KR102665191B1 - Single crystal growth device and single crystal growth method of using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시드의 온도를 조절할 수 있는 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정 성장 방법에 관한 것으로, 도가니, 상기 도가니 내의 융액 상에 위치한 시드, 상기 시드와 시드 샤프트를 연결하는 시드 홀더, 상기 시드 홀더의 내부에 형성된 발열체를 포함하며, 상기 발열체는 상하이동 가능하도록 형성되어, 상기 발열체의 상하이동을 통해 상기 시드의 온도를 조절한다.The present invention relates to a single crystal growth device capable of controlling the temperature of a seed and a single crystal growth method using the same, which includes a crucible, a seed located on a melt in the crucible, a seed holder connecting the seed and a seed shaft, and the inside of the seed holder. It includes a heating element formed in, wherein the heating element is formed to be capable of moving up and down, and the temperature of the seed is controlled through the up and down movement of the heating element.
Description
본 발명은 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정 성장 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 시드의 온도를 조절할 수 있는 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정 성장 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a single crystal growth apparatus and a single crystal growth method using the same, and more specifically, to a single crystal growth apparatus capable of controlling the temperature of a seed and a single crystal growth method using the same.
실리콘 카바이드(SiC) 단결정은 내마모성 등의 기계적 강도와 내열성 및 내부식성이 우수하여 반도체, 전자, 자동차, 기계 분야 등의 부품소재로 많이 사용되고 있다. 특히 전기자동차와 같이 모터 구동용 전력제어 장치에 SiC 기판소재 파워모듈이 사용된다. 따라서, 국내외 기업에서 고순도 단결정 SiC 기판 제조 기술 연구가 다각도로 진행되고 있다.Silicon carbide (SiC) single crystal has excellent mechanical strength such as wear resistance, heat resistance, and corrosion resistance, and is widely used as a component material in the semiconductor, electronic, automobile, and mechanical fields. In particular, power modules made of SiC substrate materials are used in power control devices for driving motors, such as in electric vehicles. Therefore, domestic and foreign companies are conducting research on high-purity single crystal SiC substrate manufacturing technology from various angles.
실리콘 카바이드 단결정 성장 방법으로는, 탄소와 실리카를 섭씨 2000도 이상의 고온 전기로에서 반응시키는 애치슨 방법, 화학적 기상 증착법, 실리콘 카바이드를 원료로 하여 섭씨 2000도 이상의 고온에서 승화시켜 단결정을 성장시키는 승화법, 결정 인상법(crystal pulling method)을 응용한 용액법 등이 있다.Silicon carbide single crystal growth methods include the Acheson method, which involves reacting carbon and silica in an electric furnace at a high temperature of 2000 degrees Celsius or higher, the chemical vapor deposition method, and the sublimation method of growing a single crystal by sublimating silicon carbide as a raw material at a high temperature of 2000 degrees Celsius or higher. There is a solution method that applies the crystal pulling method.
그러나 애치슨 방법은 고순도의 실리콘 카바이드 단결정을 얻기가 매우 어렵고, 화학적 기상 증착법은 박막 수준으로 두께가 제한되는 문제가 있다. 승화법 역시 일반적으로 섭씨 2400도 이상의 고온에서 이루어지고, 마이크로 파이프 및 적층 결함과 같은 여러 결함이 발생할 가능성이 많아 생산 단가적 측면에서 한계가 있는바, 상기와 같은 제한 및 한계가 없는 용액법에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.However, the Acheson method is very difficult to obtain high-purity silicon carbide single crystals, and the chemical vapor deposition method has a problem in that the thickness is limited to the thin film level. The sublimation method is also generally performed at a high temperature of over 2400 degrees Celsius, and there is a high possibility of various defects such as micropipes and stacking defects occurring, so there is a limit in terms of production cost. Therefore, there is a need for a solution method without the above limitations and limitations. Research is continuously being conducted.
용액법은 SiC가 녹아있는 융액에서 SiC 시드를 사용하여 단결정을 고온에서 성장시키게 된다. 이때 융액, 도가니 및 시드와 용액 계면 사이에 발생하는 온도 분포(열관리)가 매우 중요하다. 특히 시드와 융액이 만나는 계면에서 단결정이 성장하기 때문에 종자와 그를 고정 및 지지하는 시드 홀더의 온도가 매우 중요하다.The solution method uses SiC seeds in a melt containing SiC to grow a single crystal at high temperature. At this time, the temperature distribution (thermal management) that occurs between the melt, crucible, seed, and solution interface is very important. In particular, because a single crystal grows at the interface where the seed and the melt meet, the temperature of the seed and the seed holder that fixes and supports it is very important.
