KR20190074149A

KR20190074149A - 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치

Info

Publication number: KR20190074149A
Application number: KR1020170175559A
Authority: KR
Inventors: 정성민; 이명현; 신윤지; 송승주
Original assignee: 한국세라믹기술원; (주) 디에스엠
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-06-27

Abstract

본 발명은 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치로서, 보다 상세하게는 내부를 관찰할 수 있도록 투명 재질로 구성되며, 결정 성장을 위한 도가니가 수용되도록 관체의 형상인 챔버; 및 상기 챔버의 외부에서 챔버를 감싸도록 마련되는 코일;을 포함하며, 상기 챔버는 석영관이며, 상기 챔버와 상기 코일은 상호 접촉하지 아니하고, 별도로 구성되어, 코일 또는 챔버만 별도로 교체가 가능한 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치를 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 챔버를 고온에 견디는 투명체, 예를 들어 석영관으로 구성함으로써, 챔버 내부를 실시간으로 관찰할 수 있으며, 실험 후 빠른 냉각이 가능하도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

Description

적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치{The crystal growth facilities having a mutually separable chamber and hot-zone system}

본 발명은 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치로서, 보다 상세하게는 내부를 관찰할 수 있도록 투명 재질로 구성되며, 결정 성장을 위한 도가니가 수용되도록 관체의 형상인 챔버; 및 상기 챔버의 외부에서 챔버를 감싸도록 마련되는 코일;을 포함하며, 상기 챔버는 석영관이며, 상기 챔버와 상기 코일은 상호 접촉하지 아니하고, 별도로 구성되어, 코일 또는 챔버만 별도로 교체가 가능한 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치를 제공한다.

단결정을 성장시키는 방법으로는 물리적 기상증착법, 화학적 기상증착법, 용액 성장법, 초크랄스키법 등 다양한 방법이 존재한다.

이들 성장방법에 따라서 해당 성장법에 적합한 설비가 구축되어 있으며, 설비의 운용 방법 또한 상이하다.

이와 같이 다양한 공정을 수행하는 경우에는 각 개별적 설비를 단일의 공간에서 운용할 수 없으며, 또한 이와 같은 설비는 개별적으로 구비하면 구매는 물론 유지보수에 있어서 비용적 부담이 매우 크다는 문제점이 있다.

또한, 챔버가 시각적으로 불투명하게 제작되는 경우가 많으므로, 외부에서 시각적 모니터링이 필요한 경우에는 크기가 작은 윈도우를 통하여 관찰하여야 하므로 성장부 전면에 걸쳐 체계적인 관찰이 어려워서 고온에서 열손실이 국부적으로 심각하게 나타나는 영역(단열재의 국부적인 손실 유무)의 유무 및 챔버 내부로 가열부 장입시 수평구조의 뒤틀림 유무 등에 대한 모니터링에 한계가 존재한다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 하나의 챔버를 사용하여 서로 다른 세가지의 단결정 성장기법을 운용할 수 있는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 챔버를 고온에 견디는 투명체, 예를 들어 석영관으로 구성함으로써, 챔버 내부를 실시간으로 관찰할 수 있으며, 실험 후 빠른 냉각이 가능하도록 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 하부의 금속 재질인 챔버 지지대(예를 들어 sus 재질)를 구성함으로써 도가니 하부의 온도를 측정하거나 가스 원료를 주입하는 통로로 이용될 수 있으며, 원하는 성장기법에 적합한 내부 도가니 및 단열 구조를 구성하여 금속 지지대 위에 안착한 후 실험을 진행할 수 있도록 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 챔버의 위쪽이 장비의 헤더와 바로 맞닿아 연결되도록 한 것으로서, 용액성장 시, 배기 라인과 연결하여 내부 압력을 조절하는데 용이하도록 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 내부를 관찰할 수 있도록 투명 재질로 구성되며, 결정 성장을 위한 도가니가 수용되도록 관체의 형상인 챔버; 및 상기 챔버의 외부에서 챔버를 감싸도록 마련되는 가열부;를 포함하며, 상기 챔버는 석영관이며, 상기 챔버와 상기 가열부는 상호 접촉하지 아니하고, 별도로 구성되어, 가열부 또는 챔버만 별도로 교체가 가능한 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치를 제공한다.

