뚜껑을 배열한 결과로서, 벌크 단결정은 도가니의 중앙 영역을 향하여 성장한다. 사실, 용융물을 제어 가능하게 냉각하는 동안, 도가니 벽에서의 결정 응집, 결정립 선택 및 연속적인 결정립 확장은 성장 선단이 도가니의 중앙 부분을 향하여 이동하면서 진행한다.
이러한 성장 거동은, 일반적으로 알려진 것 및 그로 인해 도가니 벽을 향하여 도가니의 중앙 부분으로부터 벌크 단결정이 전체 성장 프로세스 동안 접촉함이 없이 성장하는 - 널리 사용되는 초크랄스키 공법과 같은 - 흔히 알려진 성장 방법을 사용한 벌크 단결정의 성장에서 기대되는 것과는 대조적이다.
다음에서는 본 발명에 따른 벌크 단결정 성장을 위한 방법의 바람직한 변형 예가 설명된다.
바람직하게는, 용융물의 냉각은 미리 정해진 시간 주기 동안 가열 요소에 의해 제공되는 열을 감소시키는 것에 의해 수동적으로 제어된다. 예를 들어, 발전기에 의해 가열 요소에 공급되는 전력은 연속적으로 또는 단계적으로 미리 정해진 시간 주기 동안 감소되어 도가니와 결부되는 열이 감소한다. 그 때문에, 용융물은 냉각되고 벌크 단결정은 도가니 벽으로부터 도가니의 중앙 부분을 향하여 성장한다. 용융물의 냉각율은 시간에 따른 도가니 및 용융물로부터의 열 손실, 도가니가 만들어지는 재료, 단열 뚜껑의 기하 구조뿐만 아니라 도가니의 기하 구조 및 도가니 옆의 일반적인 단열체에 의해 결정된다. 제공된 열이 감소하는 동안의 미리 정해진 시간 주기는 예를 들어 10 내지 50 시간을 포함할 수 있다.
수동적으로 용융물의 냉각을 제어하는 것에 추가적으로 또는 대안적으로, 냉각은 또한 능동적으로 제어될 수 있다. 능동 냉각은 예를 들어 용융물 상으로 아르곤 가스 용제와 같은 불활성 가스 용제(flux)를 향하는 것에 의해 구현될 수 있다. 능동 냉각은 예를 들어 피드백 루프 내의 센서, 예를 들어 용융물의 표면에 가까운 국부 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 사용하는 것을 수반한다. 능동 및 자동화 냉각이 예를 들어 개별적인 센서에 의해 반복적으로 측정되는 파라미터에 기초한 피드백 루프에서 제어되고 조절될 수 있는 것이 장점이다.
용융물의 용융 표면 상에 단열 뚜껑이 배열되는 거리는, 즉 간신히 용융물에 닿지 않는 1mm 내지 100mm인 것이 바람직하다. 특히, 용융 표면 상에 단열 뚜껑이 배열되는 거리가 10mm 또는 적어도 5mm 내지 20mm인 경우에 유리하다. 용융 표면 상에 단열 뚜껑이 배열되는 거리를 조절하는 것에 의해, 용융물 내부의 적합한 온도 분포가 설계될 수 있고, 따라서 거리는 벌크 단결정의 성장을 제어하기 위한, 예를 들어 성장율 및 결정 성장의 방향과 같은 제어 파라미터로서 사용될 수 있다.
뚜껑과 용융 표면 사이의 거리는 벌크 단결정을 성장시키는 동안 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 그러나, 예를 들어 상이한 성장 단계들에서 용융물 내의 온도 분포를 조절하기 위해 벌크 단결정을 성장시키는 동안 거리가 변경되는 경우에도 유리할 수 있다. 용융물의 용융 표면에 평행하거나 또는 적어도 대략적으로 평행하게 뚜껑이 배열되어 뚜껑과 용융 표면 사이의 거리가 단열 뚜껑의 영역에 걸쳐 일정한 것이 또한 바람직하다. 그러나, 몇몇 성장 시나리오들에서는, 용융물 내에 특별한 온도 분포를 주도록 용융 표면에 대해 뚜껑이 기울어지는(tilted) 경우가 유리하다.
단열 뚜껑은 고정대(mounting)에 부착될 수 있고, 용융 표면에 대해 수직하게 고정대를 움직이는 것에 의해 단열 뚜껑으로부터 용융 표면까지의 거리가 조절될 수 있다. 이러한 아암은 수동으로 또는 자동으로 움직일 수 있다.
설명된 성장 방법에 대해, 단열 뚜껑이 도가니에 대해 정확히 중심에 배열될 필요는 없다. 성장 방법은 적어도 용융 표면의 중앙 부분이 뚜껑으로 덮이는 경우에도 작용한다. 따라서, 단열 뚜껑 및 특히 뚜껑의 림(rim)은 도가니 벽과 접촉할 수 있다.
바람직하게는, 시작 재료는 순도 99.99%의 분말 형태로 제공될 수 있다. 그러나, 1% 범위의 불순물 및 5% 범위의 도펀트들은 용인될 수 있다.
시작 재료는 오직 하나 또는 두 개의 화학 종들로 구성될 수 있으나, 대부분의 경우에서 시작 재료는 다양한 화학종들로 구성된다. 분말 혼합물이 예를 들어 상이한 화학 종들의 분말들의 칭량(weighing), 혼합 및 하소(calcining)를 포함하는 시작 재료로부터 제조되는 경우 유리하다.
시작 재료가 분말 형태인 경우, 분말은 건조 분말인 것이 바람직하다.
또한, 시작 재료를 도가니 내로 채우는 것뿐만 아니라, 도가니 내에서 시작 재료를 용융하는 것을 개선하기 위해, 시작 재료가 분말 형태인 경우 분말이 도가니 내로 삽입되기 전에 압축되는 것이 바람직하다. 분말을 압축함으로써, 결정 성장을 시작하기 전에 전형적으로 도가니를 채우는데 가장 적은 가열/냉각 사이클들이 필요하다. 예를 들어, 분말, 예를 들어 분말 혼합물이 압축될 수 있다. 유리하게는, 분말로부터 하나 또는 몇몇의 바들(bars), 조각들(flakes) 또는 구체들(balls)이 냉간 등방 성형(cold isostatic pressing)에 의해 제조될 수 있다. 냉간 등방 성형은 예를 들어 0.2 GPa에서 수행될 수 있다. 하나의 바가 생산되는 경우, 바는 전형적으로 도가니의 상부를 넘어 연장하고 용융 동안 도가니 내로 가라앉는다. 이러한 압축된 분말의 바는, 바람직하게는, 용융될 때 도가니를 채우도록 계산되는 총 질량을 갖고, 도가니 내에 맞는 형상을 갖지만, 도가니 상측 바깥으로 연장한다.
시작 재료는 또한 성긴 분말로서 도가니 내부로 삽입되고 후속적으로 용융 전에 도가니 내부에서 압축될 수 있다. 그래서, 가압은 단축(uniaxial)이다. 도가니에 대한 잠재하는 손상을 피하고자, 도가니 내부로 삽입하기 전에 분말을 가압하는 것이 바람직하다.
그러나, 시작 재료를 압축하는 것은 용융물로부터 벌크 결정을 성장시키는데 필수적이지 않다. 따라서, 분말은 도가니 내부로 직접 위치되고, 그를 용융시키기 위해 가열될 수 있다. 그래서, 충진은 분말을 추가하는 몇몇 단계들을 포함할 수 있다.
도가니는 불활성 가스 분위기, 바람직하게는 주변 압력 하에 배열되는 것이 바람직하다. 불활성 가스 분위기는 아르곤 또는 질소 분위기일 수 있다. 그러나, 성장 방법은 진공 또는 예를 들어 아르곤이 초유체가 되는 수 백 기압(several hundred atmospheres)까지의 고압에서도 작용하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 불활성 가스 분위기는 도가니가 가열되기 전에 수립되고 불활성 가스 분위기가 전체 용융 프로세스 및 결정 성장 동안 제공된다. 전형적으로, 적은 분율의 산소만이 용인 가능하다. 도가니 재료로서 이리듐 또는 다른 산화 재료를 사용할 때, 대부분의 공기는 예를 들어 아르곤과 같은 불활성 가스에 의해 대체되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 성장 방법의 다양한 변형 예들에서, 시작 재료는 다중 산화 상태들을 띨(assume) 수 있는 양이온 종들 중 적어도 하나와 결합되는 산소를 포함하고, 성장된 벌크 단결정은 다중 산화 상태들을 띨 수 있는 양이온 종들 중 적어도 하나, 보다 바람직하게는 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 니오븀, 몰리브덴, 텅스텐, 또는 탄탈륨 중 적어도 하나를 포함하는 산화물을 포함하고, 벌크 단결정은 산화물, 바람직하게는 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 니오븀, 몰리브덴, 텅스텐, 또는 탄탈륨의 산화물을 포함한다.
특히, 이러한 재료들에 대해 알려진 방법들로는 충분한 특성의 벌크 단결정이 성장될 수 없다. 따라서, 본 발명은 이러한 재료들 및 그들을 성장시키는 방법을 처음으로 제공한다. 본 발명은 이러한 재료들의 벌크 단결정이 용융물의 용융 표면 상에 이격하여 배열되는 단열 뚜껑을 사용하는 것에 의해 성장될 수 있어, 용융물의 냉각 동안 및 그로 인한 성장 동안 용융 표면의 적어도 중앙 부분이 뚜껑에 의해 덮인다는 인식에 기초한다.