도 1은 종래 도가니 내부의 시드 및 시드 홀더를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing a seed and a seed holder inside a conventional crucible.
도 1을 참조하면, 종래에는 도가니(10)의 내부에 원판형태의 시드 홀더(20)에 시드(30)를 접합하여 융액(40)과 접하는 방식으로, 시드 홀더(20)의 위치 및 모양에 따라 온도 편차가 고정되고, 성장 각각의 단계에서 요구되는 시드와 융액 사이의 온도 구배를 변경할 수 없는 문제점이 있었다.Referring to FIG. 1, in the related art, the seed 30 is bonded to the disk-shaped seed holder 20 inside the crucible 10 and comes into contact with the melt 40, depending on the position and shape of the seed holder 20. Accordingly, there was a problem in that the temperature difference was fixed and the temperature gradient between the seed and melt required at each stage of growth could not be changed.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 시드와 융액의 온도구배 차이를 조절하여 고순도의 SiC 단결정 잉곳을 제조할 수 있는 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정 성장 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a single crystal growth device capable of producing a high-purity SiC single crystal ingot by controlling the temperature gradient difference between the seed and the melt, and a single crystal growth method using the same.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치는, 도가니, 상기 도가니 내의 융액 상에 위치한 시드, 상기 시드와 시드 샤프트를 연결하는 시드 홀더, 상기 시드 홀더의 내부에 형성된 발열체를 포함하며, 상기 발열체는 상하이동 가능하도록 형성되어, 상기 발열체의 상하이동을 통해 상기 시드의 온도를 조절한다.A single crystal growth device according to an embodiment of the present invention for realizing the above object includes a crucible, a seed located on a melt in the crucible, a seed holder connecting the seed and a seed shaft, and a heating element formed inside the seed holder. Including, the heating element is formed to be capable of moving up and down, and the temperature of the seed is controlled through the up and down movement of the heating element.
또한 상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 방법은, 시드의 상측에서 상기 시드를 고정하는 시드 홀더를 준비하는 단계, 상기 시드 홀더의 내부에 발열체를 삽입하는 단계, 상기 시드를 상기 시드 홀더의 하단에 부착하는 단계 및 상기 발열체의 상하이동을 통해 상기 시드의 온도를 조절하는 단계를 포함한다.In addition, a single crystal growth method according to an embodiment of the present invention for realizing the above object includes preparing a seed holder for fixing the seed on an upper side of the seed, inserting a heating element into the seed holder, and the seed Attaching to the bottom of the seed holder and controlling the temperature of the seed by moving the heating element up and down.
상기 시드 홀더는 원통형으로 형성될 수 있다.The seed holder may be formed in a cylindrical shape.
상기 발열체는 상기 시드 홀더의 원통 내경에 대응하는 원기둥형으로 형성될 수 있다.The heating element may be formed in a cylindrical shape corresponding to the cylindrical inner diameter of the seed holder.
상기 발열체는 상기 시드 샤프트를 관통하는 내부축에 의해 상하이동할 수 있다.The heating element may move up and down by an internal axis passing through the seed shaft.
상기 발열체는 유도 코일을 포함하고, 상기 유도 코일의 유도 가열을 통해 발열이 일어날 수 있다.The heating element includes an induction coil, and heat may be generated through induction heating of the induction coil.
상기 발열체는 그라파이트를 포함할 수 있다.The heating element may include graphite.
상기 시드 홀더의 벽두께는 5mm 이하로 형성될 수 있다.The seed holder may have a wall thickness of 5 mm or less.
상기 발열체와 상기 시드 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 센서를 더 포함할 수 있다.It may further include a distance measuring sensor that measures the distance between the heating element and the seed.
상기 시드 홀더 내부에 발열체를 삽입하는 단계 후, 상기 발열체와 연결된 내부축에 시드 샤프트를 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.After inserting the heating element into the seed holder, the step of connecting the seed shaft to the internal shaft connected to the heating element may be further included.