상기 챔버의 하부에는 챔버 지지대가 더 마련되는 것이 바람직하다.

상기 챔버 지지대는 상기 챔버에 대응되는 관체의 형상인 것이 바람직하다.

상기 챔버 지지대는 서스(SUS) 재질인 것이 바람직하다.

상기 챔버 지지대에는 열전대 또는 가스 주입관을 삽탈하기 위한 천공부가 적어도 하나 마련되는 것이 바람직하다.

상기 챔버의 상단 외주연에는 헤더(header)와 맞닿아 연결되도록 헤더 안착부가 더 마련되는 것이 바람직하다.

상기 챔버 지지대 중 챔버 내부에 위치하는 영역에는 도가니가 지지 및 안착될 수 있는 도가니 안착부가 마련되는 것이 바람직하다.

상기 결정 성장 장치 내에, 결정 성장을 위하여 설치되는 도가니 장치로서, 상기 도가니 장치는, 고온 화학적 기상 증착법을 위한 것이며, 상면이 폐쇄되고 하면이 개방되는 도가니; 상기 도가니의 상면에 마련되는 종자 결정 지지대; 상기 도가니의 개방된 하면을 제외하고 도가니의 외주연을 감싸도록 마련되는 보호체; 및 상기 보호체의 하부로서 도가니의 개방된 하면 이하의 영역에 형성되는 가스 유출구에 연결되며, 상기 도가니의 내부로 인입되어, 내부로 주입되는 반응용 가스가 다시 회수되도록 하는 가스 유출관;을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 도가니의 하부에는 결정 성장 장치의 하부에 마련되는 챔버의 도가니 안착부에 안착되는 도가니 지지부가 더 형성되는 것이 바람직하다.

상기 도가니의 상면과 하면 사이에는 하면에서부터 상면 방향으로 온도가 저하되도록 온도구배가 생성되는 것이 바람직하다.

상기 보호체는, 도가니의 상면을 둘러싸는 부분의 상부로 연장형성되어 챔버에 전달되는 열을 차폐하는 단열재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 결정 성장 장치 내에, 결정 성장을 위하여 설치되는 도가니 장치로서, 상기 도가니 장치는, 용액 성장법을 위한 것이며, 상면이 개방되고 하면이 폐쇄되며, 용액이 수용되는 내부 도가니; 상기 내부 도가니를 감싸며, 상면이 개방되는 외부 도가니; 상기 내부 도가니에 수용되는 용액에 종자 결정이 침잠되도록 종자 결정을 지지하는 종자 결정 지지대; 및 상기 외부 도가니의 개방된 상면을 제외하고 도가니의 외주연을 감싸도록 마련되는 보호체;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 보호체의 하부에는 결정 성장 장치의 하부에 마련되는 챔버의 도가니 안착부에 안착되는 도가니 지지부가 더 형성되는 것이 바람직하다.

상기 외부 도가니의 상면과 하면 사이에는 하면에서부터 상면 방향으로 온도가 저하되도록 온도구배가 생성되는 것이 바람직하다.

상기 보호체는, 외부 도가니의 상단으로부터 연장형성되어 챔버에 전달되는 열을 차폐하는 단열재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 외부 도가니의 상단에는 내측으로 절곡된 절곡부가 마련되며, 상기 보호체의 내측으로서, 단열재의 하부에 상기 절곡부와 인접하여 구비되는 열 차폐부가 더 포함되는 것이 바람직하다.

