수정 성장 과정에서 프로세스 형상화

Shaping processes in crystal growth
결정화
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기초
크리스털 · 결정구조 · 핵
개념
결정화 · 수정성장
재분배 · 씨 크리스털
프로토크리스탈린 · 싱글 크리스털
방법 및 기술
불스
브리지그만-스톡바거법
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초크랄스키법
에피택시 · 플럭스법
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분수 동결
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키로풀로스법
레이저 가열 받침대 성장
마이크로 풀다운
수정 성장 과정에서 프로세스 형상화
스컬 도가니
베르누일법
구역 용해

결정 성장에 있어서의 형상화 과정은 용해로부터 정의된 모양의 벌크 크리스털을 배양하기 위한 기법의 집합체로서, 대개 기계적인 샤이퍼를 이용하여 액체 메니스크의 모양을 구속함으로써 이루어진다.결정체는 일반적으로 섬유, 고체 실린더, 중공 실린더(또는 튜브), 시트(또는 플레이트)로 재배된다.단면이 복잡한 튜브, 돔 등 보다 복잡한 형태도 제작됐다.[1]쉐이핑 공정을 사용하면 거의 순 형태 결정체를 만들 수 있으며 매우 비싸거나 기계 재료가 어려운 결정체의 제조 비용을 줄일 수 있다.null

쉐이핑 프로세스 목록

  • 수평 리본 성장(HRG,[2][3] 1959)
  • 에지 정의 필름 공급 성장(EFG, 1960)
  • 저각 실리콘 시트(LASS, 1981)
  • 마이크로 풀다운(µ-PD)
  • 스테파노프 기술
  • 끈 리본

에지 정의 필름 공급 성장

엣지 정의 필름 공급 성장 또는 EFG는 1960년대 후반 Harold LaBelle과 A에 의해 사파이어 성장을 위해 개발되었다.타이코 인더스트리즈에서 믈랍스키였습니다.[4]재배할 결정과 거의 동일한 치수를 가진 샤이퍼(일명 다이)가 도가니에 포함된 용해 표면 위에 놓여 있다.모세관 작용은 샤퍼 중앙에 있는 슬릿에 액체 물질을 공급한다.씨앗 결정이 액상 필름에 닿아 위로 올라가면 고체 씨앗과 액상 필름의 접점에 하나의 결정체가 형성된다.씨앗을 위로 계속 끌어 올리면서 크리스털과 샤퍼의 상단 표면 사이에 액막이 형성되면서 크리스탈이 팽창한다.필름이 샤퍼의 가장자리에 닿으면 최종 결정 모양이 샤퍼의 그것과 일치한다.null

모든 물질은 독특한 성장각, 고체 결정, 액체 필름, 대기 사이의 3중 접점에 형성된 각도를 가지고 있기 때문에 정확한 결정 치수는 샤퍼의 치수에서 벗어날 것이다.[5]성장각 때문에 음경(즉, 액막 두께)의 높이를 달리하면 결정의 치수가 달라진다.음낭 높이는 당기는 속도와 결정 속도에 의해 영향을 받는다.결정화 속도는 결정 성장로의 핫존 구성에 의해 결정되는 샤퍼 위의 온도 구배와 성장 중 가열 소자에 적용되는 전력에 따라 달라진다.또한 쉐이퍼 재료와 크리스털 재료 간의 열팽창 계수 차이는 고온에서 자라는 크리스털의 경우 실온에서 쉐이퍼와 크리스털 사이에 상당한 크기 차이를 일으킬 수 있다.null

샤퍼 재료는 용해 및 성장 대기 모두에 대해 비활성적이어야 하며 용해로 인해 젖은 상태여야 한다.[6]null

예를 들어 EFG 기법을 사용하여 하나의 도가니에서 여러 개의 결정체를 재배하는 것이 가능하다.null

적용들

사파이어: EFG는 주로 방어와 다른 응용을 위한 강력한 적외선 창으로 사용하기 위해 사파이어의 큰 판을 재배하는데 사용된다.약 7 mm 두께 x 300 mm 폭 x 500 mm 길이의 창문이 생산된다.[7]샤퍼는 일반적으로 몰리브덴으로 만들어졌다.null

실리콘: EFG는 2000년대에 쇼트 솔라사가 태양광 발전 패널용 실리콘 시트를 생산하기 위해 측면에 면 12.5cm, 지름 약 38cm, 길이 약 5~6m의 얇은 벽면(약 250~300μm)[8]의 옥타곤을 잡아당겨 사용하였다.샤퍼는 일반적으로 흑연으로 만들어진다.null

기타 산화물:많은 고융점 산화물들은 EFG에 의해 재배되었으며, 그 중 GaO23, LiNBO3, Nd3+:(LuGdx1−x)3GaO512 (Nd:LGGGG)가 있다.[9]종종 이리듐 셰이퍼가 사용된다.null

수평 리본 성장

수평 리본 성장(HRG)은 윌리엄 쇼클리가 1959년 실리콘 성장을 위해 개발하고 특허받은 방법이다.[2][3]이 방법으로 얇은 결정판을 도가니 위에서 수평으로 당긴다.용해 표면이 시트를 당기는 도가니 가장자리와 같은 높이로 유지되도록 용해 수준을 지속적으로 보충해야 한다.성장 시트 표면에 냉각 가스를 불어 넣어 매우 높은 증가율(>400 mm/min)을 달성할 수 있다.[10]이 방법은 용해 표면에 떠 있는 고체 결정체에 의존하는데, 고체 실리콘은 액체 실리콘보다 밀도가 낮기 때문에 효과가 있다.null