본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정 성장 방법은, 시드 홀더의 내부에 발열체를 삽입하고, 발열체가 상하이동 가능하게 함으로써, 이를 통해 시드의 온도를 조절하고 시드와 융액 사이의 온도 구배를 조절하여 고품질의 SiC 단결정 잉곳을 얻을 수 있는 효과를 제공한다.The single crystal growth device and the single crystal growth method using the same according to an embodiment of the present invention insert a heating element into the seed holder and enable the heating element to move up and down, thereby controlling the temperature of the seed and maintaining the space between the seed and the melt. It provides the effect of obtaining high-quality SiC single crystal ingots by controlling the temperature gradient.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 종래 도가니 내부의 시드 및 시드 홀더를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 상하이동 가능한 발열체를 구비한 단결정 성장 장치를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시드 홀더 및 발열체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 측정 센서를 구비한 단결정 성장 장치를 나타낸 단면도이다.Figure 1 is a diagram showing a seed and a seed holder inside a conventional crucible.
Figure 2 is a cross-sectional view showing a single crystal growth device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view showing a single crystal growth device equipped with a heating element capable of moving up and down according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view of a seed holder and a heating element according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a cross-sectional view showing a single crystal growth device equipped with a distance measuring sensor according to another embodiment of the present invention.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.The embodiments described below are shown as examples to aid understanding of the invention, and it should be understood that the present invention can be implemented with various modifications different from the embodiments described herein. However, in describing the present invention, if it is determined that detailed descriptions of related known functions or components may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed descriptions and specific illustrations will be omitted. Additionally, in order to facilitate understanding of the invention, the attached drawings are not drawn to scale and the dimensions of some components may be exaggerated.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The first and second terms used in this application may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are used only to distinguish one component from another.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, the terms used in this application are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the scope of rights. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise,” “consist of,” or “consist of” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but are intended to indicate the presence of one or It should be understood that this does not exclude in advance the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치의 구성에 대해 살펴본다.Hereinafter, we will look at the configuration of a single crystal growth device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치를 나타낸 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 상하이동 가능한 발열체를 구비한 단결정 성장 장치를 나타낸 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시드 홀더 및 발열체의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 측정 센서를 구비한 단결정 성장 장치를 나타낸 단면도이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing a single crystal growth device according to an embodiment of the present invention. Figure 3 is a cross-sectional view showing a single crystal growth device equipped with a heating element capable of moving up and down according to an embodiment of the present invention. Figure 4 is a cross-sectional view of a seed holder and a heating element according to an embodiment of the present invention. Figure 5 is a cross-sectional view showing a single crystal growth device equipped with a distance measuring sensor according to another embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치는, 도가니(100), 도가니(100) 내부의 융액과 접촉할수 있도록 위치한 시드(200), 시드(200)와 시드 샤프트(220)를 연결하는 시드 홀더(210), 시드 홀더(210)의 내부에 형성된 발열체(300)를 포함하고, 발열체(300)는 상하이동 가능하도록 형성되어, 발열체의 상하이동을 통해 시드(200)의 온도를 조절한다.2 to 5, the single crystal growth device according to an embodiment of the present invention includes a crucible 100, a seed 200 positioned to contact the melt inside the crucible 100, and the seed 200 and the seed. It includes a seed holder 210 connecting the shaft 220 and a heating element 300 formed inside the seed holder 210, and the heating element 300 is formed to be capable of moving up and down, and the seed ( 200) to adjust the temperature.
도가니(100)는 챔버(미도시) 내부에 배치되며, 상측이 개방된 용기 형태일 수 있다. 다만 도가니의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 실리콘 카바이드 단결정을 형성하기 위한 어떠한 형태로든 가능하다. 도가니(100)에는 실리콘 카바이드 성장에 주입되는 용융 원료가 장입되어 수용될 수 있다.The crucible 100 is placed inside a chamber (not shown) and may be in the form of a container with an open top. However, the shape of the crucible is not limited to this, and any shape for forming a silicon carbide single crystal is possible. The crucible 100 may contain molten raw materials that are injected to grow silicon carbide.
도가니(100)를 가열시키면, 도가니(100) 내부에 담긴 융액(400)은 탄소(C), 실리콘(Si)을 포함하는 융액(400)으로 변하게 되며, 계속하여 도가니(100)를 가열시켜 융액(400)이 과포화도 상태가 되면, 융액(400)과 접촉하는 시드(200) 상에서 실리콘 카바이드 단결정이 성장할 수 있다.When the crucible 100 is heated, the melt 400 contained inside the crucible 100 changes into a melt 400 containing carbon (C) and silicon (Si), and the melt 400 is continuously heated by continuing to heat the crucible 100. When 400 becomes supersaturated, a silicon carbide single crystal can grow on the seed 200 in contact with the melt 400.