상기 결정 성장 장치 내에, 결정 성장을 위하여 설치되는 도가니 장치로서, 상기 도가니 장치는, 물리적 기상 증착법을 위한 것이며, 상면이 개방되고 하면이 폐쇄되며, 기상 증착을 위한 소스가 수용되는 내부 도가니; 상기 내부 도가니의 개방된 상면을 폐쇄하며, 저면에서 종자 결정을 지지하는 내부 도가니 커버; 상기 내부 도가니를 감싸며, 상면과 하면이 일부 개방되는 외부 도가니; 상기 외부 도가니의 개방된 상면과 하면의 일부를 제외하고 도가니의 외주연을 감싸도록 마련되는 보호체;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 하나의 챔버를 사용하여 서로 다른 세가지의 단결정 성장기법을 운용할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

챔버를 고온에 견디는 투명체, 예를 들어 석영관으로 구성함으로써, 챔버 내부를 실시간으로 관찰할 수 있으며, 실험 후 빠른 냉각이 가능하도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 하부의 금속 재질인 챔버 지지대(예를 들어 sus 재질)를 구성함으로써 도가니 하부의 온도를 측정하거나 가스 원료를 주입하는 통로로 이용될 수 있으며, 원하는 성장기법에 적합한 내부 도가니 및 단열 구조를 구성하여 챔버 지지대 위에 안착한 후 실험을 진행할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 챔버의 위쪽이 장비의 헤더와 바로 맞닿아 연결되도록 한 것으로서, 용액성장 시, 배기 라인과 연결하여 내부 압력을 조절하는데 용이하도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 석영관의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기상 증착용 도가니가 챔버에 내장된 상태의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 용액성장용 도가니가 챔버에 내장된 상태의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 물리적 기상 증착용 도가니가 챔버에 내장된 상태의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 석영관과 도가니가 결합된 형태로서, 결정 성장 방법에 따라서 구분되어 표현된 모식도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하도록 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 예를 들어 외벽이 단일 석영관으로 이루어져 있는 유도가열식 성장로를 이용하였으며, 후술하는 바와 같은 세가지의 단결정 성장기법에 응용할 수 있다. 즉, 단일 유도가열방식의 고온용 단결정성장에 필요한 일반적인 소모품인 발열체, 단열재 및 종자 결정정과 원료의 배치 등에 적절히 변화를 주는 것만으로도 세가지 단결정 성장기법을 구현할 수 있다.

본 발명에서 개시되는 두가지 기상수송법과 한가지 용액성장법은 탄화규소 단결정을 성장시키는데 적합한 기법으로서, 모두 동일한 소재의 발열체와 단열재를 사용하므로 각 성장기법별 내부 구조 최적화에 소모되는 비용이 전체 시스템을 추가 설치하는 것에 비하여 현저히 낮다.

탄화규소를 합성할 때 사용하는 원료가 기상인지 액상인지에 따라 구체적인 화학식은 달라질 수 있으나, 기본적인 합성 매커니즘이 비슷하고, 다만 원료가 종자 결정으로 공급되는 방법과 경로에 따른 차이가 있어서 각각의 성장기법에 따른 세심한 내부 디자인이 요구되는데, 본 발명에서는 이를 모두 체계화하여 하나의 장비에서 소모품 교체 만으로 모두 구현해낼 수 있도록 규격화 하였다.

본 발명은 탄화규소를 비롯하여 PVT, HTCVD, TSSG 성장법을 적용할 수 있는 Carbide 또는 Nitride 결정의 성장에도 적용할 수 있으며, 상용 소재를 개발하기에 앞서 각 성장기법에 따른 다양한 실험 변수 등을 빠르게 테스트하고 데이터베이스화하는데 이용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 챔버의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기상 증착용 도가니가 챔버에 내장된 상태의 모식도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 용액성장용 도가니가 챔버에 내장된 상태의 모식도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 물리적 기상 증착용 도가니가 챔버에 내장된 상태의 모식도이다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 결정 성장용 결정 성장 장치(110)는 챔버(111)로서 예를 들어 석영관과 같은 투명체로 구성되어 있다. 투명체로 구성되는 경우, 내부를 관찰할 수 있다는 장점이 존재한다. 예전에는 성장부 전면에 걸쳐 체계적인 관찰이 어려워서 고온에서 열손실이 국부적으로 심각하게 나타나는 영역(단열재(132)의 국부적인 손실 유무)의 유무 및 챔버(111) 내부로 가열부(117) 장입시 수평구조의 뒤틀림 유무 등에 대한 모니터링이 불가하였으나, 이로써 이것이 가능하게 되었다.

