KR20050033392A - 고주파 유도 코일의 위치와 코일 사이의 간격을 변경할 수있는 탄화규소 단결정 성장 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 유도 코일의 상, 하 위치와 코일 사이의 간격을 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 탄화규소 단결정 성장 장치에 관한 것이다. 본 발명의 탄화규소 단결정 성장 장치는 저항 가열 방식이 아닌 고주파 유도 가열 방식을 사용으로서 고주파 유도 코일을 사용하게 된다. 하지만 종래의 탄화규소 단결정 성장 장치는 사용된 고주파 유도 코일의 상, 하 위치와 코일 사이의 간격을 변경할 수 없었기 때문에 장비 제작시 고정되어 있는 고주파 유도 코일의 위치 및 간격으로 인해 온도 구배를 변경하는 것이 불가능하였다. 따라서 장비를 가동하는 실험자는 고주파 유도 코일을 교체하는 방식으로 실험을 진행하였다. 하지만 본 발명에서는 이러한 단점을 극복하여 장비를 가동하는 실험자가 매 실험마다 고주파 유도 코일의 위치와 코일 사이의 간격을 변경하는 것이 가능하게 하여 장비가 제작될 시 설정된 온도 구배를 원하는 조건에 맞게 변경할 수 있고 또한 탄화규소 종자정과 탄화규소분말 사이의 온도 구배 구간을 미세하게 조정하는 것이 가능하고 고주파 유도 코일의 교체 비용과 교체에 따른 장비 최적화 소요 시간 및 초적화 소요에 따른 비용을 절감할 수 있다.

Description

고주파 유도 코일의 위치와 코일 사이의 간격을 변경할 수 있는 탄화규소 단결정 성장 장치{The silicon carbide single crystal growth equipment to moving high-frequency coil}

탄화규소(SiC)는 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs)등 기존의 반도체 재료에 비해서 광역 에너지 밴드 갭을 갖고 내열성 및 고온특성, 고주파특성, 내전압특성이 매우 우수하기 때문에 실리콘 반도체 이후를 주도할 차세대 반도체로 유망한 재료이다. 이와 같이 유망한 탄화규소는 현재 국내에서 벌크(Bulk) 단결정 성장이 일부 대학 및 연구소에서 행해지고 있으나 아직까지는 이렇다 할 좋은 결과가 발표되지 못하고 있는 실정이다. 벌크 탄화규소 단결정 성장에서는 도가니(1) 하부에 장입되어 있는 고온 영역의 탄화규소 원료 분말(4)과 도가니 상부에 부착되어 있는 저온 영역의 탄화규소 종자정(3) 사이에 형성되어 있는 온도 구배에 의한 도가니(1) 내부의 평형증기압 차에 의해 도가니(1) 하부에 장입된 탄화규소 원료 분말(4)로부터 발생된 Si, Si₂C, SiC₂ 등의 기체가 도가니(1) 내부에 과포화 상태로 형성되고 그 과포화 상태로 형성된 기체가 남아있던 흑연과 반응하고 도가니(1) 상부에 부착된 저온 영역의 탄화규소 종자정(3) 주위에서 그대로 응축되어, 결정 성장을 하게 된다. 이때 도가니(1) 내부의 기체 과포화도가 탄화규소 단결정의 상(Phase)과 성장 양상을 지배한다. 그러나 이때 고온의 증기 원료와 저온의 종자정(3) 사이의 평형증기 압차를 제어하는 것이 매우 어렵다. 따라서 많은 연구자들이 도가니(1) 내부의 평형증기압차를 제어하려고 연구하고 있으며 주요 인자로 도가니(1) 내부의 상, 하 온도 구배가 가장 중요하게 된다. 이 온도 구배로 인해 벌크 탄화규소 단결정 성장의 성공 여부와 정밀한 과포화도 제어가 가능하게 된다. 하지만 기존의 탄화규소 단결정 성장 장치에 있어서 도가니(1) 내부의 온도 구배를 변경하기 위해 입력 전력 변경이나 유도 가열될 도가니(1)의 재질 및 모양의 변경 정도로 국한되어 있다. 따라서 벌크 탄화규소 단결정 성장이 상당히 어려운 실정이다.

