KR20130083653A - 단결정 성장 장치 - Google Patents

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KR20130083653A
KR20130083653A KR1020120004395A KR20120004395A KR20130083653A KR 20130083653 A KR20130083653 A KR 20130083653A KR 1020120004395 A KR1020120004395 A KR 1020120004395A KR 20120004395 A KR20120004395 A KR 20120004395A KR 20130083653 A KR20130083653 A KR 20130083653A
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single crystal
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이원재
이상일
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동의대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명에 따른 단결정 성장 장치는 원료가 장입되는 내부 공간을 가지는 도가니, 도가니 내부에서 상기 원료의 상측에 설치되며, 종자정이 부착되는 종자정 홀더 및 도가니 내부에서 상기 종자정 홀더 하측에 대응 위치하여 상기 도가니의 하부와 연결되며, 적재되는 원료에 의해 덮히도록 설치되는 히팅 부재를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 의하면 원료가 장입되는 도가니 내부에 히팅 부재를 설치함으로써, 종자정과 원료 사이의 온도 구배를 종래에 비해 증가시킬 수 있다. 따라서, 단결정 성장 속도 및 단결정 잉곳의 길이를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 이로 인해, 단결정 잉곳 제조를 위한 공정 시간이 단축되며, 생산율을 향상시킬 수 있다.

Description

단결정 성장 장치{Growing apparatus for single crystal}
본 발명은 단결정 성장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원료와 종자정 간의 온도 구배를 증가시킬 수 있는 단결정 성장 장치에 관한 것이다.
일반적으로 단결정 잉곳 성장을 위한 단결정 성장 장치는 원료가 장입되는 도가니, 도가니 내에서 상측에 위치하며, 종자정을 지지 고정하는 종자정 홀더, 도가니의 외측을 둘러싸도록 설치된 단열재, 단열재의 외측을 둘러 싸도록 설치된 석영관 및 석영관의 외측을 둘러싸도록 설치된 코일 형태의 가열 수단으로 이루어진다. 이에, 가열 수단을 동작시키면 도가니 및 상기 도가니 내에 장입된 원료가 가열되어 승화된다. 이때, 종자정 홀더 및 종자정이 위치한 도가니의 상부에 비해 원료가 장입된 도가니의 하부의 온도가 높다. 따라서 승화된 원료과 상대적으로 온도가 낮은 상측으로 이동하여 종자정에 부착됨으로써, 단결정이 성장된다.
한편, 원료와 종자정 사이의 온도 구배(온도 차이)가 클 수록 단결정 성장 속도가 증가되며, 단결정 잉곳의 성장 길이가 길어지는 효과가 있다. 하지만, 종래의 경우 도가니의 외측 측방향에 위치하는 가열 수단에 의해 상기 도가니가 가열되기 때문에, 종자정과 상기 종자정 바로 하측에 위치하는 원료 사이의 온도 구배를 더이상 증가시키는데 한계가 있다. 따라서, 단결정의 성장 속도 및 단결정 잉곳의 길이를 더이상 증가시킬 수 없는 문제가 있다.
한국공개특허 제10-2007-0064210호에는 원료 융액을 수용하는 도가니와, 상기 도가니 주위에 배치되어 원료 융액을 가열 용융시키는 가열 히터 및 상기 도가니 및 상기 가열 히터를 소정 거리를 두고 둘러싸는 측부 단열부재를 포함하는 단결정 잉곳 성장 장치에 대한 기술이 개시되어 있다.
한국공개특허 제10-2007-0064210호
본 발명의 일 기술적 과제는 원료와 종자정 간의 온도 구배를 증가시킬 수 있는 단결정 성장 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 과제는 단결정 잉곳의 길이를 증가시킬 수 있는 단결정 성장 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 단결정 성장 장치는 원료가 장입되는 내부 공간을 가지는 도가니, 상기 도가니 내부에서 상기 원료의 상측에 설치되며, 종자정이 부착되는 종자정 홀더 및 기 도가니 내부에서 상기 종자정 홀더 하측에 대응 위치하여 상기 도가니의 하부와 연결되며, 적재되는 원료에 의해 덮히도록 설치되는 히팅 부재를 포함한다.