본 발명에 따른 결정 성장 장치의 기본 구성은 챔버(111), 가열부(117)를 기본구성으로 하고 있으며, 여기서 일 실시예로서 챔버(111)는 석영관을, 가열부(117)는 유도가열을 위한 인덕션 코일을 각각 적용하였다. 그러나, 챔버(111)와 가열부(117)의 종류는 위의 것으로만 한정되는 것은 아니며, 대체 가능한 구성도 인정된다.

상기 챔버(111)와 상기 가열부(117)는 상호 접촉하지 아니하고, 별도로 구성되어, 가열부(117) 또는 챔버(111)만 별도로 교체가 가능하므로, 유지보수가 편리하며 경제적인 장점이 존재한다.

한편, 상기 석영관의 하부는 챔버 지지대(115)가 마련되었는데, 이는 금속, 예를 들면 SUS 재질이며, 상기 챔버 지지대(115)에는 일 실시예로서, 열전대 또는 가스 주입관을 삽탈하기 위한 천공부(미도시)가 적어도 하나 마련된다. 다만, 재질은 위 SUS로만 제한되지는 않으며, 대체 가능한 구성도 인정된다.

상기 챔버 지지대(115)는 상기 챔버(111)를 효과적으로 지지하기 위한 플레이트 형상이다. 또한, 상기 플레이트 중 챔버(111) 내부에 위치되는 영역에는 도가니 지지부(127, 137, 146)가 안착되도록 하는 도가니 안착부(119)가 마련되어 있다.

전술한 챔버(111)의 상부는 결정 성장 장치의 헤더와 바로 맞닿아 연결되며, 이를 통해 용액성장시, 배기 라인과 연결하여 내부 압력을 조절하는데 용이하다. 이를 위하여 본 발명의 챔버(111)는 헤더 안착부(113)를 구비한다.

배기라인은 석영관 하부에 있는 금속관을 통해 연결되어 있다. 하부 지지대 역할을 겸하는 챔버 지지대(115)에 T형 관을 연결하여 모터로 배기가 배출될 수 있도록 따로 배기라인이 연결되어있는 형식이다. 헤더 상부는 종자결정 축을 상하이동 및 회전할 수 있도록 모터라인과 연결되어있고, 그 외, 예를 들어 PVT, TSSG 법에서 도가니(124) 또는 용액 상부 온도를 측정하는 열전대가 성장로 내부를 통해 관찰될 수 있도록 작은 윈도우가 마련된다.

한편, 본 발명의 각 결정 성장법에 따른 도가니(124)의 특징을 설명하면 아래와 같다.

1) 화학적 기상 증착법

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 결정 성장 장치의 일 구성인 챔버(111)에 장입되는 도가니 시스템(120)이 개시되는데, 상기 도가니 시스템(120)에 구비되는 도가니(124)는 상면이 폐쇄되고 하면이 개방된다. 여기서, 상기 도가니(124)의 상면에는 종자 결정 지지대(122)가 마련되어, 종자 결정이 부착되며, 여기서부터 결정이 성장되기 시작한다. 또한, 상기 도가니(124)의 외부에는 상기 도가니(124)의 외주연을 감싸도록 보호체(121)가 마련되며, 상기 보호체(121)는 열을 가두기 위한 구성으로서, 반응을 더욱 촉진시키는 역할을 수행한다. 상기 보호체(121)의 재질은 그라파이트 펠트 재질이 바람직할 것이나, 그 밖의 다른 재질을 배제하는 것은 아니다.

상기 도가니(124) 내부에는 가스 유출관(125)이 인입되며, 상기 유출관(125)은 반응을 마친 반응용 가스가 다시 배출(회수)되도록 하는 관으로서, 보호체(121)의 하부에 마련되는 가스 유출구(126)와 연결되어 외부로 배출된다.