시드 홀더(210)는 시드 홀더(210)의 끝단에 부착된 시드(200)가 도가니(100) 내부에 담긴 융액(400)에 침지될 수 있도록 도가니(100)의 내부에 위치할 수 있다. 이때 시드 홀더(210)는 상하이동을 통해 시드(200)를 도가니(100)의 내부 공간으로 삽입하여 융액(400)과 접촉 및 침지시킬 수 있다.The seed holder 210 may be located inside the crucible 100 so that the seed 200 attached to the end of the seed holder 210 can be immersed in the melt 400 contained inside the crucible 100. At this time, the seed holder 210 may move up and down to insert the seed 200 into the inner space of the crucible 100 to contact and immerse it in the melt 400.
발열체(300)는 시드 홀더(210)의 내부에 형성되고, 내부축(310)을 통해 시드 홀더(210) 내부에서 상하이동 가능하도록 형성된다. 발열체(300)가 상측으로 이동하면, 발열체(300)와 시드(200) 사이의 거리가 멀어져, 시드(200) 및 시드(200)와 연결된 시드 홀더(210) 부분이 발열체(300)의 영향을 상대적으로 덜 받아 시드(200)의 온도가 상대적으로 낮게 형성될 수 있으며, 발열체(300)가 하측으로 이동하면, 발열체(300)와 시드(200) 사이의 거리가 가까워져, 시드(200) 및 시드(200)와 연결된 시드 홀더(210) 부분이 발열체(300)의 영향을 상대적으로 많이 받아 시드(200)의 온도가 상대적으로 높게 형성될 수 있다.The heating element 300 is formed inside the seed holder 210 and can move up and down inside the seed holder 210 through the internal axis 310. When the heating element 300 moves upward, the distance between the heating element 300 and the seed 200 increases, so that the seed 200 and the portion of the seed holder 210 connected to the seed 200 are not affected by the heating element 300. The temperature of the seed 200 may be formed to be relatively low due to relatively less heat, and when the heating element 300 moves downward, the distance between the heating element 300 and the seed 200 becomes closer, and the seed 200 and the seed 200 become relatively low. The portion of the seed holder 210 connected to 200 is relatively influenced by the heating element 300, so that the temperature of the seed 200 may be relatively high.
발열체(300)는 원통형으로 형성된 시드 홀더(210)의 원통 내경에 대응하는 원기둥형으로 형성되어 시드 홀더(210)의 내부에 삽입될 수 있다. 결과적으로 발열체(300)의 형상이 시드 홀더(210)의 내부 형상과 대응되는 형태로 형성되어, 발열체(300)로부터 발생하는 열을 시드 홀더(210)에 고르게 전달할 수 있다. 또한 도시된 바와 같이 발열체(300)와 시드 홀더(210)의 내부가 인접하도록 형성되어, 발열체(300)로부터 발생하는 열을 시드 홀더(210)에 손실 없이 효율적으로 전달할 수 있다. The heating element 300 may be formed in a cylindrical shape corresponding to the cylindrical inner diameter of the seed holder 210 and may be inserted into the seed holder 210 . As a result, the shape of the heating element 300 is formed to correspond to the internal shape of the seed holder 210, and heat generated from the heating element 300 can be evenly transmitted to the seed holder 210. In addition, as shown, the insides of the heating element 300 and the seed holder 210 are formed adjacent to each other, so that heat generated from the heating element 300 can be efficiently transferred to the seed holder 210 without loss.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시드 홀더(210)의 두께는 5mm 이하로 형성될 수 있다. 이는 시드 홀더(210)의 두께를 보다 얇게 형성하여 발열체(300)로부터 발생하는 열이 시드 홀더(210)를 통해 시드(200)에 보다 효과적으로 전달될 수 있게 하기 위함이다.According to one embodiment of the present invention, the seed holder 210 may have a thickness of 5 mm or less. This is to make the seed holder 210 thinner so that heat generated from the heating element 300 can be more effectively transferred to the seed 200 through the seed holder 210.
상기와 같이 발열체(300)를 상하 이동시켜 발열체(300)와 시드(200) 간의 거리를 조절하여 시드(200)의 온도를 조절함으로써, 시드(200)와 융액(400) 사이의 온도 구배를 조절할 수 있다. 보다 상세하게는, 단결정 성장 진행시 성장의 초반, 중반, 말기에 따라 요구되는 각각의 다른 온도 구배 상황에 따라 시드(200)의 온도를 유연하게 조절할 수 있다.As described above, the temperature of the seed 200 is adjusted by moving the heating element 300 up and down to adjust the distance between the heating element 300 and the seed 200, thereby controlling the temperature gradient between the seed 200 and the melt 400. You can. More specifically, during single crystal growth, the temperature of the seed 200 can be flexibly adjusted according to different temperature gradients required at the beginning, middle, and end of growth.