상기 도가니는 원료가 장입되는 내부 공간이 마련되며, 상측 및 하측이 개방된 도가니 몸체, 상기 도가니 몸체의 상측 개구를 덮는 상부 뚜껑 및 상기 하측 개구를 덮는 하부 뚜껑을 포함하고, 상기 히팅 부재의 일단이 상기 도가니 내부에서 상기 하부 뚜껑과 연결되도록 설치된다.
상기 히팅 부재는 그라파이트로 이루어진 단결정 성장 장치, 상기 히팅 부재는 상기 도가니의 길이 방향으로 연장되며, 상기 종자정 홀더와 마주 보도록 배치된다.
상기 히팅 부재는 상기 도가니의 폭방향의 중심부에 설치되는 것이 바람직하다.
기 히팅 부재의 높이(h1)는 상기 도가니에 장입되는 원료의 높이(h2)의 1/3 내지 2/3인 것이 바람직하다.
상기 히팅 부재의 폭(W1)은 상기 도가니의 내부 직경(W2)의 1/7 내지 1/2인 것이 바람직하다.
상기 종자정 홀더의 하부에 시트(sheet)가 부착되고, 상기 시트(sheet)의 하부에 종자정이 부착되며, 상기 시트(sheet)는 탈탄륨(Ta)으로 이루어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 원료가 장입되는 도가니 내부에 히팅 부재를 설치함으로써, 종자정과 원료 사이의 온도 구배를 종래에 비해 증가시킬 수 있다. 따라서, 단결정 성장 속도 및 단결정 잉곳의 길이를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 이로 인해, 단결정 잉곳 제조를 위한 공정 시간이 단축되며, 생산율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 성장 장치를 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 종자정 홀더 상에 시트 및 종자정이 부착된 모습을 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히팅 부재가 삽입 장착된 도가니를 도시한 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 성장 장치를 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 종자정 홀더 상에 시트 및 종자정이 부착된 모습을 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히팅 부재가 삽입 장착된 도가니를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단결정 성장 장치는 원료(200)가 장입되는 내부 공간을 가지는 도가니(100), 도가니(100) 내부에 배치되어 상기 도가니(100) 내부에 장입된 원료에 열을 전달하는 역할을 하는 히팅 부재(300), 도가니(100) 내의 상측에 배치되어 종자정(600)을 지지 고정하는 종자정 홀더(400), 도가니(100)의 외측을 둘러싸도록 설치된 단열재(700), 단열재(700)의 외측을 둘러싸도록 배치된 석영관(800) 및 석영관(800) 외측에 마련되어 도가니(100) 내에 장입된 원료(200)를 가열하는 가열 수단(900)을 포함한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 가열 수단(900)에 전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함한다. 실시예에서는 원료(200)로 실리콘 카바이드(SiC) 파우더를 이용한다. 물론 이에 한정되지 않고 성장시키고자 하는 단결정 잉곳(ingot)에 따라 다양한 재료 예컨데, 갈륨나이트라이드(GaN), 알루미늄나이트라이드(AlN) 및 산화아연(ZnO) 등 다양한 원료가 사용 가능하다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 도가니(100)는 원료(200)가 장입되는 내부 공간을 가지며, 상측 및 하측이 개방된 통 형상의 도가니 몸체(110), 도가니 몸체(110)의 상측 개구를 커버하는 상부 뚜껑(120) 및 도가니 몸체(110)의 하측 개구를 커버하는 하부 뚜껑(130)을 포함한다. 실시예에 따른 도가니 몸체(110), 상부 뚜껑(120) 및 하부 뚜껑(130)은 그 단면이 원형인 형상으로 제작된다. 