상기 도가니(124)의 하부에는 챔버(111)의 도가니 안착부(119)에 안착될 수 있도록 도가니 지지부(127)가 돌출구성된다. 이는 후술하는 용액성장용 도가니(124), 물리적 기상 증착용 도가니(124)에도 동일하게 구성된다.

구체적으로 도시되지는 아니하였으나, 챔버(111)는 모터를 통해 상하운동이 가능한 스테이션 위에 도가지 지지부(127)와 도가니 안착부(119)를 매개로 단순히 얹혀져 있으며, 헤드와 하부 파트(챔버 지지대(115))의 체결상 축을 정확히 유지하면서 결합된다. 여기서, 챔버(111)가 상하로 동작되는 과정에서 축이 뒤틀리지 않도록 챔버(111) 하부의 위치를 고정시켜 주는 챔버 지지대(115)는 해당 스테이션 중앙에 고정되어 있다. 챔버(111)는 상하부에 위치하고 있는 헤드와 챔버 지지대(115)에 밀착하여 체결하는 방식이며, 상하 체결되는 위치에는 고무링(미도시)이 삽입되어 있어서 진공시 가스 유출입을 제어한다.

상기 도가니(124)의 상면과 하면 사이에는 하면에서부터 상면 방향으로 온도가 저하되도록 온도구배가 생성되며, 이로써, 가스원료가 하부에서 분해되고 상부에서 재결합되어 결정을 성장시키게 된다. 예를 들어 HTCVD를 이용한 SiC 결정성장에는 주로 SiH₄(Silane), SiCl₄(silicon tetrachloride) 등의 기상 원료가 사용되며, SiH₄ + C₂H₄ 화학반응을 통해 각각 Si와 C를 H에서 분해하게 되고, 종자결정 표면에서 Si-C 재반응을 통해 SiC 결정이 성장하도록 한다. 이 때 수송용 가스는 주로 헬륨 또는 아르곤(carrier)을 사용한다.

2) 용액성장법

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 결정 성장 장치의 일 구성인 챔버(111)에 장입되는 도가니 시스템(130)이 개시되는데, 상기 챔버(111)에 장입되는 도가니는 상면이 개방되고 하면이 폐쇄되며, 내부에 용액이 수용되는 내부 도가니(135)와, 상기 내부 도가니(135)를 감싸며, 상면이 개방되는 외부 도가니(133)로 구성된다.

이중 도가니 시스템을 운용하는 이유는 도가니(124)의 사용 연수를 늘리기 위함이다. 즉, 내부 도가니(135)는 소진을 위하여 1회성으로 사용되지만, 외부 도가니(133)는 반복해서 사용할 수 있다는 장점이 존재하며, 외부 도가니(133)가 규모가 크기 때문에 이와 같은 운용방법은 경제적 측면에서 유리하게 해석된다.

또한 가열부(예를 들어, RF 코일)을 통한 유도가열 과정에서 외부 도가니(133)를 직접적인 유도 가열체로 사용하고, 이의 복사열을 내부 도가니(135)로 전달하도록 함으로써 내부 도가니(135) 전면에 걸쳐서 온도분포를 고르게 제어하는데에도 의의를 둔다.

상기 내부 도가니(135)에 수용되는 용액에 종자 결정이 침잠되도록 종자 결정을 지지하는 종자 결정 지지대(138)가 포함되는데, 이는 통상의 구성이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 외부 도가니(133)의 개방된 상면을 제외하고 도가니의 외주연을 감싸도록 보호체(131)가 마련되는데, 보호체(131)의 설치의 취지와 재질 등은 전술한 바와 같다.

열구배의 운용방식은 전술한 화학 기상 증착법과 동일하며, 다만, 이러한 열구배의 이유는 도가니 하부에서 탄소가 용액 내부로 용융되도록 높은 온도로 유지하고, 용액 상부에 위치한 종자 결정 표면으로 이동하여 결정성장이 진행되도록 저온으로 유지하기 위함이다.