시작 재료가 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하고, 생성된 벌크 단결정은 벌크 Ba2ScNbO6 단결정인 것이 특히 바람직하다.
특히, 벌크 Ba2ScNbO6 단결정의 제조는 이러한 벌크 Ba2ScNbO6 단결정이 Ba2ScNbO6 단결정 기판들로 가공될 수 있으므로 바람직하다. 이러한 Ba2ScNbO6 단결정 기판들은 전자 산업에서 - 오늘날까지 - 요구되는 크기들 및 구조적 특성으로 이용할 수 없다.
벌크 Ba2ScNbO6 단결정은 입방 대칭을 갖는 이중-페로브스카이트(double-perovskite)이다. 벌크 Ba2ScNbO6 단결정의 격자 상수는, 오늘날까지 높은 성능을 위해 요구되는 낮은 결함 밀도들을 갖는 이러한 재료들의 결정 층들을 포함하는 전자 장치들을 제조하기 위해 전자 산업에서 적합한 기판으로 이용 가능하지 않았던 - BaSnO3와 같은 - 다양한 페로브스카이트의 격자 상수의 1% 이내이다. 따라서, 본 발명은 기판을 제조하기 위한 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 제공하여, 오늘날까지 전자 산업에서 그들의 기대되는 높은 성능들로 인해 요구되는 높은 특성 형태로는 이용될 수 없었던 재료들의 전자 장치들의 제조를 허용한다.
바람직하게는, 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 시작 재료는 순도 99.99%인 건조 분말로 제공된다. Ba, Sc, Nb 및 O에 추가적으로, 시작 재료는 5 몰% 보다 작은 함량인 MgO 및/또는 CaO를 포함할 수 있다. 따라서, MgO 및/또는 CaO는, 보상 도핑으로 알려진 매커니즘에 의해 고온에서의 자유 캐리어 흡수를 감소하기 위한 도펀트로서 추가될 수 있다. 시작 재료에 대해 이러한 도펀트들 중 하나 또는 둘 을 추가할 때, 생성되는 벌크 단결정은 Mg 및/또는 Ca가 도핑된 벌크 Ba2ScNbO6 단결정이다.
시작 재료가 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하고, 성장될 벌크 단결정이 벌크 Ba2ScNbO6 단결정인 경우, 본 발명에 따른 벌크 단결정을 성장하기 위한 방법은 대응적으로 아래 단계들을 포함한다.
- 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 시작 재료를 도가니 내로 삽입하는 단계;
- 시작 재료를 가열하는 것에 의해 도가니 내의 시작 재료를 용융시키는 단계;
- 상기 용융물의 용융 표면 상에 이격하여 단열 뚜껑을 배열하여 용융 표면의 적어도 중앙 부분이 뚜껑에 의해 덮이는 단계; 및
- 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 용융 표면 상에 배열된 단열 뚜껑으로 제어 가능하게 용융물을 냉각하는 것에 의해 용융물로부터 성장시키는 단계.
"시작 재료를 삽입하는" 단계는 아래 부수 단계들의 실시예를 포함한다.
- 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 시작 재료로부터 분말 혼합물을 제조하는 단계;
- 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 분말 혼합물을 압축하는 단계; 및
- 압축된 분말 혼합물을 도가니 내로 삽입하는 단계.
"적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 시작 재료로부터 분말 혼합물을 제조하는 단계"의 부수 단계는 시작 재료를 칭량, 혼합 및 하소하는 단계를 포함할 수 있다. 시작 재료 - 바람직하게는 건조 분말 형태로 제공된 - 를 하소하는 단계는 예를 들어 공기 중에서 12 시간동안 1300℃로 수행될 수 있다.
"적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 분말 혼합물을 압축하는 단계"의 부수 단계는 0.2 GPa로 냉간 등방 성형에 의해 분말 혼합물로부터 하나 이상의 바를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 시작 재료를 용융시키기 위해, 적어도 벌크 Ba2ScNbO6 단결정의 용융 온도만큼 높은 온도로 도가니가 가열되면 충분하다. 도가니는 예를 들어 적어도 2165 +/- 30℃의 온도로 가열될 수 있다. 용융 온도 이상으로 되도록, 도가니는 적어도 2195℃의 온도, 예를 들어 2200℃의 온도로 가열될 수 있다.
벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 성장시키기 위해, 도가니가 배열되는 불활성 가스 분위기는 BaO의 유효한 증발율을 감소하기 위해 1atm의 압력 또는 1atm 보다 훨씬 더 높은 압력을 갖는 것이 유리하다.
여기서 기재된 방법에 따라 성장된 벌크 Ba2ScNbO6 단결정은, 본 발명에 따른 성장 프로세스의 개시 단계에서 성장하는 다중 결정질(multicrystalline) 또는 다결정질(polycrystalline) 매트릭스에 의해 도가니 벽에 가깝게 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 그러므로, 특히 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 성장시키는 방법은 아래 단계를 포함할 수 있다.
- 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 적어도 부분적으로 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 둘러싸는 다중 결정질 또는 다결정질 매트릭스로부터 분리시키는 단계.
분리시키는 단계는, 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 따로 떼어내기 위한 커팅 및/또는 연삭 및/또는 쪼개기의 실시예를 포함한다.
특히, Ba2ScNbO6 단결정 기판을 제조하기 위해, 벌크 Ba2ScNbO6 단결정의 조각이 커팅될 수 있다. 여기서 설명되는 방법에 따라 성장된 Ba2ScNbO6 단결정으로부터, 측방향 크기로 6mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름을 가지는 조각들은 커팅될 수 있다. 여기서 설명되는 방법에서, 측방향 크기로 8mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름, 또는 10mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름을 가지는 조각으로부터 커팅될 수 있는 Ba2ScNbO6 단결정을 성장시키는 것이 또한 가능하다. Ba2ScNbO6 단결정으로부터 커팅되는 조각은 전자 산업에서 사용을 위해 Ba2ScNbO6 단결정 기판으로 추가로 가공될 수 있다.
유리하게는, 측방향 크기에서 6mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름을 가지는 조각으로부터 Ba2ScNbO6 단결정 기판이 제조된다. 측방향 크기에서 8mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름을 가지는 조각으로부터, 측방향 크기에서 8mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름을 가지는 기판이 제조될 수 있다. 측방향 크기에서 10mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름을 가지는 조각으로부터, 측방향 크기에서 10mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름을 가지는 기판이 제조되는 것이 가능하다.
본 발명은 또한 6mm × 6mm와 동등하거나 또는 보다 큰 횡단면 영역을 갖는 벌크 Ba2ScNbO6 단결정에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 8mm × 8mm와 동등하거나 또는 보다 큰, 특히 10mm × 10mm와 동등하거나 또는 보다 큰 횡단면 영역을 갖는 벌크 Ba2ScNbO6 단결정에 관한 것이다. 벌크 Ba2ScNbO6 단결정은 여기서 설명된 다른 양태들과 독립적으로 실현될 수 있고, 그 자체로 발명을 구성한다.
본 발명에 따른 벌크 Ba2ScNbO6 단결정은 입방 대칭 및 412pm의 격자 상수를 갖는다. 따라서, 벌크 Ba2ScNbO6 단결정은, 동일한 Ba-O 층들로 페로브스카이트 구조를 또한 갖는 BaSnO3와 같은, 전자 산업에서 관심 있는 많은 재료들과 호환 가능한 격자 상수를 갖는다. 사실상, Ba2ScNbO6와 BaSnO3는 0.1% 보다 나은 범위 내에서 격자 부합한다. 또한, Ba2ScNbO6는 유전 상수 16 및 밴드갭 3.6 eV를 가져서, 전자 산업에서 적합한 기판에 대해 보통 요구되는 재료 특성들을 갖는다. 벌크 Ba2ScNbO6 단결정은 불활성 가스 분위기 내 주변 압력에서 2165 +/- 30℃인 용융점을 갖는다.
바람직하게는, 벌크 Ba2ScNbO6 단결정은 BaO의 66.7 +/- 5 몰%, Sc2O3의 16.7 +/- 5 몰% 및 Nb2O5의 16.7 +/- 5 몰%의 조성을 갖는다. 그러나, 예를 들어 본 발명에 따른 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법에 의해 그로부터 벌크 Ba2ScNbO6 단결정이 성장하는 용융물은 벌크 Ba2ScNbO6 단결정과 같은 조성을 가질 필요는 없다. 관련된 결정 성장의 방법들, 예를 들어 탑 시드 용액 성장(top-seeded solution growth, TSSG)은, 본 발명에 따른 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법에 의해 벌크 Ba2ScNbO6 단결정이 그로부터 성장될 수 있는 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 용융물을 제공하도록 사용될 수 있다. 예를 들어 Cu2O 또는 PbO/PbF2에 기초한 다른 종들의 용제는 용융물로 제공될 수 있으나, 바람직하게는, 사용되는 용제는 단지 용융물로부터 성장된 벌크 단결정에 최소로 통합하는 것이다. MgO를 대신할 수 있는 다른 종들은, 예를 들어 CaO일 수 있으나, 그러한 도펀트들의 함량은, 바람직하게는 5 몰%보다 작게 제한된다.