하지만, 도가니 몸체(110)의 형상은 이에 한정되지 않고 원료(200)가 장입되며, 단결정 잉곳이 성장되는 내부 공간을 가지는 다양한 형상으로 제작될 수 있으며, 상부 및 하부 뚜껑(120, 130)은 도가니 몸체(110)를 커버할 수 있는 대응하는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 여기서, 상부 뚜껑(120) 및 하부 뚜껑(130)은 도가니 몸체(110)와 탈부착이 가능하도록 제작되어, 상기 도가니 몸체(110)를 개방하거나 폐쇄한다. 또한, 도가니 몸체(110), 상부 뚜껑(120) 및 하부 뚜껑(130)은 원료(200)의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질로 제작되는데, 예를 들어 그라파이트(graphite, 흑연)로 제작되거나 그라파이트 재질 상에 실리콘카바이드(SiC)의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질이 도포될 수도 있다. 여기서, 그라파이트 재질 상에 도포되는 물질은 실리콘카바이드(SiC) 잉곳이 성장되는 온도에서 실리콘 및 수소에 대해 화학적으로 불활성인 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
종자정 홀더(400)는 도가니(100) 내부에 장착되어, 종자정(600)을 지지 고정한다. 실시예에 따른 종자정 홀더(400)는 도가니(100) 내부의 상측에 설치 되는데, 일단이 상부 뚜껑(120)의 하부에 결합되고, 타단이 원료를 향한다. 여기서 종자정 홀더(400)의 타단에는 후술되는 시트(sheet) 및 종자정(600)이 부착된다. 종자정 홀더(400)는 도가니 몸체(110)의 폭 방향에서 중심부에 위치하도록 장착되는 것이 바람직하다. 이를 위해 종자정 홀더(400)는 상부 뚜껑(120)의 폭 방향의 중심부에 장착된다. 그리고 종자정 홀더(400)는 종자정(600)에 대응하는 형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 실시예에서는 그 단면이 원형인 종자정(600)을 이용하므로, 종자정 홀더(400)의 단면이 원형이 되도록 제작하는 것이 바람직하다. 이러한 종자정 홀더(400)는 도가니(100)와 동일한 재료로 제작되는 것이 바람직하며, 이에 실시예에 따른 종자정 홀더(400)는 고밀도의 그라파이트로 제작된다.
시트(sheet)(500)는 전술한 바와 같이 종자정 홀더(400)의 타단(원료를 향하는 면)에 장착되며, 종자정 홀더(400)에 비해 열 정도율이 낮은 재료를 사용하며, 실시예에서는 탈탄륨(Ta)을 이용한다. 여기서 시트(500)는 예컨데, 6㎛의 얇은 호일 형태이며, 종자정 홀더(400) 및 종자정(600)에 대응하는 형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 이에, 실시예에서는 그 단면이 원형이 되도록 시트(sheet)를 제작한다. 시트(500)는 접착제를 이용하여 종자정 홀더(400)에 부착되며, 접착제로 슈가, 카본 페이스트 및 포토레지스트 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 이와 같이, 탈탄륨(Ta)으로 이루어진 시트(500)를 종자정 홀더(400)에 부착하고, 상기 종자정 홀더(400)의 하부에 종자정(600)을 부착함으로써, 단결정 성장 시 도가니(100) 내 상부 영역에서 폭 방향의 온도 구배(온도 차이)를 감소시킬 수 있다. 즉, 가열 수단(900)에 의해 도가니(100)가 가열되면, 시트(500)에 의해 종자정 홀더(400)의 폭 방향의 온도 및 도가니(100)의 내부 공간의 폭 방향의 온도가 균일해 진다. 이는 탈탄륨의 열전도도가 57.5W/mk 정도로 낮아, 가열된 도가니(100) 내부의 온도에 의해 쉽게 가열되지 않기 때문이다. 이에, 종자정(600) 및 도가니(100) 상부의 폭방향의 온도의 변화가 거의 일어나지 않으므로, 폭 방향의 온도가 균일해 지는 효과기 있다. 또한, 긴 시간동안 단결정을 성장시키기 때문에, 열전도도가 낮은 탈탄륨의 효과가 극대화 되어, 종자정(600)을 낮은 온도로 유지할 수 있다. 따라서, 결정질이 우수한 단결정을 성장시킬 수 있다.