상기 보호체(131)는, 외부 도가니(133)의 상단으로부터 연장형성되어 챔버(111)로 유출되는 열을 차폐하는 단열재(132);를 더 포함하는데, 여기서 상기 외부 도가니(133)의 상단에는 내측으로 절곡된 절곡부(139)가 마련되며, 상기 보호체(131)의 내측으로서, 단열재(132)의 하부에 상기 절곡부(139)와 인접하여 구비되는 열 차폐부(139-2)가 더 마련된다. 열 차폐부(139-2)는 열이 상부로 전달되는 것을 최대한 방지하여 열손실을 막아 반응이 더욱 활성화되도록 하기 위하여 마련된 것이다. 상기 열 차폐부(139-2)는 상기 보호체(131)의 내주연을 따라서 형성된다.

3) 물리적 기상 증착법

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 결정 성장 장치의 일 구성인 챔버(111)에 장입되는 도가니 시스템(150)이 개시되는데, 상기 챔버(111)에 장입되는 도가니는 상면이 개방되고 하면이 폐쇄되며, 기상 증착을 위한 소스가 수용되는 내부 도가니(145);와 상기 내부 도가니(145)의 개방된 상면을 폐쇄하며, 저면에서 종자 결정을 지지하는 내부 도가니 커버(143);와 상기 내부 도가니(145)를 감싸는 외부 도가니(142);와 상기 외부 도가니(142)의 외주연을 감싸도록 마련되는 보호체(141);를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 화학적 기상 증착법에서 설명된 보호체(141), 이중 도가니의 운용 등은 여기서도 동일하게 적용될 수 있다.

온도 구배의 경우, 전술한 두가지의 결정 성장 방법과 마찬가지로 운용되는데, 다만 물리적 기상 증착법은 예를 들어, 종자결정을 내부 도가니 커버(143)에 접합하고, 도가니에 α 또는 β-SiC 분말을 충전한 후 상기 커버(143)를 체결(locking) 하여 외부 도가니(142) 및 보호체(141)로 사방을 감싼 뒤 승온시키는데, 분말 원료에서 Si와 C가 승된 후 상부에 있는 종자 결정으로 확산하여 재결정화하도록 하기 위한 것이다.

도 5에서는 이와 같은 각 결정 성장법에 따른 결정 성장 장치(110)와 도가니 시스템(12, 130, 140)의 결합상태를 각각 나타내었다.

여기서, (a)는 고온 화학적 기상 증착법에 관한 것, (b)는 용액성장법에 관한 것, (c) 물리적 기상 증착법에 관한 것이다.

이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 안정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 결정 성장 장치 111 : 챔버
113 : 헤더 안착부 115 : 챔버 지지대
117 : 가열부 119 : 도가니 안착부
120, 130, 140 : 도가니 시스템 121, 131, 141 : 보호체
122, 138, 143 : 종자결정 지지대 132 : 단열재
124 : 도가니 125 : 가스 유출관
126 : 가스 유출구 127, 137, 146 : 도가니 지지부
133, 142 : 외부 도가니 135, 145 : 내부 도가니
136, 144 : 용액 139 : 절곡부
139-2 : 열 차폐부

