KR19980018074A - 자기장 발생 장치 - Google Patents

Abstract

자기장 발생 장치는 에너지가 가해졌을 시에 코일 사이의 축위치 중간에서 제로 축 자기장 또는 거의 제로 축 자기장을 가지는 자기장을 발생시키도록 배치되는 축의 방향으로 공간을 이룬 한 쌍의 코일(10 및 11)을 포함한다. 코일 사이의 고리형 공간은 철 혹은 방사 방향으로 자화되고 코일에 의해 발생한 방사 자기장 강도를 증진시키는 재질의 층을 가진 철 혹은 철같은 재질(14)로 채워져있다. 장치는 반도체 재질의 단결성 성장에서 응용된다.

Description

자기장 발생 장치

본 발명은 자기장 발생 장치에 관련된 것이다.

본 발명은 자기장 결정 성장(field crystal groth) 분야의 요건에 따라 생긴 것이지만, 본 발명의 응용은 그런 자기장에 제한되지 않는다. 반도체 재질의 큰 단결정은 일반적으로 반열체 내에 동축(coaxially)으로 장착된 도가니를 포함하는 장치에 의해 성장된다. 도가니는 다량의 용융된 반도체 재질을 포함한다. 도가니는 발열체에 관련되어 상승되거나 하강될 수 있고 발열체에 대한 전기 에너지는 바람직한 온도 프로파일(profile)을 성취하도록 컴퓨터 제어나 다른 방법 아래 가해진다. 단결정 구조를 성장시키기 위해 반도체 재질의 시드(seed)는 용융된 재질의 표면에 접촉하도록 놓여지고, 그 때 시드는 단결정을 만들기 위해 용융된 재질에 대해 들어 올려진다. 이런 공정 동안에, 성공적인 결정 성장을 성취하도록 발열체의 체적내에서 정확하게 제어된 온도 변화율(gradient)을 성취되는 것이 중요하다. 시드 풀(pull) 비율 등의 다른 요소들도 임계적으로 제어되어야 하지만, 이는 본 분야의 숙련자에게는 명백한 것이고 본 발명을 이해하는 데에 대해 결정적인 것은 아니다.

용융된 재질에 대한 자기장의 인가는 결정 성장에 유익한 효과를 초래할 수 있음이 또한 알려져 있다. 자기장이 용융된 재질에 인가될시에, 용융된 재질 및 성장되는 결정의 접착면에서 제로이거나 거의 제로의 자기장가 있어야만 한다는 것이 또한 알려져 있다. 그런 요구를 성취하기 위한 공지된 방식은 수평 배치된 2개의 코일을 포함한 자기장 발생 장치를 이용하는 것으로서, 상기 2개의 코일은 하나가 다른 하나위에 동축으로 설치되고, 코일간의 축 중간상의 포인트에서 거의 제로 자기장을 발생시키도록 대향 방향으로 에너지가 가해지는 식으로 감겨진다. 그때 이용중 제로 포인트는 용융물 및 결정의 접촉면과 부합하도록 배치된다. 이는 일반적으로 용융물을 포함하는 도가니를 상승시키거나 항강시킴으로써 얻어진다. 코일은 또 일반적으로 코일에 대한 기계적인 고정물 및 자기 스크린, 양자의 역할을 하는 철 봉입물(enclosure) 내에 포함된다. 전력 소모를 줄이기 위해서는 코일을 축의 방향으로 분리시켜, 그들 사이에 공기 갭(gap)을 공급하는 것이 유리하다고 알려져 있다.

본 발명에 있어서, 공기 ㄱ과 비교될 시에 코일 배치에 의해 발생된 자기장 강도를 증진시키고, 소정의 전력 입력에 의해 발생된 자기장을 증진시키는 효과를 가진 재질을 축방향으로 공간을 이룬 코일간의 영역내에 위치시킬 것을 제안하고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자기장 발생 장치의 단면의 사시도.