실시예에서는 종자정(600)으로 실리콘 카바이드(SiC)를 이용하나, 이에 한정되지 않고 갈륨나이트라이드(GaN), 알루미늄나이트라이드(AlN) 및 산화 아연(ZnO) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
석영관(800)은 그 내부에 단열재(700) 및 도가니(100)가 장착될 수 있는 내부 공간을 가지는 통 형상으로 제작된다. 단열재(700)는 석영관(800) 내부에서 도가니(100)외 외부를 둘러 싸도록 설치되어, 도가니(100)의 온도를 결정 성장 온도로 유지시키는 역할을 한다. 이러한 단열재(700)는 흑연 펠트일 수 있으며, 상기 흑연 펠트는 흑연 섬유를 압착시켜 소정의 두께를 가지는 통 형상으로 제작된 것을 말한다. 이러한 단열재(700)에 의해 도가니(100) 내에 장입된 원료 예컨데, 실리콘 카바이드(SiC)의 열이 손실되는 것을 최소화할 수 있어, 단결정 잉곳 성장 공정시 결정 성장 온도를 유지시킬 수 있다.
가열 수단(900)은 석영관(800) 외부에 설치되며, 가열 수단(900)으로는 예를 들어, 유도 가열 코일이 이용될 수 있다. 유도 가열 코일은 석영관(800) 외부의 상부에서 하부까지 둘러싸도록 나선형으로 형성된다. 그리고 유도 가열 코일의 일단은 고주파 전류를 제공하는 전원 공급부(미도시)와 연결되며, 상기 전원 공급부로부터 전력이 공급되면 단결정 성장 온도 예컨데, 2000도 내지 2400도까지 가열시킨다.
한편, 가열 수단(900)에 의해 도가니(100) 내부에 장입된 파우더 형태의 원료(200)가 가열되면, 상기 원료(200)가 승화되어 종자정(600)에 부착됨으로써, 단결정 잉곳(ingot)이 성장된다. 이때, 가열 수단(900)에 의해 도가니(100)가 가열되면, 원료(200)가 장입된 도가니(100)의 하부 영역이 종자정(600) 및 종자정 홀더(400)가 위치한 상부에 비해 온도가 높다. 그리고 원료(200)가 승화되는 도가니(100) 하부 영역과 단결정이 성장되는 종자정 홀더(400) 및 종자정(600)이 위치하는 도가니(100) 상부 영역 사이의 온도의 차이(온도 구배)가 클 수록, 단결정 성장 속도가 빨라지며, 길이가 긴 단결정 잉곳을 형성할 수 있다. 이는 원료(200) 전체의 온도를 높면 승화되는 원료가 증가지고 이로 인해 원료의 승화 속도가 빨라지며, 종자정(600)의 경우 단결정 성장이 용이하도록 낮은 온도를 유지해야 하기 때문이다.