본 발명은 또한 측방향 크기로 6mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름을 갖는 단결정 Ba2ScNbO6 기판에 관한 것이다. 본 발명은 또한 측방향 크기로 8mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름, 특히 10mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름을 갖는 단결정 Ba2ScNbO6 기판에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 또한, 예를 들어 4 인치 또는 6 인치의 측방향 크기를 갖는 표준 웨이퍼 크기들을 갖는 단결정 Ba2ScNbO6 기판에 관한 것이다. 이러한 단결정 Ba2ScNbO6 기판들은 개별적인 횡단면 영역을 갖는 본 발명에 따른 벌크 Ba2ScNbO6 단결정으로부터 제조될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 단결정 Ba2ScNbO6 기판을 포함하는 (다중)층 구조 및 상기 Ba2ScNbO6 기판 상에서 성장된 하나 이상의 결정 층들에 관한 것이다. 이러한 (다중)층 구조는 여기서 설명되는 다른 양태들과 독립적으로 실현될 수 있고, 그 자체로 발명을 구성한다.
본 발명에 따른 단결정 Ba2ScNbO6 기판은 다양한 재료들, 특히 이러한 재료들의 기능을 유지하기 위해 요구되는 크기들 및 구조적 특성에서 이전에는 적합한 기판으로 이용 가능하지 않던 재료들에 대해 전자 산업에서 적합한 기판으로 만드는 격자 상수를 갖는다.
단결정 Ba2ScNbO6 기판이 다양한 페로브스카이트들의 격자 상수와 부합하는 격자 상수를 갖는 것이 특히 유리하다. 예를 들어, 단결정 Ba2ScNbO6 기판 상에 성장된 하나 이상의 결정 층들은 BaSnO3, LaInO3, BiScO3, PbZrO3, SrZrO3, SrHfO3, PrInO3, LaScO3, SrSnO3, BaHfO3, LaLuO3, CeLuO3, PrLuO3, NdLuO3, CeYbO3, PrYbO3 또는 BaZrO3의 페로브스카이트들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
단결정 Ba2ScNbO6 기판 상에 성장된 하나 이상의 결정 층은 또한, PrZr1-xTixO3 (PZT), PbCa1-xTixO3 (PCT) 또는 Ba1-xSrxSnO3인 페로브스카이트 고용체들 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, x는 0과 1 사이의 수이다.
하나 이상의 결정 층들은 또한 PbMg1/3Nb2/3O3-PbTiO3 (PMN-PT), PbZn1/3Nb2/3O3-PbTiO3 (PZN-PT) 및 PbIn1/2Nb1/2O3-PbMg1/3Nb2/3O3-PbTiO3 (PIN-PMN-PT)의 릴렉서 강유전체(relaxor-ferroelectric) 고용체들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다중 층 구조가 Ba2ScNbO6 기판 상에 성장된 몇몇 결정 층들을 상이한 층들에 포함하는 경우, 다중 층 구조는 예를 들어 위에 열거된 페로브스카이트들 중 적어도 하나 및/또는 위에 열거된 페로브스카이트 고용체들 중 적어도 하나 및/또는 위에 열거된 릴렉서 강유전체 고용체들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다중 층 구조가 단결정 Ba2ScNbO6 기판 상에 직접 성장되는 BaSnO3 결정 층을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 고도로 격자 부합된 단결정 Ba2ScNbO6 기판에서, BaSnO3 결정 층은 전자 장치들에 사용하는데 우수한 특성들을 보인다. 유리하게는, 단결정 Ba2ScNbO6 기판 상에 성장된 BaSnO3 결정 층은 cm2 당 108 전위들 보다 작은 평균 스레딩 전위(average threading dislocation) 밀도 및/또는 190cm2V-1S-1보다 큰 전자 이동도 및/또는 23 arcsec(0.006°)보다 작거나 또는 동등한 요동 곡선의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 갖는다.
상온에서 높은 전자 이동도 - 축퇴 도핑(degenerately doped)될 때 300cm2V-1S-1 이상이 될 수 있는 - ,우수한 투명도, 화학적 안정성 때문에, 그리고 인듐의 부재로 인해 투명 전도성 산화물(TCO) BaSnO3는 전자 장치들에 유리한 다수의 재료 특성들을 제공한다. 예를 들어, BaSnO3를 갖는 전계 효과 트랜지스터(FET)는 상온에서 61cm2V-1S-1의 피크 전계 효과 이동도 및 109까지의 Ion/Ioff 비율들로 작동함이 증명되어 왔다.
그러나 오늘날까지, 요구되는 결정 특성에서 BaSnO3 결정 층을 갖는 다중 층의 제조를 가능하게 하는 적합한 기판이 이용 가능하지 않았기 때문에, BaSnO3 결정 층을 포함하는 어떠한 다중 층 구조들도 전자 산업에서 이용되지 않았었다. 적합한 기판들의 결여로 인해, 종래 기술에서 BaSnO3의 박막들은 상당히 감소된 전자 이동도들로 이끄는 이전의 이용 가능한 기판들 상에서만 높은 전위 밀도들로 성장될 수 있다. BaSnO3 결정 층을 포함하는 본 발명의 다중 층 구조들은 이제 기능성 및 유리한 특성을 유지하면서 대규모로 이용 가능하다.
본 발명은, 예를 들어 본 발명에 따른 성장 방법으로 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 성장시킬 수 있는 것에 의해 및 그로 인해 요구되는 구조적 특성 및 요구되는 구조적 호환성을 갖는 Ba2ScNbO6 단결정을 제공할 수 있는 것에 의해, 높은 구조적 특성 및 그로 인해 기능이 유지된 BaSnO3 결정 층을 포함하는 다중 층 구조들을 제조하는 접근이 제공된다는 인식을 포함한다. 예를 들어, Ba2ScNbO6 단결정 기판 상에 직접적으로, cm2 당 108 전위들 보다 작은 평균 스레딩 전위 밀도 및 190cm2V-1S-1 보다 큰 전자 이동도를 갖는 BaSnO3 결정 층이 다중 층 구조를 제조하도록 성장될 수 있다. 높은 구조적 특성은 23 arcsec(0.006°)와 동등하거나 또는 보다 작기까지 한 BaSnO3의 요동 곡선의 반치폭(FWHM)을 발생시킨다. 이러한 값들은 예를 들어 250nm 두께의 비도핑 BaSnO3 결정 층에 이어서 3 × 1019 cm-3의 자유 전자 농도를 산출하도록 Ba2ScNbO6 단결정 기판 상에 도핑된 130nm 두께의 La 도핑된 BaSnO3 층에 도달될 수 있다.
BaSnO3 결정 층이 예를 들어 380nm 및 그 이상의 두께를 가지면서 여전히 cm2 당 108 전위들 보다 작은 평균 전위 밀도 및 190cm2V-1S-1 보다 큰 전자 이동도를 가진다는 것은 Ba2ScNbO6 단결정 기판 상에 에피텍셜하게(epitaxially) 성장된 BaSnO3 결정 층을 포함하는 (다중)층 구조의 특별한 장점이다. 이러한 (다중)층 구조에서, Ba2ScNbO6 상에 에피텍셜 BaSnO3 필름으로서 성장된 결정 층이 1 마이크로 미터를 초과하는 두께를 갖는 BaSnO3 결정 층을 성장시킬 때에도 완전하게 어울린다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 (다중)층 구조를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다. 전자 장치는 다음으로부터 선택된 장치일 수 있다: 종래의 게이트 유전체를 갖는 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 강유전성(ferroelectric) 게이트 유전체를 갖는 전계 효과 트랜지스터(강유전 FET), 반강유전성(antiferroelectric) 게이트 유전체를 갖는 전계 효과 트랜지스터(반강유전 FET), 트랜스듀서, 수신기, 증폭기, 센서 및 액추에이터. BaSnO3의 높은 밴드갭으로 인해, 전술한 장치들은, 즉 투명 트랜지스터, 투명 트랜스듀서, 투명한 센서 등 완전히 투명할 수 있다.
BaSnO3에 기초한 투명한 MOSFET들은 모든 이전의 투명 MOSFET들보다 우수한 전기적인 성능을 가지는 것으로 나타났다.
강유전 FET들은 그들의 논리 상태들을 유지하기 위한 전력이 요구되지 않아, 메모리 및 인스턴트-온 컴퓨팅과 그들을 관련시킨다. 논리 상태는 반도체 채널의 컨덕턴스에 기초하여 비-파괴적으로 판독될 수 있다. 이러한 강유전 FET들은 60년 전에 처음으로 제안되었으나, 그들의 실현은 재료들의 통합 문제들로 인해 방해되었다. 가파른 강유전체-반도체 계면은 이러한 장치들의 성능에 중대하다; 불행히도 주류 반도체들 상의 강유전체들의 직접적인 성장은, 반도체/산화물 계면에서 전기적으로 활성화된 결함들로 이끄는 과도한 상호 확산(interdiffusion) 또는 산화물, 하부 반도체 또는 둘 다의 특성들을 저하시키는 화학적 반응들을 수반한다. 그러한 결함들은 이러한 장치들을 무력화한다. 본 발명은, BaSnO3가 구조적으로 및 화학적으로 많은 강유전체 및 다강체(multiferroic) 산화물들과 일치하기 때문에, 강유전 FET들 내의 높은 이동도 채널 층으로서 BaSnO3를 이용함으로써 이러한 오래된 도전을 충족시키고 차세대 초-기능 산화물 전자 장치들을 가능하게 한다.
