여러 가지 사파이어 결정 성장 기술 비교
최초의 합성 보석이 화염 융합 방법으로 1902년에 생산된 이래, 합성 사파이어 결정의 재배를 위한 다양한 기술들이 지속적으로 발전해 왔습니다.12개 이상의 크리스탈 성장 방법이 등장했습니다.화염 핵융합, Czochralski (CZ) 방법, 그리고 Kyropoulos (KY) 방법 등이 포함됩니다. 각 방법은 자신의 장단점을 가지고 있으며 다른 응용 분야에서 사용됩니다.현재, 주요 산업화된 기술에는 키로폴로스 방법, Czochralski 방법, Edge-Defined Film-Fed Growth (EFG) 방법, 그리고 수직 수평 경사 동결 (VHGF) 방법이 포함됩니다.다음 섹션 에서는 전형적 인 사피르 결정 성장 기술 을 보다 상세 히 소개 할 것 이다.
화염 핵융합 방법 (버뉴일 공정)
플레임 퓨전 방법이라고도 알려진 베르누엘 공정은 유명한 프랑스 화학자 아우구스테 빅토르 루이스 베르누엘의 이름을 따서 명명되었습니다.그는 보석 을 합성 하기 위해 상업적 으로 실용적 인 첫 번째 방법 을 발명 한 것으로 유명 합니다1902년, 그는 "화염 융합" 기술을 개발했는데, 오늘날에도 공성 보석 생산에 저렴한 방법으로 널리 사용되고 있습니다.
시장에서 합성 보석을 생산하는 가장 일반적인 방법 중 하나인 화염 융합 방법은 루비와 사피라를 합성하는 데만 사용되지 않습니다.하지만 합성 스피넬의 생산에도 적용됩니다., 합성 루틸, 합성 스타 루비와 스타 사피라, 심지어 인공 스트론슘 티타나트, 다른 사람들.
작동 원칙
불꽃융합 방법은 수소와 산소의 연소로 생성되는 높은 온도를 이용합니다.알루미늄 산화물 (Al2O3) 의 느슨한 분말은 산화수소 화염을 통해 공급됩니다.원료가 화염을 통과 할 때, 그것은 즉시 작은 방울로 녹고, 냉각 된 씨앗 막대 위에 떨어집니다.
다음 다이어그램은 플레임 퓨전 크리스탈 성장 장치의 단순화 된 스케마를 보여줍니다.
보석 합성 성공의 핵심 조건은 99.9995%의 최소한의 순수성을 가진 고순수 원료의 사용입니다.알루미늄 산화물 (Al2O3) 는 원료입니다.나트륨 불순물이 흐름을 유발하고 보석의 맑음을 감소시킬 수 있기 때문에 일반적으로 나트륨 함량을 줄이기 위해 노력합니다. 원하는 색상에 따라소량의 다른 산화물 불순물이 첨가 될 수 있습니다.예를 들어, 크롬 산화소는 루비스를 생산하기 위해 첨가되며, 철 산화소 또는 티타늄 산화소는 파란색 사피르를 생산하기 위해 첨가됩니다. 다른 유형의 경우, 티타늄 이산화소를 추가하여 루틸이 형성됩니다.그리고 스트론슘 티타나트는 티타늄 옥살레이트를 첨가하여 형성됩니다.다른 낮은 가치의 결정도 시작 재료로 혼합 될 수 있습니다.
고효율과 저렴한 비용!화염 핵융합 방법은 인공 보석 합성을 위한 매우 효율적이고 저렴한 방법이다.그것은 모든 합성 보석 기술 중 가장 빠른 결정 성장 방법으로 간주됩니다., 짧은 시간 내에 큰 결정의 생산을 가능하게 하는, 대략 10 그램의 결정은 시간당 성장 할 수 있습니다.일반적으로 150~750카라트 (1카라트 = 0) 의 볼 모양의 결정을 형성한다..2g), 지름이 17~19mm에 달한다.
다른 합성 보석 방법에서 사용되는 장비와 비교하면 화염 융합 장치는 구조에서 가장 간단합니다.이것은 화염 융합 과정을 산업용 생산에 특히 적합하게 만들고 모든 합성 방법 중 가장 높은 생산량을 제공합니다..
그러나 화염 융합 방법으로 생성된 결정은 일반적으로 곡선 성장 줄무늬 또는 포노그래프 음반의 질감과 유사한 색상 대역을 나타냅니다.그리고 특징적인 구슬 모양 또는 구슬 모양의 거품이러한 특징은 광학 및 반도체와 같은 분야에서 응용을 제한합니다. 따라서 플레임 융합 기술은 주로 상대적으로 작은 지름의 제품을 생산하는 데 적합합니다.보석 같은 것, 시계 부품 및 정밀 기기 베어링.
또한, 낮은 비용으로 인해, 화염 융합 방법으로 자란 사파이르 결정은 다른 녹기 기반의 결정 성장 방법에 대한 씨앗 또는 시작 재료로 사용될 수 있습니다.
키로폴로스 방법 (KY 방법)
키로폴로스 방법은 KY 방법으로 줄여서 1926년에 키로폴로스에 의해 처음 제안되었으며 처음에는 큰 하러이드 결정, 하이드록시드 및 탄산물의 성장을 위해 사용되었습니다. 오랫동안,이 기술은 주로 그러한 결정의 준비와 연구에 적용되었습니다.1960년대와 1970년대에 소련의 과학자 무사토프가 이 방법을 개선하고그것은 큰 결정의 생산에 Czochralski 방법의 한계 가장 효과적인 해결책 중 하나로 간주됩니다.