따라서, 실시예에서는 열전도도가 우수한 재료로 이루어진 히팅 부재(300)를 도가니(100) 내부에 장착하여, 원료(200)와 종자정(600) 간의 온도 구배를 증가시킨다. 실시예에 따른 히팅 부재(300)는 그라파이트로 이루어진 원통형의 형상으로 제작되어, 도가니(100) 내에서 길이 방향으로 연장되도록 설치되며, 하단부가 하부 뚜껑(130)과 결합된다. 그리고 히팅 부재(300)는 종자정 홀더(400)의 하측, 바람직하게는 종자정 홀더(400)의 바로 하측에 위치하여 마주 보도록 설치된다. 이때, 히팅 부재(300)의 위치가 하부 뚜껑(130)의 폭 방향의 중심부 즉, 도가니 몸체(110)의 폭 방향의 중심부에 위치하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 히팅 부재(300)는 하부 뚜껑(130)과 일체형으로 제작되거나, 히팅 부재(300)와 하부 뚜껑(130)을 별도로 제조하여, 하부 뚜껑(130)에 결합시킬 수 있다.
그리고 히팅 부재(300)의 높이는 도가니(100) 내에 장입되는 원료의 높이에 비해 작다. 이에, 원료(200)에 의해 히팅 부재(300)가 모두 커버되며, 상기 원료(200)의 외측으로 노출되지 않는다. 하기에서는 설명의 편의를 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 히팅 부재(300)의 길이 방향의 높이를 "h1", 폭 방향의 길이(이하, 폭)를 "W1"이라 명명하고, 도가니 몸체(110) 내부에 장입되는 원료(200)의 높이를 "h2", 도가니 몸체(100) 내부의 폭 방향의 내경을 "W2"라 명명한다. 여기서 도가니 몸체(110)의 폭 방향의 내경(W2)은 장입되는 원료(200)의 전체 폭(W2)을 의미할 수 있다.
히팅 부재(300)의 높이(h1)는 원료(200)의 높이(h2)의 1/3 내지 2/3이고, 상기 히팅 부재(300)의 폭(W1)은 도가니(100) 내경(W2)의 1/7 내지 1/2이다. 이에 히팅 부재(300)가 원료(200)의 상측으로 돌출되지 않고, 상기 원료(200)에 의해 커버 되도록 설치될 수 있다. 이와 같은 히팅 부재(300)의 높이(h1) 및 폭(W1)은 원료(200)와 종자정(600) 간의 온도 구배를 크게 하기 위함이다.
예를 들어, 히팅 부재(300)의 높이(h1)가 원료(200)의 높이(h2)의 1/3 미만으로 작을 경우, 상대적으로 종자정(600)과 인접한 원료(200)의 상부 영역의 온도가 원료(200)의 하부에 비해 낮으며, 이로 인해 원료(200)와 종자정(600) 사이의 온도 구배가 작다. 반대로 히팅 부재(300)의 높이(h1)가 원료(200)의 높이(h2)의 2/3를 초과하도록 큰 경우, 원료(200)와 종자정(600) 사이의 공간(즉, 성장 공간) 및 상기 종자정(600)이 가열된다. 이에, 히팅 부재(300)로 인한 온도 구배 차이의 증가 효과를 기대할 수 없다. 그리고, 히팅 부재(300)의 폭(W1)이 도가니(100) 내경의 1/7 미만으로 작은 경우, 상기 히팅 부재(300)로 인한 원료(200)의 가열 효과를 기대하기 힘들다. 이에, 원료(200)와 종자정(600) 사이의 온도 구배 증가 효과를 기대할 수 없고, 도가니(100) 내측벽과 인접한 원료(200)의 가장자리 영역과 중심부의 간의 온도 차이가 크게 발생될 수 있다. 반대로 히팅 부재(300)의 폭(W1)이 도가니(100) 내경(W2)의 1/2를 초과하는 경우, 도가니(100) 내에서 히티이 부재(300)가 차지하는 면적이 너무 커, 상기 도가니(100) 내에 원료(200)를 충분히 장입시킬 수 없다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 히팅 부재(300)의 높이(h1)가 원료(200)의 높이(h2)의 1/3 내지 2/3 이고, 상기 히팅 부재(300)의 폭(W1)이 도가니(100) 내경(W2)의 1/7 내지 1/2이 되도록 한다. 이에, 종래에 비해 원료(200)와 종자정(600) 사이 및 상기 원료(200)와 종자정(600) 간의 온도 구배를 향상시킬 수 있다.