본 발명은 위에 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 만들어진 것으로서, 본 발명에서의 탄화규소 단결정 성장 장치는 도가니(1) 내부의 상, 하 온도 구배를 조절하기 위해서 도3과 같은 고주파 유도 코일 위치 조절기를 사용하여 고주파 유도 코일(5)의 위치를 상, 하로 변경하는 것을 가능하게 하여 도가니 (1) 내부의 상, 하 온도 구배를 장비 제작 이후 언제라도 변경 가능하게 하였으며 도4와 같은 코일(5) 사이 간격 조절기를 사용하여 도가니(1) 내부의 상, 하 온도 구배를 세밀하게 제어할 수 있도록 하여 벌크 탄화규소 단결정 성장시 가장 중요한 도가니(1) 내부의 상, 하 온도 차이를 제어할 수 있고 각 실험 조건에 맞게 언제라고 변경하는 것을 가능하게 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에서의 탄화규소 단결정 성장 장치는 도1을 기본으로 하여 도6에서와 같이 금속 챔버(7)속에 코일 위치 조절기 및 코일 간격 조절기와 고주파 유도 코일(5), 단열재(2), 탄화규소 종자정(3)과 원료 분말(4)을 수용하여 실제 반응이 일어나는 도가니(1)를 포함하여 구성되어 있다. 또한 도7에서와 같이 쿼츠 글래스 실린더(6) 내부에 단열재(12) 및 탄화규소 종자정(3)과 원료 분말(4)을 수용하여 실제 반응이 일어나는 도가니(1)가 놓여지고 쿼츠 글래스 실린더(6) 외부에 고주파 유도 코일(5)과 코일 위치 조절기 및 코일 간격 조절기를 포함하여 구성되어 있다. 좀 더 상세하게 본 발명의 구성을 설명하자면 도3에서와 같이 코일 위치 조절기는 위치 조절판(12)과 위치 조절 구멍(13)이 뚫어져 있는 위치 조절기 지지대(11) 그리고 지지대에 위치 조절판(12)을 고정할 수 있는 위치 조절 구멍(13)을 통하여 고정할 수 있다. 위치 조절판(12)을 지지대 (11)의 상, 하에서 원하는 위치로 변경하여 위치 조절 구멍을 통하여 고정할 수 있다. 이는 장비 제작 후에도 언제든지 원하는 위치에 위치 조절판(12)을 고정할 수 있으므로 고주파 유도 코일(5)의 상, 하 위치를 변경할 수 있게 된다. 또한 도4에서와 같이 코일 간격 조절기는 간격 조절 구멍(22)이 뚫어진 조절대(21)와 간격 조절핀(23)으로 구성되어 있다. 조절대(21)의 상, 하 방향으로 뚫어진 간격 조절 구멍(22)을 통해 원하는 간격대로 간격 조절핀(23)을 꽂을 수 있고 이 핀(23)에 고주파 유도 코일(5)을 물리게 되면 코일(5)과 코일(5) 사이의 간격을 장비 제작 이후에라도 언제든지 원하는 데로 조절할 수 있게 된다. 또한 도5에서와 같이 코일 간격 조절기는 코일 위치 조절기의 위치 조절판(12)에 코일 간격 조절기 고정 구멍 (14)을 통해 부착된다. 도2에서와 같이 일반적으로 탄화규소 단결정 성장에 사용되는 도가니(1)와 단열재(2)는 고주파 유도 코일(5) 속에 위치하게 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에서의 탄화규소 단결정 성장 장치에 의하면, 도가니(1) 내부의 온도 구배를 장비 제작 이후에도 언제라도 변경하는 것이 가능하며 각 실험 조건을 통해서 얻어진 온도 구배를 즉각적으로 차후 실험에 반영할 수 있기 때문에 탄화규소 단결정을 가장 잘 성장시킬 수 있는 최적 조건으로 실험하는 것을 가능하게 하였다. 이는 비단 도가니(1) 내부의 상, 하 온도 구배의 변경과 더불어 도가니 상, 하 구간에 선형적인 온도 구배 구간을 인위적으로 만들 수도 있으며, 비선형적인 온도 구배도 형성시킬 수 있다. 즉, 장비를 사용해서 실험하는 실험자의 입장에서는 원하는 모든 온도 조건속에서 탄화규소 단결정 성장 실험을 할 수 있는 것을 의미한다. 따라서 본 발명의 탄화규소 단결정 성장 장비는 기존의 장비의 단점을 극복하여 장비를 가동하는 실험자가 매 실험마다 고주파 유도 코일(5)의 위치와 코일(5) 사이의 간격을 변경할 수 있고 또한 실험자는 초기 장비가 제작될 시 설정된 온도 구배를 변경할 수 있으며 탄화규소 종자정(3)과 탄화규소 분말(4) 사이의 온도 구배 구간을 미세하게 조정하는 것이 가능하고 고주파 유도 코일(5)의 교체 비용과 교체에 따른 장비 최적화 소요 시간 및 초적화 소요에 따른 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장 장치의 정면도