발열체(300)는 유도 코일을 포함할 수 있다. 따라서 전류의 공급을 통한 유도 가열을 통해 발열체(300)로부터 열이 발생할 수 있다. 다만 유도 코일의 형상은 다양하게 형성될 수 있으며, 유도 코일로부터 형성된 열이 발열체(300) 외부로 균등하게 전달될 수 있는 형상이면 족하다. The heating element 300 may include an induction coil. Therefore, heat can be generated from the heating element 300 through induction heating through the supply of current. However, the induction coil may have various shapes, and any shape that allows the heat generated from the induction coil to be evenly transferred to the outside of the heating element 300 is sufficient.
발열체(300)는 그라파이트를 포함할 수 있다. 그라파이트는 열전도성이 뛰어난 물질로서, 발열체(300)가 포함하는 그라파이트를 통해, 유도 가열시 발생되는 열을 발열체(300)의 외부로 효과적으로 전달할 수 있다.The heating element 300 may include graphite. Graphite is a material with excellent thermal conductivity, and the heat generated during induction heating can be effectively transferred to the outside of the heating element 300 through the graphite included in the heating element 300.
내부축(310)은 시드 홀더(210)의 상측에 형성된 시드 샤프트(220)의 내부를 관통하도록 형성되고, 내부축(310)이 시드 샤프트(220)의 관통 공간 내부에서 상하이동함에 따라, 내부축(310)의 하측에서 내부축(310)과 연결된 발열체(300)가 시드 홀더(210)의 내부 공간 안에서 상하이동 할 수 있다.The inner shaft 310 is formed to penetrate the inside of the seed shaft 220 formed on the upper side of the seed holder 210, and as the inner shaft 310 moves up and down inside the penetration space of the seed shaft 220, the inner shaft 310 moves up and down. The heating element 300 connected to the inner shaft 310 at the lower side of the shaft 310 may move up and down within the inner space of the seed holder 210.
도 5에 따르면, 본 발명의 다른 실시예로서 발열체(300)와 시드(200) 사이의 거리를 측정할 수 있는 거리 측정 센서(500)를 포함할 수 있다. 발열체(300)와 시드(200)의 사이의 거리에 따라 시드(200)의 온도가 조절되므로, 거리 측정 센서(500)를 통하여 발열체(300)와 시드(200) 사이의 거리(h)를 측정하고, 기 설정된 성장 진행 시기에 따른 발열체(300)와 시드(200) 사이의 최적 거리값과 발열체(300) 및 시드(200) 사이의 거리를 비교하여, 발열체(300)를 기 설정된 최적 거리값에 맞게 상하이동할 수 있다.According to FIG. 5, another embodiment of the present invention may include a distance measuring sensor 500 capable of measuring the distance between the heating element 300 and the seed 200. Since the temperature of the seed 200 is adjusted according to the distance between the heating element 300 and the seed 200, the distance (h) between the heating element 300 and the seed 200 is measured through the distance measuring sensor 500. And, by comparing the optimal distance value between the heating element 300 and the seed 200 and the distance between the heating element 300 and the seed 200 according to the preset growth progress period, the heating element 300 is adjusted to the preset optimal distance value. You can move to Shanghai to suit your needs.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a single crystal growth method according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 방법은, 시드(200)의 상측에서 시드(200)를 고정하는 시드 홀더(210)를 준비하는 단계, 시드 홀더(210)의 내부에 발열체(300)를 삽입하는 단계, 시드(200)를 시드 홀더(210)의 하단에 부착하는 단계, 발열체(300)의 상하이동을 통해 시드(200)의 온도를 조절하는 단계를 포함한다.The single crystal growth method according to an embodiment of the present invention includes preparing a seed holder 210 for fixing the seed 200 on the upper side of the seed 200, and installing a heating element 300 inside the seed holder 210. It includes steps of inserting, attaching the seed 200 to the bottom of the seed holder 210, and adjusting the temperature of the seed 200 by moving the heating element 300 up and down.