히팅 부재(300)로 인해 원료(200)가 가열되는 과정을 간략히 설명하면 하기와 같다. 열 수단(900)에 의해 도가니(100)가 가열되면, 상기 도가니(100)의 하부 뚜껑(130)의 열이 히팅 부재(300)로 전달되며, 상기 히팅 부재(300)의 열에 의해 원료(200)가 가열된다. 이때, 종래와 같이 히팅 부재(300)가 없는 상태에서는 장입된 원료(200)의 길이 방향에서 도가니(100)의 내벽과 인접한 원료(200)의 온도가 중심부의 온도에 비해 높으며, 그 차이가 크다. 하지만 본 발명에서는 히팅 부재(300)가 도가니 몸체(110)의 폭 방향의 중심부에 위치하여, 상기 히팅 부재(300)에 의해 원료(200)가 가열된다. 이에 도가니(100)의 내벽과 인접한 원료(200)의 가장자리 영역과 중심부 영역의 온도 차이가 종래에 비해 감소된다. 또한, 히팅 부재(300)에 의해 종자정(600)의 바로 하측 즉, 원료(200)의 중심부 영역이 가열됨에 따라, 종래에 비해 원료(200)와 종자정(600) 사이의 온도 구배가 커진다. 따라서, 단결정 성장 속도를 종래에 비해 향상시킬 수 있으며, 종래에 비해 길이가 긴 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있습니다.
한편, 가열 수단(900)을 통해 도가니(100)를 가열하면, 전술한 바와 같이 원료(200)가 승화된다. 이때, 상대적으로 가열 수단(900)과 인접한 원료(200)의 가장 자리 영역의 원료(200)가 승화되어 종자정(600)에 부착됨으로써, 단결정 잉곳이 성장된다. 그리고 단결정 잉곳을 원하는 길이로 성장시키는 동안, 히팅 부재(300)가 위치한 원료(200)의 중심부 및 상기 히팅 부재(300)의 바로 상측에 해당하는 원료(200)는 거의 승화되지 않고 남아 있다. 따라서, 단결정 잉곳 정장 시에 히팅 부재(300)가 위치한 원료(200)의 중심부 및 상기 히팅 부재(300)의 바로 상측에 해당하는 원료(200)가 승화되어, 상기 히팅 부재(300)가 외측으로 노출되지 않는다.
하기에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 단결정 성장 장치를 이용한 단결정 잉곳 성장 방법을 설명한다.
먼저, 하부 뚜껑(130)에 의해 하측 개구부가 폐쇄된 도가니 몸체(110) 내에 단결정 잉곳 정장을 위한 원료(200)를 장입한다. 실시예에서는 원료(200)로 실리콘 카바이드(SiC) 파우더를 이용한다. 그리고 접착제를 이용하여 종자정 홀더(400)의 하부에 탈탄륨으로 이루어진 시트(500)를 부착하고, 상기 시트(500)의 하부면에 종자정(600)을 부착한다. 여기서 종자정은 4H-SiC일 수 있다. 이후, 시트(500) 및 종자정(600)이 부착된 종자정 홀더(400)를 상부 뚜껑(120)의 하부 즉, 내측면에 부착하고, 상기 상부 뚜껑(120)으로 도가니 몸체(110)의 상측 개구를 폐쇄한다.