강유전체 또는 반강유전체 게이트 유전체들을 포함하는 FET들은 종래의 트랜지스터들의 60mV/dec의 역치 기울기 한계를 능가할 수 있는 저전력 트랜지스터들을 생산할 수 있는 가능성을 또한 갖는다.
본 발명에 의해 만들어질 수 있는 높은 이동도 BaSnO3 채널 층들을 생산하는 능력은, 초-민감 온도, 압력 또는 자기장 센서들을 만들기 위해 화학적으로 및 구조적으로 일치하는 페로브스카이트 산화물들의 탁월한 기능들을 통합함으로써 "스마트-FET"를 제조하는 것을 또한 가능하게 한다.
성장 장치에 관하여, 본 발명의 목적은 용융물로부터 벌크 단결정을 성장시키기 위한 성장 장치에 의해 달성된다. 성장 장치는,
- 도가니
- 용융되도록 도가니 내에 보유되는 시작 재료를 용융하도록 배열되고 구성되는 가열 요소, 및
- 도가니 내에 보유된 용융물의 용융 표면의 적어도 중앙 부분을 덮는 단열 뚜껑을 포함한다.
본 발명에 따른 성장 장치는 본 발명에 따른 벌크 단결정을 성장시키기 위한 성장 방법을 실행하는데 사용되기에 적합하다. 본 발명에 따른 성장 장치는 본 발명에 따른 성장 방법의 장점들을 공유한다.
본 발명에 따른 성장 장치의 장점은, 다른 성장 장치들, 예를 들어 성장 결정(또는 그것이 당겨지는 도가니)의 중량 및 결정 회전을 측정하기 위해 균형을 또한 필요로 하는 초크랄스키 장치와 비교하여 적은 수의 구성요소들만을 요구한다는 것이다.
본 발명에 따른 성장 장치들의 추가적인 장점은, 단열 뚜껑을 사용함으로써 그러한 고품질 벌크 단결정이 초크랄스키 기술로는 불가능하거나 또는 적어도 쉽게 성장될 수 없는 편리한 방법에서도 성장될 수 있다는 것이다.
특히, 예를 들어 뚜껑 재료 및/또는 뚜껑 크기의 단열 뚜껑의 기하 구조를 변경하는 것 및/또는 도가니에 대해 단열 뚜껑의 배열을 변경하는 것에 의해, 성장 장치는 특정 벌크 단결정의 성장을 위한 요구들에 따라 제어될 수 있다. 또한, 성장 프로세스에서 특정 벌크 단결정을 성장시키기 위해, 용융물로의 거리 및/또는 용융 표면에 대한 뚜껑의 기울기는 편리한 방법으로 변경될 수 있다.
단열 뚜껑이 셔터이거나 셔터를 포함하고, 셔터를 개폐하는 것에 의해 단열 뚜껑에 의해 덮이는 용융 표면의 양이 조절 가능하게 구성되는 경우 유리하다. 셔터이거나 셔터를 포함하는 단열 뚜껑은 다양한 방법으로 실현될 수 있다.
실시예에서, 셔터는 동일한 중심점을 갖도록 어느 하나가 다른 하나 상에 배열되는 두 개의 원반들(disks)을 포함한다. 두 개의 원반들은 동일한 지름, 그러나 또한 다른 지름들을 가질 수 있다. 또한, 두 개의 원반들은 어느 하나가 다른 하나 상에 배열되어 서로에 대해 회전할 수 있어서, 셔터는 서로에 대해 원반들을 회전시킴으로써 개폐될 수 있다.
두 개의 원반들은 예를 들어 균일하게 형상화된 다수의 구멍들을 포함할 수 있고, 두 개의 원반들의 구멍들은 동일한 지름을 갖는 원의 원주를 따라 분포된다. 다른 실시예들에서, 구멍들은 예를 들어 다른 사분면들이 지속적으로 뚫린 구멍이 없는데 반하여 원반의 특정 사분면에 배열될 수 있다.
셔터를 포함하는 단열 뚜껑의 다양한 다른 실시예들에서, 셔터는 개폐될 수 있는 하나 이상의 윈도우들에 의해 실현된다. 하나 이상의 윈도우들의 개방 각도를 선택함으로써, 시간 주기 당 용융 표면으로부터 방출되는 열 방사의 양은 제어될 수 있다. 각각이 대응 뚜껑으로 폐쇄될 수 있는 다수의 구멍들을 갖는 단열 뚜껑에 의해, 셔터를 포함하는 단열 뚜껑을 실현하는 것이 또한 가능하다. 다수의 구멍들을 폐쇄하기 위한 그러한 뚜껑은 또한 일체로 만들어져 다수의 구멍들이 하나의 단계로 개폐될 수 있다.
단열 뚜껑은 견고하고 가능한 열 충격을 포함하는 뜨거운 환경을 견딜 수 있는 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 단열 뚜껑은 도가니와 동일한 재료(Ba2ScNbO6인 경우 이리듐) 또는 벌크 단결정이 성장될 시작 재료와 동일한 화학적 요소로 만들어진다. 예를 들어, 특히 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 성장시킬 때, 단열 뚜껑은 Ba2ScNbO6의 원반 형태의 조각으로 만들어질 수 있다.
단열 뚜껑의 외부 지름은 도가니, 특히 덮인 도가니 상부(천공된 이리듐 원반 아래) 아래의 내부 지름보다 작아야 한다. 그 후, 벌크 단결정을 성장시킬 때 용융 표면의 단지 일부가 용융 표면 상에 이격하여 배열되는 뚜껑에 의해 덮인다. 그러면 뚜껑과 도가니 벽 사이의 영역은 덮이지 않게 되어 방사된 열이 뚜껑에 의해 차단되지 않는다. 덮인 및 덮이지 않은 용융 표면 영역들의 비율은 특정 벌크 단결정의 성장을 위해 가장 적합한 용융물 내의 온도 분포를 설계하는 추가적인 파라미터로서 사용될 수 있다.
하나의 실시예에서, 단열 뚜껑은 도가니에 중심으로 배열되어, 덮인 중심을 둘러싸는 덮이지 않은 용융 표면 영역이 용융물로부터 열을 방사한다.
단열 뚜껑은 또한 우수한 단열을 제공하도록 비교적 두꺼울 수 있다. 대안적으로, 단열 뚜껑은 또한 몇몇 적층된 뚜껑들을 포함할 수 있고, 하나의 실시예에서 또한 뚜껑들 사이에 작은 거리들을 가질 수 있다.
특히, 완전하게 도가니를 덮도록 구성되는 단열 뚜껑은, 벌크 단결정이 성장하는 동안 단열 뚜껑에 의해 덮이는 용융 표면의 양을 조절하는 셔터를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 도가니는 천공된 원반으로 덮인다. 천공된 원반은 절연 뚜껑을 위치시킨 후 도가니 상에 배치될 수 있다. 단열 뚜껑의 고정대, 예를 들어 단열 뚜껑에 부착되는 아암은 천공된 원반의 천공된 구멍을 통해 연장할 수 있다. 천공된 구멍을 통해 연장하는 고정대는 용융 표면 상에 부착된 단열 뚜껑의 거리를 조절하도록 천공된 원반에 대해 및 도가니에 대해 수직하게 움직일 수 있다. 바람직하게는, 도가니는 단열체에 내장되고, 단열체는 도가니에 가깝거나 도가니와 접촉한다. 단열체는 도가니의 아래, 옆 및/또는 위에 배열될 수 있다.
예를 들어, 도가니는 ZrO2 및 Al2O3 단열체 내에 내장될 수 있고, Al2O3은 바람직하게는 낮은 성장 온도로 또는 성장 장치의 냉각 영역들 내에서 사용된다.
도가니는 이리듐 또는 백금 도가니일 수 있다. 일반적으로, 시작 재료 및 이 시작 재료의 용융물을 또한 보유하도록 구성되는 어떠한 도가니도 사용될 수 있다. 결과적으로, 도가니는 용융될 재료보다 높은 용융 온도를 가질 필요가 있다. 따라서, 적합한 도가니는 바람직하게는 예를 들어 적어도 2200℃의 높은 가열 온도 및 냉각을 또한 견디도록 구성된다. 또한, 도가니는 시작 재료와 반응하지 않는 재료로 만들어져야 한다.
성장 장치의 도가니는 다양한 형태들 및 크기들로 실현될 수 있다. 더 큰 도가니는 성장될 더 큰 벌크 단결정을 가능하게 한다. 따라서, 도가니의 크기는 성장될 벌크 결정의 바람직한 크기에 따라 선택될 수 있다. 일반적으로, 그들이 편리한 방법으로 균일하게 가열될 수 있도록 도가니가 원통형으로 형성되는 경우 바람직하다. 도가니의 바람직한 지름/높이 비율은 0.3 내지 2의 범위에 해당한다. 예를 들어, 도가니는 28mm의 내부 지름 및 42mm의 높이를 가질 수 있다.