시드 홀더(210)의 내부에 발열체(300)를 삽입하는 단계 후, 발열체(300)와 연결된 내부축(310)에 시드 샤프트(220)를 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서 내부축(310)은, 시드 샤프트(220)의 내부 관통 공간 상에서 상하로 이동하여, 내부축(310)과 연결된 발열체(300)를 상하이동 시킬 수 있다.After inserting the heating element 300 into the seed holder 210, the step of connecting the seed shaft 220 to the internal shaft 310 connected to the heating element 300 may be further included. Accordingly, the inner shaft 310 can move up and down in the inner penetrating space of the seed shaft 220 to move the heating element 300 connected to the inner shaft 310 up and down.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been shown and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and may be used in the technical field to which the invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or perspective of the present invention.
100: 도가니
200: 시드
210: 시드 홀더
220: 시드 샤프트
300: 발열체
310: 내부축
400: 융액
500: 거리 측정 센서100: Crucible
200: seed
210: Seed holder
220: seed shaft
300: Heating element
310: internal axis
400: melt
500: Distance measurement sensor
Claims (10)
상기 도가니 내의 융액 상에 위치한 시드;
상기 시드와 시드 샤프트를 연결하는 시드 홀더; 및
상기 시드 홀더의 내부에 형성된 발열체를 포함하며,
상기 발열체는 상하이동 가능하도록 형성되어, 상기 발열체의 상하이동을 통해 상기 시드의 온도를 조절하고,
상기 발열체와 상기 시드 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 센서를 더 포함하는 단결정 성장 장치.Crucible;
A seed located on the melt within the crucible;
A seed holder connecting the seed and the seed shaft; and
It includes a heating element formed inside the seed holder,
The heating element is formed to be capable of moving up and down, and the temperature of the seed is controlled by moving the heating element up and down,
A single crystal growth device further comprising a distance measuring sensor that measures the distance between the heating element and the seed.
상기 시드 홀더는 원통형으로 형성된 단결정 성장 장치.In paragraph 1:
The seed holder is a single crystal growth device formed in a cylindrical shape.
상기 발열체는 상기 시드 홀더의 원통 내경에 대응하는 원기둥형으로 형성된 단결정 성장 장치.In paragraph 2,
A single crystal growth device wherein the heating element is formed in a cylindrical shape corresponding to the cylindrical inner diameter of the seed holder.
상기 발열체는 상기 시드 샤프트를 관통하는 내부축에 의해 상하이동하는 단결정 성장 장치.In paragraph 1:
A single crystal growth device in which the heating element moves up and down by an internal axis penetrating the seed shaft.
상기 발열체는 유도 코일을 포함하고, 상기 유도 코일의 유도 가열을 통해 발열이 일어나는 단결정 성장 장치.In paragraph 1:
A single crystal growth device in which the heating element includes an induction coil, and heat is generated through induction heating of the induction coil.
상기 발열체는 그라파이트를 포함하는 단결정 성장 장치.In paragraph 1:
A single crystal growth device wherein the heating element includes graphite.
상기 시드 홀더의 벽두께는 5mm 이하로 형성되는 단결정 성장 장치.In paragraph 1:
A single crystal growth device in which the seed holder has a wall thickness of 5 mm or less.
상기 시드 홀더의 내부에 발열체를 삽입하는 단계;
상기 시드를 상기 시드 홀더의 하단에 부착하는 단계;
상기 발열체의 상하이동을 통해 상기 시드의 온도를 조절하는 단계;
거리 측정 센서를 통하여 상기 발열체와 상기 시드 사이의 거리를 측정하는 단계; 및
기 설정된 성장 진행 시기에 따른 상기 발열체와 상기 시드 사이의 최적 거리값과 상기 발열체 및 상기 시드 사이의 거리를 비교하여, 상기 발열체를 기 설정된 최적 거리값에 맞게 상하이동하는 단계를 포함하는 단결정 성장 방법.Preparing a seed holder for fixing the seed on the upper side of the seed;
Inserting a heating element into the seed holder;
Attaching the seed to the bottom of the seed holder;
Controlling the temperature of the seed by moving the heating element up and down;
Measuring the distance between the heating element and the seed using a distance measuring sensor; and
A single crystal growth method comprising comparing the optimal distance value between the heating element and the seed according to a preset growth progress period with the distance between the heating element and the seed, and moving the heating element up and down to match the preset optimal distance value. .
상기 시드 홀더 내부에 발열체를 삽입하는 단계 후, 상기 발열체와 연결된 내부축에 시드 샤프트를 연결하는 단계를 더 포함하는 단결정 성장 방법.In paragraph 9:
A single crystal growth method further comprising connecting a seed shaft to an internal axis connected to the heating element after inserting a heating element into the seed holder.
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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