이후, 1300℃ 내지 1500℃의 온도와 진공압력으로 2 시간 내지 3시간 동안 가열하여 도가니(100) 내에 포함된 불순물을 제거한다. 이어서, 불활성 가스 예를 들어 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 도가니 몸체(110) 내부 및 상기 도가니 몸체(110)와 단열재(700) 사이에 남아있는 공기를 제거한다. 그리고, 압력을 대기압으로 높인 후, 가열 수단(900)을 이용하여 도가니 몸체(110)를 2000℃ 내지 2300℃의 온도로 가열한다. 여기서, 대기압을 유지하는 이유는 결정 성장 초기에 원하지 않는 결정 다형의 발생을 방지하기 위함이다. 즉, 먼저 대기압을 유지하며 원료(200)를 성장 온도까지 승온시킨다. 이후, 단결정 성장 장치 내부를 20mbar 내지 60mbar으로 감압하여 성장 압력으로 유지시키면서, 원료(200)를 승화시킨다. 이에, 종자정(600)에 승화되는 원료(200)가 부착되어 단결정 잉곳이 성장된다. 이때 형성되는 단결정은 예컨데, 4H-SiC일 수 있다.
이때, 실시예에 따른 도가니(100) 내에는 그라파이트로 이루어진 히팅 부재(300)가 위치하므로, 가열 수단(900)에 의해 도가니(100)가 가열되면, 상기 도가니(100)의 하부 뚜껑(130)과 접촉된 히팅 부재(300)가 가열된다. 따라서, 가열된 히팅 부재(300)에 의해 원료(200)가 가열된다. 여기서 히팅 부재(300)는 위치는 원료(200)의 중심 영역 즉, 도가니 몸체(110) 하부에서 중심부에 해당하는 영역으로, 종자정(600)의 하측에 대응하는 위치이다. 따라서, 단결정 성장을 위해 가열 수단(900)을 이용하여 도가니(100)를 가열하면, 상기 도가니(100)의 하측 뚜껑(130)과 접촉된 히팅 부재(300)에 의해 중심부에 위치하는 원료(200)가 가열된다. 이에, 히팅 부재(300)를 사용하지 않는 종래에 비해 원료(200)와 종자정(600) 사이 영역 또는 원료(220)와 종자정(600) 간의 온도 구배가 커진다. 따라서, 단결정 성장 속도가 향상되어, 종래에 비해 길이가 긴 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있다.
100: 도가니 200: 원료
300: 히팅 부재 400: 종자정 홀더
600: 종자정

Claims (8)

  1. 원료가 장입되는 내부 공간을 가지는 도가니;
    상기 도가니 내부에서 상기 원료의 상측에 설치되며, 종자정이 부착되는 종자정 홀더; 및
    상기 도가니 내부에서 상기 종자정 홀더 하측에 대응 위치하여 상기 도가니의 하부와 연결되며, 적재되는 원료에 의해 덮히도록 설치되는 히팅 부재를 포함하는 단결정 성장 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 도가니는 원료가 장입되는 내부 공간이 마련되며, 상측 및 하측이 개방된 도가니 몸체;
    상기 도가니 몸체의 상측 개구를 덮는 상부 뚜껑; 및
    상기 하측 개구를 덮는 하부 뚜껑을 포함하고,
    상기 히팅 부재의 일단이 상기 도가니 내부에서 상기 하부 뚜껑과 연결되도록 설치되는 단결정 성장 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 히팅 부재는 그라파이트로 이루어진 단결정 성장 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 히팅 부재는 상기 도가니의 길이 방향으로 연장되며, 상기 종자정 홀더와 마주 보도록 배치되는 단결정 성장 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 히팅 부재는 상기 도가니의 폭방향의 중심부에 설치되는 단결정 성장 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 히팅 부재의 높이(h1)는 상기 도가니에 장입되는 원료의 높이(h2)의 1/3 내지 2/3인 단결정 성장 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 히팅 부재의 폭(W1)은 상기 도가니의 내부 직경(W2)의 1/7 내지 1/2인 단결정 성장 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 종자정 홀더의 하부에 시트(sheet)가 부착되고, 상기 시트(sheet)의 하부에 종자정이 부착되며,
    상기 시트(sheet)는 탈탄륨(Ta)으로 이루어진 단결정 성장 장치.
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