Claims

내부를 관찰할 수 있도록 투명 재질로 구성되며, 결정 성장을 위한 도가니가 수용되도록 관체의 형상인 챔버; 및
상기 챔버의 외부에서 챔버를 감싸도록 마련되는 가열부;를 포함하며,
상기 챔버는 석영관이며, 상기 챔버와 상기 가열부는 상호 접촉하지 아니하고, 별도로 구성되어, 가열부 또는 챔버만 별도로 교체가 가능한 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제1항에 있어서,
상기 챔버의 하부에는 챔버 지지대가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제2항에 있어서,
상기 챔버 지지대는 상기 챔버가 지지되도록 하는 플레이트 형상인 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제2항에 있어서,
상기 챔버 지지대는 서스(SUS) 재질인 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제2항에 있어서,
상기 챔버 지지대에는 열전대 또는 가스 주입관을 삽탈하기 위한 천공부가 적어도 하나 마련되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제1항에 있어서,
상기 챔버의 상단 외주연에는 헤더(header)와 맞닿아 연결되도록 헤더 안착부가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제1항에 있어서,
상기 결정 성장 장치 내에, 결정 성장을 위하여 설치되는 도가니 장치로서, 상기 도가니 장치는,
고온 화학적 기상 증착법을 위한 것이며,
상면이 폐쇄되고 하면이 개방되는 도가니;
상기 도가니의 상면에 마련되는 종자 결정 지지대;
상기 도가니의 개방된 하면을 제외하고 도가니의 외주연을 감싸도록 마련되는 보호체; 및
상기 보호체의 하부로서 도가니의 개방된 하면 이하의 영역에 형성되는 가스 유출구에 연결되며, 상기 도가니의 내부로 인입되어, 내부로 주입되는 반응용 가스가 다시 회수되도록 하는 유출관;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제7항에 있어서,
상기 도가니의 하부에는 결정 성장 장치의 하부에 마련되는 챔버의 도가니 안착부에 안착되는 도가니 지지부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제7항에 있어서,
상기 도가니의 상면과 하면 사이에는 하면에서부터 상면 방향으로 온도가 저하되도록 온도구배가 생성되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제7항에 있어서,
상기 보호체는, 도가니의 상면을 둘러싸는 부분의 상부로 연장형성되어 챔버에 전달되는 열을 차폐하는 단열재;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제1항에 있어서,
상기 결정 성장 장치 내에, 결정 성장을 위하여 설치되는 도가니 장치로서, 상기 도가니 장치는,
용액 성장법을 위한 것이며,
상면이 개방되고 하면이 폐쇄되며, 용액이 수용되는 내부 도가니;
상기 내부 도가니를 감싸며, 상면이 개방되는 외부 도가니;
상기 내부 도가니에 수용되는 용액에 종자 결정이 침잠되도록 종자 결정을 지지하는 종자 결정 지지대; 및
상기 외부 도가니의 개방된 상면을 제외하고 도가니의 외주연을 감싸도록 마련되는 보호체;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제11항에 있어서,
상기 보호체의 하부에는 결정 성장 장치의 하부에 마련되는 챔버의 도가니 안착부에 안착되는 도가니 지지부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제11항에 있어서,
상기 외부 도가니의 상면과 하면 사이에는 하면에서부터 상면 방향으로 온도가 저하되도록 온도구배가 생성되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제11항에 있어서,
상기 보호체는, 외부 도가니의 상단으로부터 연장형성되어 챔버에 전달되는 열을 차폐하는 단열재;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제14항에 있어서,
상기 외부 도가니의 상단에는 내측으로 절곡된 절곡부가 마련되며, 상기 보호체의 내측으로서, 단열재의 하부에 상기 절곡부와 인접하여 구비되는 열 차폐부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 결정 성장 장치.
제1항에 있어서,
상기 결정 성장 장치 내에, 결정 성장을 위하여 설치되는 도가니 장치로서, 상기 도가니 장치는,
물리적 기상 증착법을 위한 것이며,
상면이 개방되고 하면이 폐쇄되며, 기상 증착을 위한 소스가 수용되는 내부 도가니;
상기 내부 도가니의 개방된 상면을 폐쇄하며, 저면에서 종자 결정을 지지하는 내부 도가니 커버;
상기 내부 도가니를 감싸며, 상면과 하면이 일부 개방되는 외부 도가니;
상기 외부 도가니의 개방된 상면과 하면의 일부를 제외하고 도가니의 외주연을 감싸도록 마련되는 보호체;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제16항에 있어서,
상기 보호체의 하부에는 결정 성장 장치의 하부에 마련되는 챔버의 도가니 안착부에 안착되는 도가니 지지부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.
제16항에 있어서,
상기 외부 도가니의 상면과 하면 사이에는 하면에서부터 상면 방향으로 온도가 저하되도록 온도구배가 생성되는 것을 특징으로 하는 적어도 가열부와 챔버가 상호 분리가능하게 구성되는 결정 성장 장치.