도가니가 벌크 단결정이 성장될 시작 재료와 적어도 동일한 화학적 요소들을 포함하는 분말로 만들어진 스컬(Skull) 도가니인 경우 또한 유리할 수 있다. 예를 들어, 시작 재료가 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하고 성장될 벌크 단결정이 벌크 Ba2ScNbO6 단결정인 경우, 스컬 도가니는 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 분말로 만들어질 수 있다. 스컬 도가니를 사용할 때, 시작 재료는 전형적으로 가열 요소로 도가니를 가열함에 따라 도가니의 중앙 부분에서 용융된다. 스컬 도가니의 외부는 도가니 자체의 용융을 방지하도록, 예를 들어 수냉 베셀(water-cooled vessel)을 사용하여 냉각된다. 스컬 도가니의 장점은 도가니가 용융될 재료보다 높은 용융 온도를 가질 필요가 더 이상 없다는 것이다.
가열 요소는, 바람직하게는 도가니 내에 보유되는 시작 재료를 가열하는 적어도 하나의 유도 가열 코일을 포함하는 유도 가열 요소(induction heating element)일 수 있다. 따라서, 유도 가열 코일을 사용할 때 가열은 RF 유도에 의해 달성된다. 바람직하게는, 유도 가열 코일은 도가니 옆의 단열체 주위에 감싸진다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예들이 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도면들은 다음과 같다.
도 1은 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 2는 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 성장시키기 위한 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 3은 벌크 단결정을 성장시키기 위한 성장 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 셔터 기능이 개방 상태 a) 및 폐쇄 상태 b)인 단열 뚜껑의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 5는 셔터 기능이 개방 상태 a) 및 폐쇄 상태 b)인 단열 뚜껑의 추가 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 6은 b)의 사진에 도시된 벌크 Ba2ScNbO6 단결정으로부터 생성되는 선택된 브래그 반사(Bragg reflection)의 그레이스케일 강도 플롯을 a)에 도시하고, c)에서 벌크 Ba2ScNbO6 단결정 영역 내에서 수집된 분광 총계를 도시한다.
도 7은 10mm의 측방향 크기를 갖는 화학-기계적으로 폴리싱된 (001) 배향 Ba2ScNbO6 단결정 기판을 도시한다.
도 8은 Ba2ScNbO6 단결정 기판 및 상부에서 에피텍셜하게 성장된 BaSnO3 결정 층을 포함하는 구조의 투과 전자 현미경(TEM)의 현미경 사진을 도시한다.
도 9는 셔터 기능을 갖는 단열 뚜껑의 추가 실시예의 원반을 개략적으로 도시한다.
도 10은 셔터 기능을 갖는 단열 뚜껑의 추가 실시예의 원반을 개략적으로 도시한다.
도 11은 셔터 기능을 갖는 단열 뚜껑의 추가 실시예의 원반을 개략적으로 도시한다.
도 1은 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다. 성장 방법은 예를 들어 도 3에 기재된 것과 같은 성장 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
제1 단계(S1)에서, 시작 재료는 도가니 내로 삽입된다. 시작 재료는 순도 99.99%의 건조 분말 형태로 제공된다. 본 발명의 다양한 다른 실시예들에서, 시작 재료는 1% 범위 내의 불순물들 및 5% 범위 내의 도펀트들을 포함한다. 도가니 내로 시작 재료를 삽입하기 전에, 예를 들어 상이한 화학적 종들의 분말들을 칭량, 혼합 및 하소하는 단계를 포함하는 시작 재료로부터 분말 혼합체가 생산되는 경우 유리하다.
여기서, 시작 재료는 성긴 분말로서 도가니 내로 삽입된다. 용융 전에 성긴 분말은 도가니 내에서 압축될 수 있다. 그러나, 다양한 다른 실시예들에서 시작 재료는 도가니 내로 삽입하기 전에 압축되는 것이 바람직하다. 도가니 내로 시작 재료를 삽입하기 전에 시작 재료를 압축하는 것은, 도가니가 더욱 효율적으로 시작 재료로 충진되는 것을 허용하며 또한 도가니 내의 시작 재료를 더 효과적으로 용융되게 만들기 때문에 보통 바람직하다.
시작 재료는 예를 들어 다중 산화 상태들을 띨 수 있는 양이온 종들과 결합되는 산소를 포함할 수 있다. 특히, 시작 재료가 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 경우 바람직하다.
삽입하는 단계 후에, 단계(S2)에서 시작 재료는 예를 들어 가열 요소로 시작 재료를 가열하는 것에 의해 도가니 내에서 용융된다. 시작 재료가 예를 들어 원통형 바의 형태의 압축된 형태로 도가니 내에 삽입되는 경우, 바는 용융하는 동안 도가니의 저부로 가라앉는다.
시작 재료를 용융물로 용융시키는 단계 후에, 단계(S3)에서 단열 뚜껑이 용융 표면으로부터 방출되는 방사를 차단하도록 상기 용융물의 용융 표면 상에 이격하여 배열된다. 특히, 단열 뚜껑은 용융 표면 상에 배열되어 용융 표면의 적어도 중앙 부분이 뚜껑에 의해 덮인다. 바람직하게는, 뚜껑은 예를 들어 1mm 및 10mm의 범위 내에서 용융 표면에 가깝게 배열된다. 그러나, 다양한 실시예들에서 1mm 및 100mm 사이의 거리에서 용융 표면 상에 단열 뚜껑이 배열되는 경우 유리하다. 단열 뚜껑은 또한 시작 재료를 용융시키기 전에 또는 추가 실시예들에서 시작 재료를 용융시키는 동안 용융물 또는 용융되지 않은 시작 재료들 상에 배열될 수 있다.
용융 표면 상에 이격하여 배열되는 단열 뚜껑으로, 단계(S4)에서 벌크 단결정은 용융물로부터 성장한다. 이로써, 도가니의 중앙 부분을 향한 도가니 벽에서의 결정 응집, 결정립 선택 및 연속적인 결정립 확장이 발생하여 벌크 단결정은 도가니 벽으로부터 도가니의 중앙 영역을 향하여 성장한다.
결정 성장은 용융 표면 상에 배열되는 단열 뚜껑으로 제어 가능하게 용융물을 냉각시킴에 따라 달성된다. 제어 가능하게 용융물을 냉각시키는 것은, 예를 들어 미리 정해진 시간 주기 동안 가열 요소에 의해 제공되는 열을 감소시킴에 따라 수동적으로 수행될 수 있거나 및/또는 예를 들어 용융 표면 상에 불활성 가스 용제를 닿게 함에 따라 능동적으로 수행될 수 있다.
위에 설명된 것과 같이 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법의 단계들을 수행하면서, 바람직하게는, 도가니는 불활성 가스 분위기, 예를 들어 아르곤 또는 질소 분위기, 바람직하게는 주변 압력 하에 배열된다.
도 2는 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 성장시키기 위한 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다. 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 성장시키기 위한 방법은 예를 들어 도 3에 설명되는 것과 같은 성장 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 도 2에 설명된 성장 방법은 도 1에 설명된 성장 방법의 변형 예를 구성한다.
도 2의 흐름도에 의해 나타난 성장 방법에서, 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 시작 재료는 순도 99.99%의 건조 분말로 제공된다. 시작 재료는 5 몰%보다 작은 함량인 MgO 및/또는 CaO의 도펀트들을 또한 포함할 수 있다. 단계(B1)에서 시작 재료는 도가니 내로 삽입된다. 다양한 실시예들에서 도가니 내로 시작 재료를 삽입하는 단계 전에, 분말 혼합체는 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하는 시작 재료로부터 생성된다. 시작 재료로부터 분말 혼합체를 생성하는 가능한 하나의 방법은 건조 분말들을 칭량, 혼합 및 하소하는 것이다. 시작 재료를 하소하는 것은, 예를 들어 1300℃에서 12 시간 동안 공기 중에서 수행될 수 있다. 시작 재료로부터 생성되는 분말 혼합체는 그 후 도가니 내로 삽입된다. 특히, 충진 프로세스 및 후속 용융하는 단계에서, 시작 재료 또는 그로부터 생성되는 분말 혼합체는 압축되는 것이 보통 유익하다. 예를 들어, 시작 재료는 도가니 내로 삽입되는 원통형으로 형성되는 바로 압축될 수 있다. 시작 재료를 압축하는 가능한 하나의 방법은 0.2 GPa에서 냉간 등방 성형을 이용하는 것이다.
단계(B2)에서 도가니 내에 보유된 시작 재료는 그 후 시작 재료를 가열함에 따라 용융된다. 시작 재료를 용융물로 용융시키기 위해, 도가니는 적어도 벌크 Ba2ScNbO6 단결정의 용융 온도까지 가열된다. 벌크 Ba2ScNbO6 단결정의 용융 온도 상에 있도록, 도가니는 예를 들어 2200℃의 온도까지 가열될 수 있다.