도 2는 탄화규소 단결정 성장에 사용되는 도가니 및 단열재의 단면도

도 3는 본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장 장치의 코일 위치 조절기 상세도

도 4은 본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장 장치의 코일 간격 조절기 상세도

도 5는 본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장 장치의 코일 위치 조절기와 코일 간격 조절기가 결합된 상세도

도 6는 본 발명에 따른 금속 챔버형 탄화규소 단결정 성장 장치 상세도

도 7은 본 발명에 따른 쿼츠 글래스 실린더형 탄화규소 단결정 성장 장치 상세도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1:도가니 2:단열재

3:탄화규소 종자정 4:탄화규소 원료 분말

5:고주파 유도 코일 5-1:고주파 유도 코일의 요철관

6:쿼츠 글래스 실린더 7:금속 챔버

11:위치 조절기 지지대 12:위치 조절판

13:위치 조절 구멍 14:코일 간격 조절기 고정 구멍

21:간격 조절대 22:간격 조절 구멍

23:간격 조절핀

Claims (3)

1. 코일 위치 조절기가 포함된 금속 챔버(7)형 탄화규소 단결정 성장 장치와 쿼츠 글래스 실린더(6)형 탄화규소 단결정 성장 장치에 있어서, 코일 위치 조절판 (12)과 위치 조절 구멍(13)이 뚫어져 있는 지지대(11) 그리고 지지대(11)에 위치 조절판(12)을 고정할 수 있는 위치 조절 구멍(13)으로 구성되어 있고 위치 조절판(12)을 지지대의 상, 하에서 원하는 위치로 변경하여 위치 조절 구멍(13)을 통하여 고정할 수 있어서 장비 제작 후에도 언제든지 원하는 위치에 위치 조절판(12)을 고정해서 고주파 유도 코일(5)의 상, 하 위치를 변경할 수 있는 것을 가능하게 한 탄화규소 단결정 성장 장치
2. 코일 간격 조절기가 포함된 탄화규소 단결정 성장 장치에 있어서, 간격 조절 구멍(22)이 뚫어진 조절대(21)와 간격 조절핀(23)으로 구성되어 조절대(21)의 상, 하 방향으로 뚫어진 간격 조절 구멍(22)을 통해 원하는 간격대로 간격 조절핀(23)을 꽂을 수 있고 이 핀(23)에 고주파 유도 코일(5)을 물리게 되어 코일(5)과 코일(5) 사이의 간격을 장비 제작 이후 언제라도 실험자가 원하는 데로 변경할 수 있는 것을 가능하게 한 탄화규소 단결정 성장 장치
3. 코일 위치 조절기와 코일 간격 조절기가 함께 포함된 금속 챔버(7)형 탄화규소 단결정 성장 장치와 쿼츠 글래스 실린더(6)형 탄화규소 단결정 성장 장치에 있어서, 상기한 1항과 2항에서와 같이 코일(5)의 위치와 코일(5) 사이 간격을 함께 변경할 수 있는 것을 가능하게 한 탄화규소 단결정 성장 장치