도 2는 도 1에서의 자기장 발생 장치를 이용하는 결정 성장(crystal groth)장치의 개략도.

도 3는 도 1의 코일에 대한 전력 인가를 제어하기 위한 장치의 개략적인 블럭도.

도 4는 도 2의 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자계 프로파일(profile)의 도시도.

따라서, 본 발명에 따르면, 축 방향으로 공간을 이룬 제1 및 2코일을 포함한 자기장 발생 장치가 제공되는데, 상기 코일은 에너지가 가해졌을 시에, 코일간의 축위치의 중간에서의 제로 또는 거의 제로 포인트를 가진 자기장을 발생시키며, 여기서, 코일 간의 고리형 공간은 상기 제로 포인트를 유지함과 동시에 코일에 의해 발생된 자기장 강도를 증진시키는 재질을 포함한다.

재질은 철일 수 있다. 선택적으로, 재질은 방사 방향으로 자화된 재질의 층을 가진 철일 수 있다. 이런 다른 재질은 네오디뮴-철-붕소로 구성될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로하여 본원 명세서를 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도시된 자기장 발생장치는 제2구리 코일(11) 위에 축의 방향으로 공간을 이룬 제1구리 코일(10)을 포함한다. 두 코일은 철 차폐물(12)내에서 지지된다. 코일(10 및 11) 사이의 고리형 공간은 전류가 코일(10 및 11)을 통해 통과될 시에 발생되는 자기장 강도를 증진시킬 수 있는 재질로 채워져 있다. 이런 재질은 철이거나 네오디뮴-철-붕소 같은 고자화 재질의 층을 가진 철일 수 있다. 이런 재질은 방사 방향으로 자하된다.

이용 중에 에너지가 가해진 전류는 코일에 의해 발생된 자기장이 코일간의 거의 중간 포인트에서 코일 구조의 축상의 제로 축 구성요소를 갖도록 코일(10 및 11)을 통해 대향 방향으로 통과된다. 결정 성장의 경우에, 도면에서 도시된 코일구조는 코일 구조내 및 그에 대해 축의 방향으로 상하로 될 수 있는 도가니를 둘러싸고 있다. 도가니는 용융된 재질 및 성장된 결정의 접착면이 도면에서 도시된 장치에 의해 발생한 자기장의 제로 포인트에 있도록 놓여진다.

코일(10 및 11)의 사이의 자기장 증진 재질의 공급으로 코일에 공급되는 전력의 소정의 증가 없이도 자기장 발생 구조의 방사 자기장 강도가 상당히 증진된다. 이런 증진의 정도는 다양한 지점에서 측정된 자기장을 나타낸 첨부된 표에서 설명된다. 제4열은 두 코일 사이에 단순히 공기 갭이 있을 경우의 자기장을 나타내고, 제5열은 갭이 철로 채워진 경우의 자기장을 나타내고 제6열은 갭이 네오디뮴-철-붕소의 층을 가진 철로 채워질 시의 자기장을 나타낸 것이다.

표-자석[내부 반지름 R] 구경내의 자기장 [gauss]

도 2는 본 발명에 의한 자기장 발생 장치의 한 응용을 개략적으로 도시한다. 이런 도면은 결정, 통상적으로 실리콘 결정을 성장시키는 데에 이용되는 초크랄스키(Czochralski) 결정 성장 장치로 알려진 장치를 도시한 것이다. 이런 장치는 실리콘(21)과 같은 용융된 재질을 포함하면서 수직 축에 대해 회전되고, 또한 상하로 움직일 수 있도록 설치된 도가니(20)를 포함한다. 히터(22)는 도가니를 둘러싸고, 도가니 내에서의예정된 온도 변화율을 발생시키도록 제어될 수 있다. 이런 소자들은 도 1을 참조로 기술된 유형의 자기장 발생 디바이스(25) 주변에 놓여진 하우징(housing)(24)내에 배치된다.