시작 재료를 용융하는 단계 후에, 단계(B3)에서 단열 뚜껑은 용융 표면으로부터 방출되는 방사를 차단하도록 상기 용융물의 용융 표면 상에 이격하여 배열된다. 특히, 단열 뚜껑은 용융 표면 상에 배열되어 용융 표면의 적어도 중앙 부분이 뚜껑에 의해 덮인다. 바람직하게는, 뚜껑은 예를 들어 1mm 및 10mm의 범위 내에서 용융 표면에 가깝게 배열된다. 그러나, 다양한 실시예들에서 단열 뚜껑이 용융 표면 상에 1mm 및 100mm 사이에 이격하여 배열되는 경우 유리하다. 단열 뚜껑은 또한 시작 재료를 용융하기 전에 또는 추가 실시예들에서 시작 재료를 용융하는 동안 용융물 또는 용융되지 않은 시작 재료 상에 배열될 수 있다.
도가니에 보유된 용융물은 그 후 용융물로부터 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 성장시키기 위해(B4) - 수동적으로 및/또는 능동적으로 - 제어 가능하게 냉각된다. 벌크 Ba2ScNbO6 단결정의 성장 동안, 단열 뚜껑은 용융 표면으로부터 방출되는 열 방사를 차단하고 결정 성장을 돕는 특정 온도 분포를 생성하도록 용융 표면 상에 배열된다. 결정 성장을 위해 유리한 그러한 온도 분포는, 도가니 벽에 가깝게 낮은(차가운) 온도를 갖고 및 도가니의 중앙 부분에서 높은(뜨거운) 온도를 갖는 온도 구배를 포함할 수 있다.
도 1에 설명된 것과 같은 성장 방법들 및 특히 도 2에 설명된 이러한 성장 방법의 변형 예에서, 5mm × 5mm × 5mm (길이 × 폭 × 높이) 보다 큰 부피를 갖는 벌크 Ba2ScNbO6 단결정이 성장될 수 있다. 결과적으로, 도 1 및 2에 설명된 방법들에서 성장된 벌크 Ba2ScNbO6 단결정으로부터 Ba2ScNbO6 단결정 기판들이 제조될 수 있고, 전자 장치들을 제조하기 위한 전자 산업에서 사용될 수 있다.
도 3은 길이 방향 단면 관점에서 벌크 단결정을 성장시키기 위한 성장 장치(300)를 개략적으로 도시한다. 성장 장치(300)는 도 1 및 도 2에 설명되는 것과 같은 성장 방법들을 실행하는데 사용될 수 있다.
성장 장치는 단열체(304)에 내장되는 도가니(302)를 포함한다. 단열체(304)는 예를 들어 ZrO2 및 Al2O3을 포함할 수 있다. 도가니 그 자체는 예를 들어 이리듐 또는 백금으로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 도가니(302)는 원통형 형상을 갖는다. 그러나, 도가니(302)는 또한 상이한 형태들로 실현될 수도 있으며, 예를 들어 도가니(302)는 반구형 형상을 가질 수 있거나 또는 도가니(302)는 정육면체 형상일 수 있다. 더 큰 도가니로, 더 큰 벌크 단결정이 성장될 수 있다. 따라서, 바람직하게는 특정 크기를 갖는 벌크 단결정을 성장시키기 위해, 시작 재료를 용융하는 단계에서 필요한 에너지를 절약하기 위해 또한 너무 크지 않은 개별 도가니가 선택된다. 약 15mm × 15mm × 15mm (길이 × 폭 × 높이)의 부피를 갖는 벌크 단결정을 성장시키기 위해, 예를 들어 30mm의 내부 지름 및 50mm의 높이를 갖는 도가니가 사용될 수 있다.
도가니(302)는, 바람직하게는 도가니(302)와 동일한 재료, 예를 들어 이리듐 또는 백금으로 만들어진 천공된 원반(303)에 의해 덮인다. 천공된 원반(303)은 용융 표면으로부터 방출된 열 방사를 차단하는 역할을 한다. 천공된 원반(303)은 선택적이며, 예를 들어 도 1 또는 도 2에 설명되는 것과 같은 성장 방법들 중 하나를 실행함에 따라 벌크 단결정을 성장시키기 위해 필수적인 것은 아니다.
성장 장치(300)는, 도가니(302) 내에 보유되고 용융되는 시작 재료를 용융하기 위해 배열되고 구성되는 가열 요소(306)를 추가로 포함한다. 특히, 가열 요소(306)는 도가니(302) 주위에 감싸지는 유도 가열 코일을 포함한다. 따라서, 시작 재료를 용융물로 가열하는 단계는 주로 도가니 및 도가니 뚜껑 내로의 RF 유도에 의해 달성될 수 있다.
성장 장치(300)에서, 용융물(308)이 도시된다. 도가니(302) 내부에 보유된 용융물(308) 상에 이격하여, 용융물(308)의 표면 부분을 적어도 부분적으로 덮는 단열 뚜껑(310)이 배열된다. 특히, 단열 뚜껑(310)은 도가니 벽으로부터 도가니 중심을 향하여 결정 성장을 돕도록, 도가니(302) 내부에 보유된 용융물(308) 내의 온도 분포에 영향을 주고 제어하도록 배열되고 구성된다. 단열 뚜껑(301)은 도 4a 및 4b, 도 5a 및 5b, 및 도 9, 10 및 11에 설명된 것과 같은 셔터를 포함할 수 있다. 셔터를 포함하는 단열 뚜껑으로, 벌크 단결정을 성장시키는 동안 단열 뚜껑에 의해 덮이는 용융 표면의 양은 조절될 수 있다. 단열 뚜껑(310)은 예를 들어 이리듐으로 만들어질 수 있다. 특히, 시작 재료가 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하고 성장 장치(300)가 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 성장시키기 위해 사용되는 경우, 단열 뚜껑(310)은 Ba2ScNbO6의 원반 형태의 조각으로 만들어질 수 있다.
단열 뚜껑(310)은, 단열 뚜껑(310)이 들어올려질 수 있거나 또는 용융물(308)의 표면에 가깝게 움직이게 하는 고정대로서의 아암(312)에 부착된다. 아암은 천공된 원반(303)의 구멍을 통해 수직하게 연장하여 아암에 부착된 단열 뚜껑이 들어올려질 수 있다. 예를 들어, 아암은 그 단부에 도가니 밖으로 스크류 나사를 가질 수 있고 수동으로 움직여질 수 있다. 아암은, 예를 들어 아암에 연결되는 전기적으로 구동되는 모터에 의해 자동적으로 들어올려지는 것이 또한 가능하다.
이러한 성장 장치는 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 성장시키기 위해, 특히 도 2에 설명된 방법에서 특히 유용하다.
도 4a, 4b 및 5a, 5b는 셔터 기능을 갖는 단열 뚜껑의 두 개의 상이한 실시예들을 개략적으로 도시한다. 도 4a, 4b 및 5a, 5b에 설명되는 것과 같은 셔터 기능을 갖는 단열 뚜껑들은 도 3에 설명되는 것과 같은 성장 장치에서 단열 뚜껑으로 사용될 수 있다. 셔터를 개폐함에 따라, 단열체에 의해 덮이는 용융 표면의 양이 조절될 수 있다. 상응하여, 도가니로부터 빠져 나오는 것이 허용되는 열 방사의 양은 셔터에 의해 조절될 수 있다. 셔터는 도 4a, 4b 및 5a, 5b가 도시하는 단순화된 선택된 예들의 상이한 방법들로 실현될 수 있다. 특히, 단열 뚜껑의 셔터 기하 구조는 특정 성장 시나리오들에 적응될 수 있다.
도 4a 및 도4b에 도시되는 것과 같은 셔터 기능을 갖는 단열 뚜껑(400)은 동일한 중심점을 갖도록 하나가 다른 하나 상에 배열되는 두 개의 원반들(402, 404)을 포함한다. 두 개의 원반들은, 도 4a 및 도4b 결과에 도시된 것과 같은 동일한 지름 그러나 또한 상이한 지름들을 가질 수 있다. 두 개의 원반들은 다수의 원형으로 형상화된 구멍들(406, 408)을 포함하고, 원의 둘레를 따라 분포되는 두 개의 원반들(402, 404)의 구멍들(406, 408)은 동일한 지름을 갖는다. 추가로, 두 개의 원반들(402, 404)은 하나가 다른 하나 상에 배열되어 그들이 서로에 대해 회전될 수 있다. 도 4a에 도시된 것과 같이, 두 개의 원반들(402, 404)이 배열되어 하나의 원반(402)의 구멍들은 다른 원반(404)의 구멍들과 일치한다. 그 다음에, 셔터는 개방되고 단열체에 의해 덮이는 용융 표면의 양은 최소가 된다. 도 4b에서, 반대의 경우, 즉 두 개의 원반들(402, 404)이 하나가 다른 하나 상에 배열되어 두 개의 원반들(402, 404)의 구멍들(406, 408)이 겹치지 않으면 단열체에 의해 덮이는 용융 표면의 양이 최대가 된다. 물론, 두 개의 원반들(402, 404)은 완전하게 개방되고 완전하게 폐쇄되는 것 사이에서 겹치는 상태를 가지도록 하나가 다른 하나 상에 배열될 수 있다.