마이크로 풀다운

주요 기사:마이크로 풀다운

미세 당김(micro-pull-down) 또는 µ-PD 기법은 도가니 하단에 작은 원형 개구부를 사용하여 결정섬유를 아래로 당긴다.수백 가지의 다른 결정 물질들이 이 기술에 의해 재배되었다.null

펜던트 드롭 성장 또는 PDG라고 하는 변형은 도가니 하단에 있는 슬롯을 사용하여 유사한 방식으로 결정 시트를 만든다.[5]null

스테파노프 기술

스테파노프 기법은 A.V.에 의해 개발되었다.1950년 이후 소비에트 연방의 스테파노프.[1]그 방법은 용해 표면에 위치한 샤퍼를 통해 수직으로 결정체를 잡아당기는 것이다.샤이퍼는 EFG에서와 같이 모세관 채널로 반드시 공급되는 것은 아니다.[11]샤퍼 재료는 샤퍼 재료가 젖은 EFG와는 반대로 용해로 인해 습식되거나 습식되지 않을 수 있다.[6]이 기술은 금속, 반도체, 산화물 결정을 재배하는 데 사용되어 왔다.null

직경 제어를 위한 첨단 제어 시스템을 개발하기 전에 일부 III-V 반도체에 대해 "부식"이라고 알려진 부동 샤이퍼를 사용한 Czochralski 성장이 수행되었다.[12]null

끈 리본

주요 기사:끈 리본

덴드리틱 웹 또는 엣지 지원 풀링이라고도 하는 스트링 리본 방식은 인듐 안티모니드, 갈륨 비소, 게르마늄, 실리콘 등 반도체 시트를 재배하는 데 사용돼 왔다.[13]재배할 시트와 폭과 두께가 일치하는 씨 결정체를 용해 윗면에 담근다.적당한 재료의 끈은 씨앗의 수직 가장자리에 고정되고 도가니 하단의 구멍을 통해 스풀로 내려간다.씨앗이 자라면서 녹는 사이로 끈이 계속 먹이고 씨앗과 끈, 녹는 사이에 액체 필름이 형성된다.필름은 씨앗에 결정화되어 시트나 리본을 형성한다.null

참조

  1. ^ a b 도브로빈스카야, 엘레나 R, 레오니드 A.리트비노프, 발레리안 피쉬치크.사파이어: 재료, 제조, 응용.Springer Science & Business Media, 2009.null ISBN0387856943
  2. ^ a b Daggolu, Parthiv (December 2013). "Thermal-Capillary Analysis of the Horizontal Ribbon Growth of Solar Silicon" (PDF). University of Minnesota.{{cite web}}: CS1 maint : url-status (링크)
  3. ^ a b US 3031275, Shockley, William, 1962-04-24 출판된 "단일 결정체 재배 프로세스"
  4. ^ Robichaud, Joseph L.; Harris, Daniel C.; Goodman, William A. (2009). "A century of sapphire crystal growth: origin of the EFG method". Optical Materials and Structures Technologies IV. Vol. 7425. pp. 74250P. doi:10.1117/12.824452. ISSN 0277-786X.
  5. ^ a b Duffar, Thierry (2015). "Capillarity and Shape Stability in Crystal Growth from the Melt". In Rudolph, Peter (ed.). Handbook of Crystal Growth Vol. IIB (2nd ed.). Elsevier B.V. pp. 758–789. doi:10.1016/B978-0-444-63303-3.00019-5. ISBN 9780444633033.
  6. ^ a b Surek, T.; Coriell, S.R.; Chalmers, B. (1980). "The growth of shaped crystals from the melt". Journal of Crystal Growth. 50 (1): 21–32. doi:10.1016/0022-0248(80)90227-4. ISSN 0022-0248.
  7. ^ "CLASS Sapphire Sheets". Saint-Gobain. Retrieved 25 January 2018.
  8. ^ Mackintosh, B; Seidl, A; Ouellette, M; Bathey, B; Yates, D; Kelejs, J (25 January 2006). "Large silicon crystal hollow-tube growth by the edge-defined film-fed growth (EFG) method". Journal of Crystal Growth. 287 (2): 428–432. doi:10.1016/j.jcrysgro.2005.11.058.
  9. ^ Mu, Wenxiang; Jia, Zhitai; Yin, Yanru; Hu, Qiangqiang; Li, Yang; Tao, Xutang (2017). "Growth of homogeneous Nd:LGGG single crystal plates by edge-defined film-fed growth method". Journal of Crystal Growth. 478: 17–21. doi:10.1016/j.jcrysgro.2017.08.007. ISSN 0022-0248.
  10. ^ Kudo, B. (1980). "Improvements in the Horizontal Ribbon Growth technique for single crystal silicon". Journal of Crystal Growth. 50 (1): 247–259. doi:10.1016/0022-0248(80)90248-1.
  11. ^ Tatartchenko, Vitali (2010). "Shaped Crystal Growth: TPS Brief History". In Dhanaraj, Govindhan; et al. (eds.). Springer Handbook of Crystal Growth. Springer. pp. 537–541.
  12. ^ Winkler, Jan; Neubert, Michael (2015). "Automation of Crystal Growth from Melt". In Rudolph, Peter (ed.). Handbook of Crystal Growth (2nd ed.). Elsevier B.V. p. 1153. doi:10.1016/B978-0-444-63303-3.00028-6. ISBN 9780444633033.
  13. ^ Seidensticker, R.G.; Hopkins, R.H. (1980). "Silicon ribbon growth by the dendritic web process". Journal of Crystal Growth. 50 (1): 221–235. doi:10.1016/0022-0248(80)90246-8. ISSN 0022-0248.