사용 중에 도가니는 회전되며, 시드는 용융된 재질(21)의 표면에 접촉해 있고, 그 때 시드는 단결정(28)을 생성하도록 용융된 재질에 대해 올려진다. 이런 진행과정 동안에, 정확하게 제어된 온도 변화율이 성장 영역 내에서 얻어지는 것은 중요하고, 이는 발열 소자에 의해 공급된다. 이 방법으로 결정이 성장되는 방식은 본 분야의 숙련자에 의해 알려져 있고, 이런 성장 과정의 자세한 설명은 여기서 필요 없다고 사려된다.

바람직한 자기장 프로파일이 성장 범주 내에서 발생되는 것이 또한 중요하고 도 1을 참조로 기술된 유형의 자기장 발생 구조(25)가 그런 프로파일을 얻는 데 특히 효과적이라고 알려져 있다.

도 3는 코일(10 및 11)이 바람직한 프로파일을 얻도록 제어되는 방법을 개략적으로 설명한 것이다. 제어부는 어느 한 방향의 상부 코일에 전류를 공급하는 전력 공급부(30) 및, 어느 다른 한 방향의 하부 코일에 전류를 공급하는 전력 공급부(31)를 포함한다. 제어기(33)는 코일(10 및 11)이 바람직한 자기장 프로파일을 발생하도록 에너지가 가해지도록 하기위해서 전력 공급부(30 및 31)의 출력 전류 및 전압을 제어하는데에 이용된다. 제어기(33)는 컴퓨터화 될 수 있다.

도 3는 각 코일에 대한 각 전력 공급부를 도시한다. 코일(10 및 11)을 전기적으로 직렬로 배치할 수 있고, 그 경우에 단지 하나의 전력 공급부가 필요하다. 이 경우에, 상부 및 하부 코일은 대향 극성으로 감겨있다.

전술된 바와 같이 본 발명의 특정한 잇점은 주어진 소정의 전력 입력에 대해 본 구조는 더 높은 자기장 강도를 얻을 수 있는 것이고, 이는 저항 유형의 전력 발생 소자가 초전도 배치를 이용할 필요가 있는 상황에서 이용되게 할 수 있는 잇점을 가지고 있다. 이는 더 낮은 초기 비용, 간단한 구조 및, 더 신뢰할 만한 동작을 일으킨다.

도면 2의 코일(11 및 12)에 의해 발생된 자기장 프로파일이 도면 4에 설명돼 있다. 이는 장치의 절반내의 자기장선(40) 및, 다른 절반내의 자기장선은 미러 이미지(mirror image)임을 도시한다. 선(41)은 장치의 대칭상의 축이다. 코일 배치는 용융된 재질 및 성장 결정의 접착면에서 제로나 거의 제로 축의 자기장을 발생시킨다. 또한, 그것은 코일사이에 위치한 재질(14)의 영역내에서 장치의 방사상 외부 포션에서 높은 방사 자기장을 발생시킨다. 도면 4의 자기장 선은 재질(14)의 이용으로 발생된 자기장 증진을 도시한다.

내용 없음.

Claims (5)

1. 자기장 발생 장치로서, 에너지 가해졌을 시에, 코일 사이의 축 위치 중간에서 제로 축 자기장 또는 거의 제로 축 자기장을 가진 자기장을 발생시키도록 배치되는 축 방향으로 공간을 이룬 제1 및 2의 코일을 포함하는데 코일 사이의 고리형 공간은 제로 포인트를 유지함과 동시에 코일에 의해 발생된 방사 자기장 강도를 증진시키는 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 발생 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 재질이 철인 것을 특징으로 하는 자기장 발생 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 재질이 방사 방향으로 자화된 재질의 층을 갖는 철인것을 특징으로 하는 자기장 발생 장치.
4. 제3항에 있어서, 다른 재질이 네오디뮴-철-붕소로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 발생 장치.
5. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 따른 자계 발생 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정 성장 장치.