또한, 셔터 기능을 갖는 단열 뚜껑은 더 많은 구멍들, 상이한 크기들 및 형상들의 구멍들 및 상이한 패턴으로 배열되는 다수의 구멍들을 가질 수 있다. 예를 들어, 상이한 패턴은 도 5a 및 5b에 도시된 것과 같은 패턴이다. 도 4a 및 4b에 설명된 단열 뚜껑(400)과 비교하여, 도 5a 및 5b의 단열 셔터(500)는 각각이 다수의 구멍들(506, 508)을 갖는 두 개의 원반들(502, 504)을 포함한다. 도 4a 및 4b에 설명된 것과 같이, 두 개의 원반들(502, 504)은 셔터를 폐쇄 또는 개방하도록 서로에 대해 회전될 수 있다. 이로 인해, 도 5a는 개방 상태인 셔터를 갖는 단열 뚜껑(500)을 도시하고, 도 5b는 폐쇄 상태인 셔터를 갖는 단열 뚜껑(500)을 도시한다.
여기서, 구멍들(506, 508)은 꼭지점들 중 하나가 원반들(502, 504)의 림에 가장 가까운 삼각형으로 형상화된다. 용융물의 온도 분포의 특별한 설계를 위해, 삼각형들의 각각이 180°만큼 회전되어 가장 짧은 에지가 원반들(502, 504)의 림에 가장 가까운 경우 유리할 수 있다.
셔터를 포함하는 단열 뚜껑의 다양한 다른 실시예들에서, 셔터는 개방 및 폐쇄될 수 있는 하나 이상의 윈도우들에 의해 실현될 수 있다. 하나 이상의 윈도우들의 개방 각도를 선택함에 따라, 시간 주기 당 용융 표면으로부터 방출되는 열 방사의 양은 제어될 수 있다.
다수의 구멍들을 갖는 단열 뚜껑에 의해 셔터를 갖는 단열 뚜껑을 실현하여 각각이 대응 뚜껑에 의해 폐쇄될 수 있는 것이 또한 가능하다. 다수의 구멍들을 폐쇄하기 위한 그러한 뚜껑은 또한 일체로 만들어질 수 있어 다수의 구멍들은 하나의 단계에서 폐쇄되고 개방될 수 있다.
도 6은 b)에서 촬영된 벌크 Ba2ScNbO6 단결정으로부터 생성되는 선택된 브래그 반사의 그레이스케일 강도 플롯을 a)에 도시한다. a)에 도시된 측정은 b)에서 흰색 상자로 지시된 영역 내 벌크 Ba2ScNbO6 단결정 상에서 수행되었다. 벌크 Ba2ScNbO6 단결정은 도 2에 설명된 것과 같은 방법으로 이리듐 도가니를 사용하여 용융물로부터 성장되었고, 17mm × 17mm × 15mm (길이 × 폭 × 높이)의 부피를 갖는다.
흰색 점선들로 둘러싸인 a)의 영역은 벌크 Ba2ScNbO6 단결정의 단결정 영역을 나타낸다. 도 6b)에 도시된 이러한 벌크 Ba2ScNbO6 단결정은 따라서 보다 큰 다중 결정질 부피의 부분이다. 벌크 Ba2ScNbO6 단결정이 성장한 그대로의 상태에서 측정되었기 때문에, 브래그 피크 강도의 약간의 차이들은 지형학적(topographic) 효과들에 관련된다. c)에서, 단결정 영역 내에서 수집된 분광 총계가 도시된다.
도 7은, 10 × 10 mm2의 표면 영역을 갖는 화학-기계적으로 폴리싱된 (001) 배향 Ba2ScNbO6 단결정 기판의 차등 간섭 대비(differential interference contrast, DIC) 현미경 사진을 도시한다. Ba2ScNbO6 단결정 기판은 도 6b)에 도시된 벌크 Ba2ScNbO6 단결정으로부터 준비되었다.
도 8은 a), b) 및 c)의 상이한 배율들에서 Ba2ScNbO6 단결정 기판 및 상부에서 에피텍셜하게 성장된 250nm 두께의 비도핑 BaSnO3 결정 층에 이어서 3 × 1019 cm-3의 자유 전자 농도를 산출하도록 도핑된 130nm 두께의 La 도핑된 BaSnO3 층을 포함하는 다중 층 구조의 투과 전자 현미경(TEM)의 현미경 사진을 도시한다. 특히, c)에서 다중 층 구조의 Ba2ScNbO6 단결정 기판 및 BaSnO3 결정 층 사이의 계면(점선으로 지시된)이 높은 구조적 완성도를 갖는 것이 분명하게 도시될 수 있다. 이는 Ba2ScNbO6 단결정 기판 자체의 높은 구조적 특성으로 인한다. 단결정질 Ba2ScNbO6 기판 및 250nm 두께의 비도핑 BaSnO3 결정 층에 이어서 130nm 두께의 La 도핑된 BaSnO3 층을 포함하는 도시된 다중 층 구조는 cm2 당 108 전위들보다 작은 평균 스레딩 전위 밀도 및 23 arcsec (0.006°)와 동등한 요동 곡선의 반치폭(FWHM)을 갖는다. 홀 효과 방법을 이용하여 만들어진 이 필름 상의 전기적 이동 측정은 층이 3 × 1019 전자 cm=3의 농도를 포함하고 이러한 전자들의 이동도가 상온에서 190cm2V-1S-1을 초과하는 것을 나타낸다. 이러한 이동도는 문헌 내 어떤 보고서보다 높으며 이러한 필름들을 이용하는 전자 장치들, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터에서 달성될 수 있는 전자 이동도를 암시한다.
도 9, 10 및 11은 셔터 기능을 갖는 단열 뚜껑의 실시예의 원반들로서 사용되는 원반들의 실시예들을 도시한다. 도 4a 및 4b, 5a 및 5b와 같이, 각각의 단열 뚜껑은 셔터를 개폐하도록 서로에 대해 회전될 수 있는 동일한 형상의 두 개의 원반들을 포함한다. 이러한 뚜껑들의 구멍들과 개구들의 적절한 설계뿐만 아니라 이들 사이의 상호 회전에 의해, 결국 도가니 내 결정의 핵 형성 및 성장에 영향을 주는 용융물의 온도 프로파일이 제어될 수 있다.
도 9는 셔터 기능을 갖는 단열 뚜껑으로서 기능하는 동일한 형상의 두 개의 원반들(900) 중 하나를 개략적으로 도시한다. 원반(900)은 원의 3개 사분면에서 연장한다. 제4 사분면(904)은 두 개의 원반들의 제4 사분면(904)이 서로에 대해 적어도 부분적으로 겹칠 때 개구를 형성하는 원반을 고정하는 작은 내측 원을 제외하고 좌측에서 개방되어, 용융 표면 상에 이격하여 배열될 때 용융 표면으로부터 방출되는 열 방사가 개구를 통해 빠져나올 수 있다. 하나의 실시예에서, 위에 배열된 원반이 다른 원반에 대해 회전될 수 있는 반면에 용융물에 더 가까운 원반은 도가니의 상부에 고정되어 있다. 다른 실시예들에서, 두 개의 원반은 회전될 수 있다. 단열 뚜껑을 실현하는 두 개의 원반들(900)이 일치하게 배열될 때, 개구는 최대이다. 서로에 대해 원반들을 추가로 회전시킴에 따라, 개구의 영역은 감소하여 빠져나올 수 있는 열 방사의 양은 감소한다. 셔터는 서로에 대해 두 개의 원반들을 배열함에 따라 폐쇄될 수 있어 개별 원반들(900)의 각각의 제4 사분면(904)의 개구는 다른 개별 원반에 의해 완전하게 덮인다. 두 개의 원반들(900)을 포함하는 단열 뚜껑에 의해 덮일 도가니가 42cm의 내부 지름을 갖는 경우, 단열 뚜껑의 원반들은 또한 42cm의 지름을 가질 수 있다. 바람직하게는, 원반들(900)의 각각은 1.5cm의 두께를 갖는다.
도 10은 셔터 기능을 갖는 단열 뚜껑으로서 기능하는 동일한 형상의 두 개의 원반들(910) 중 하나를 개략적으로 도시한다. 원반(910)은 단순히 도 9에 도시된 원반과 같이 구성되고 기능한다. 따라서, 도 9의 원반(900)과의 차이점들만이 설명된다. 제4 사분면(914) 내의 개구에 추가적으로, 원반(910)은, 제4 사분면 내의 개구에 반대인 제2 사분면(912)에 원반(910)의 방사 방향으로 배열되고 고르게 이격된 다수의 세장형 만곡 구멍들(915)을 포함한다. 도시된 두 개의 원반들(910)을 포함하는 단열 뚜껑은 서로에 대해 원반들의 배열에 의존하는 다수의 개방 상태들을 가질 수 있다. 예를 들어, 개구 및 구멍들(915)은 다른 개별 원반에 의해 완전하게 덮이거나 덮이지 않을 수 있다. 다른 개별 원반의 제4 사분면(914)의 개구가 구멍들(915)을 갖는 제2 사분면(912)과 겹칠 때, 각 원반의 구멍들(915)만이 개방되는 것이 또한 가능하다. 더욱이, 원반(910)은 단열 뚜껑을 위한 고정대를 수용하는 중앙 개구(916)를 갖는다.
도 11은 셔터 기능을 갖는 단열 뚜껑으로서 기능하는 동일한 형상의 두 개의 원반들(920) 중 하나의 추가적인 실시예를 개략적으로 도시한다. 원반(920)은 단순히 도 9에 도시된 원반과 같이 구성되고 기능한다. 따라서, 도 9의 원반(900)과의 차이점들만이 설명된다. 이 실시예에서 제4 사분면(924) 및 제2 사분면(922)은 개구들 또는 구멍들을 갖지 않는다. 대신에, 제1 사분면(921) 및 제3 사분면(923)에 원반(920)의 방사 방향으로 배열되고 고르게 이격되는 다수의 세장형 만곡 구멍들(925)이 배열되고, 원반(920)의 중심에 더 가까운 구멍들(925)은 중심에 더 먼 구멍들(925)보다 두께가 작다. 도 10의 원반(910)과 같이, 원반(920)은 단열 뚜껑을 위한 고정대를 수용하는 중앙 개구(926)를 갖는다.

Claims (27)

  1. 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은
    - 도가니 내로 시작 재료를 삽입하는 단계,
    - 상기 시작 재료를 가열하는 것에 의해 상기 도가니 내의 상기 시작 재료를 용융시키는 단계,
    - 상기 용융물의 용융 표면 상에 이격하여 단열 뚜껑을 배열하여 상기 용융 표면의 적어도 중앙 부분이 상기 뚜껑에 의해 덮이는 단계, 및
    - 상기 용융 표면 상에 배열된 상기 단열 뚜껑으로 제어 가능하게 상기 용융물을 냉각하는 것에 의해 상기 용융물로부터 벌크 단결정을 성장시키는 단계를 포함하고,
    상기 벌크 단결정을 성장시키는 단계는, 상기 벌크 단결정이 도가니 벽으로부터 상기 도가니의 중앙 영역을 향하여 성장하도록, 상기 단열 뚜껑이 상기 용융 표면 상에 배열되는 거리 및 상기 단열 뚜껑에 의해 덮이는 상기 용융 표면의 양 중 적어도 하나를 조절함으로써 상기 용융물 내의 온도 분포에 영향을 주는 단계를 포함하는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융물의 냉각은 미리 정해진 시간 주기 동안 가열 요소에 의해 제공되는 열의 감소에 의해 수동적으로 제어되고, 그리고/또는 능동적으로 제어되는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용융물의 상기 용융 표면 상에 상기 단열 뚜껑이 배열되는 거리는 1mm 와 100mm 사이의 거리에서 배열되는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시작 재료는 용융 전에 압축되는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도가니는 불활성 가스 분위기 내에 배치되는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시작 재료는 다중 산화 상태들을 띨 수 있는 양이온 종들과 결합되는 산소를 포함하고, 상기 벌크 단결정은 다중 산화 상태들을 띨 수 있는 적어도 하나의 양이온 종들을 포함하는 산화물을 포함하는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시작 재료는 적어도 Ba, Sc, Nb 및 O를 포함하고,
    상기 생성된 벌크 단결정은 벌크 Ba2ScNbO6 단결정인, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 시작 재료는 5 몰%보다 작은 함량의 MgO 및/또는 CaO를 추가적으로 포함하고, 생성된 벌크 단결정은 Mg 및/또는 Ca 도핑된 벌크 Ba2ScNbO6 단결정인, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    적어도 부분적으로 상기 Ba2ScNbO6 단결정을 둘러싸는 다중 결정질(multicrystalline) 또는 다결정질(polycrystalline) 매트릭스로부터 상기 벌크 Ba2ScNbO6 단결정을 분리시키는 단계를 추가적으로 포함하는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 벌크 Ba2ScNbO6 단결정의 조각을 커팅하는 단계를 추가적으로 포함하는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조각으로부터 측 방향 크기로 6mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름을 갖는 Ba2ScNbO6 기판을 제조하는 단계를 추가적으로 포함하는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 방법.
  12. 6mm × 6mm와 동등하거나 또는 보다 큰 횡단면 영역을 갖는, 벌크 Ba2ScNbO6 단결정.
  13. 제12항에 있어서,
    입방 대칭 및 412pm의 격자 상수를 갖는, 벌크 Ba2ScNbO6 단결정.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    불활성 가스 분위기 내 주변 압력에서 2165 +/- 30℃의 용융점을 갖는, 벌크 Ba2ScNbO6 단결정.
  15. 측 방향 크기로 6mm와 동등하거나 또는 보다 큰 지름을 갖는, 단결정질 Ba2ScNbO6 기판.
  16. 제15항의 단결정질 Ba2ScNbO6 기판 및 상기 Ba2ScNbO6 기판 상에 성장된 하나 이상의 결정 층들을 포함하는 (다중)층 구조.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 결정 층들은 페로브스카이트를 포함하고, 및/또는
    상기 하나 이상의 결정 층들은 PrZr1-xTixO3 (PZT), PbCa1-xTixO3 (PCT) 또는 Ba1-xSrxSnO3인 페로브스카이트 고용체들 중 적어도 하나를 포함하고, x는 0과 1 사이의 수이고, 및/또는
    상기 하나 이상의 결정 층들은 PbMg1/3Nb2/3O3-PbTiO3 (PMN-PT), PbZn1/3Nb2/3O3-PbTiO3 (PZN-PT) 및 PbIn1/2Nb1/2O3-PbMg1/3Nb2/3O3-PbTiO3 (PIN-PMN-PT)인 릴렉서 강유전체(relaxor-ferroelectric) 고용체들 중 적어도 하나를 포함하는, (다중)층 구조.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 결정 층들 중 하나는 상기 Ba2ScNbO6 기판 상에 직접적으로 성장되는 BaSnO3 결정 층이고,
    상기 BaSnO3 결정 층은 cm2 당 108 전위들보다 작은 평균 스레딩 전위 밀도 및/또는 190cm2V-1S-1보다 큰 전자 이동도 및/또는 23 arcsec (0.006°)보다 작거나 또는 동등한 요동 곡선의 반치폭(FWHM)을 갖는, (다중)층 구조.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 (다중)층 구조를 포함하는 전자 장치.
  20. 용융물로부터 벌크 단결정을 성장시키기 위한 성장 장치로서,
    - 도가니
    - 상기 도가니 내에 보유되는 시작 재료를 용융물로 용융하기 위해 배열되고 구성되는 가열 요소, 및
    - 상기 도가니 내에 보유된 용융물의 용융 표면의 적어도 중앙 부분을 덮기 위한 단열 뚜껑을 포함하고,
    상기 단열 뚜껑은 셔터를 포함하고, 상기 셔터를 개폐하는 것에 의해 상기 단열 뚜껑에 의해 덮이는 상기 용융 표면의 양이 조절될 수 있도록 구성되는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 장치.
  21. 삭제
  22. 제20항에 있어서,
    상기 도가니는 단열체에 내장되는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 도가니는 이리듐 도가니인, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 장치.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 도가니는 적어도 상기 벌크 단결정이 성장될 상기 시작 재료와 동일한 화학적 요소들을 포함하는 분말로 만들어지는 스컬 도가니인, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 장치.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 가열 요소는 유도 가열 요소이고, 상기 유도 가열 요소는 상기 도가니 내에 보유된 시작 재료를 가열하는 적어도 하나의 유도 가열 코일을 포함하는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 장치.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 단열 뚜껑은 이리듐 또는 상기 벌크 단결정이 성장될 상기 시작 재료와 적어도 동일한 화학적 요소들로 만들어지는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 장치.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 도가니는 천공된 원반에 의해 덮이는, 벌크 단결정을 성장시키기 위한 장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4219803A1 (en) * 2022-01-31 2023-08-02 Siltronic AG Method and apparatus for producing electrically conducting bulk beta-ga2o3 single crystals and electrically conducting bulk beta-ga2o3 single crystal

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100430751B1 (ko) * 2000-02-23 2004-05-10 주식회사 세라콤 페로브스카이트형 구조 산화물의 단결정 성장 방법
JP2016222471A (ja) * 2015-05-27 2016-12-28 住友金属鉱山株式会社 単結晶の製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63225572A (ja) * 1987-03-13 1988-09-20 Tokyo Univ 超伝導性素材
JPH05294783A (ja) 1992-04-15 1993-11-09 Kawasaki Steel Corp シリコン単結晶の製造装置
US7208041B2 (en) * 2000-02-23 2007-04-24 Ceracomp Co., Ltd. Method for single crystal growth of perovskite oxides
US20110034336A1 (en) * 2009-08-04 2011-02-10 Amit Goyal CRITICAL CURRENT DENSITY ENHANCEMENT VIA INCORPORATION OF NANOSCALE Ba2(Y,RE)NbO6 IN REBCO FILMS
DE102010021203B4 (de) 2010-05-21 2020-11-12 Forschungsinstitut für mineralische und metallische Werkstoffe Edelsteine/Edelmetalle GmbH Terbiumtitanat zur Verwendung als Faraday-Rotator - Faraday-Rotator und optischer Isolator
JP6457396B2 (ja) 2012-11-30 2019-01-23 クエスト インテグレーテッド， エルエルシー ジルコン酸チタン酸鉛単結晶成長方法
US10868191B2 (en) * 2018-12-07 2020-12-15 Cornell University Patterning electronic devices using reactive-ion etching of tin oxides

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100430751B1 (ko) * 2000-02-23 2004-05-10 주식회사 세라콤 페로브스카이트형 구조 산화물의 단결정 성장 방법
JP2016222471A (ja) * 2015-05-27 2016-12-28 住友金属鉱山株式会社 単結晶の製造方法

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