키로폴로스 방법 으로 재배 된 결정 은 고품질 이며 비교적 저렴한 비용 으로 그 기술 을 대규모 산업 생산 에 적합 하게 한다. 현재,전 세계적으로 LED 애플리케이션에 사용되는 사파이어 기체의 약 70%는 키로폴로스 방법 또는 다양한 변형 버전으로 재배됩니다..
이 방법으로 자라는 단일 결정은 일반적으로 파리 모양의 외관을 가지고 있습니다 (아래 그림 참조),그리고 결정 지름은 크기를 도달 할 수 있습니다 단지 10 ∼ 30 크기의 크기가 크기가 크기보다 작습니다키로폴로스 방법은 현재 큰 지름의 사파이어 단 결정의 재배에 가장 효과적이고 성숙한 기술 중 하나입니다.이 방법 을 사용 하여 이미 큰 크기의 사파이르 결정 이 성공적으로 생산 되었습니다.
최근 한 뉴스 보고서 는 이 분야 에서 한 돌파구 를 강조 하였다.
12월 22일, 진싱 크리스탈의 크리스탈 성장 연구소는 자회사인 진후안 일렉트로닉스와 협력하여약 700kg의 초대 초대 사파이어 크리스탈을 성공적으로 생산하여 혁신의 중요한 한 획을 그었습니다..
키로폴로스 결정 성장 과정
키로폴로스 방법에서는 원료를 먼저 녹는 지점까지 가열하여 녹은 용액을 형성합니다.단일 결정 씨앗 (자본 결정 막대라고도 알려져) 은 다음 녹은 표면과 접촉씨앗과 녹음물 사이의 고체~액성 인터페이스에서 씨앗과 같은 격자 구조를 가진 단일 결정이 자라기 시작합니다.씨앗 결정은 서서히 위쪽으로 당겨지고 짧은 기간 동안 결정 목을 형성합니다..
용액과 씨앗 사이의 인터페이스에서 굳어지는 속도가 안정되면 당기는 것이 멈추고 씨앗은 더 이상 회전되지 않습니다.크리스탈은 냉각 속도를 점진적으로 조절하여 아래로 계속 성장합니다., 용액이 위에서 아래로 굳어지는 것을 허용합니다. 이것은 완전한 단일 결정 잉크를 형성합니다.
키로폴로스 방법 의 특징
키로폴로스 방법은 결정의 성장을 위해 정확한 온도 조절에 크게 의존합니다 (온도 조절은 절대적으로 중요합니다!).Czochralski 방법과 가장 큰 차이점은 단지 결정 목을 당기는 사실에 있습니다; 결정의 주체는 당겨지거나 회전하는 추가 방해 없이 제어 된 온도 경사선으로 성장합니다. 이것은 프로세스를 더 안정적이고 더 쉽게 제어 할 수 있습니다.
크리스탈 목을 당기는 동안, 히터의 전력은 녹은 물질을 크리스탈 성장을위한 최적의 온도 범위에 가져 오기 위해 신중하게 조정됩니다.이것은 이상적인 성장률을 달성하는 데 도움이됩니다., 궁극적으로 우수한 구조적 무결성을 가진 고품질의 사파이어 단일 크리스탈을 생산합니다.
Czochralski 방법 CZ 방법
Czochralski 방법, CZ 방법이라고도 알려져 있으며, 크리슬러가 크리슬러에 포함 된 녹은 용액에서 씨앗 크리스탈을 천천히 당기고 회전함으로써 자라는 기술입니다.이 방법 은 1916 년 에 폴란드 화학자 인 Jan Czochralski 가 처음 발견 하였다1950년대에 미국 벨 연구소에서 단일 결정 게르마늄을 재배하기 위해 개발했습니다.그리고 나중에 다른 과학자들이 실리콘과 같은 반도체 단일 결정의 성장을 위해 채택되었습니다., 금속 단일 결정과 합성 보석.
CZ 방법은 무색의 사파이어, 루비, 유트륨 알루미늄 그라넷 (YAG), 가돌리늄 갈리움 그라넷 (GGG), 알렉산드라이트 및 스피넬과 같은 중요한 보석 결정을 생산 할 수 있습니다.
용액에서 단일 결정을 재배하는 가장 중요한 기술 중 하나로서, Czochralski 방법은 널리 채택되었습니다. 특히 인덕션 가열 크라이블을 포함하는 변형이 있습니다.자라는 결정의 종류에 따라, CZ 방법 에서 사용 된 용조 물질은 이리디움, 몰리브덴, 플래티넘, 그래피트 또는 다른 높은 녹는 점의 산화질소 일 수 있습니다.이리디움 크라이블은 사파이어에 가장 적은 오염을 가져오지만 매우 비싸다.텅스텐 및 몰리브덴 큐리블은 더 저렴하지만 더 높은 오염 수준을 도입하는 경향이 있습니다.
Czochralski (CZ) 방법 크리스탈 성장 과정
먼저, 원료 를 녹는 지점 까지 가열 하여 녹은 용액 을 형성 한다. 그 후 단 하나의 결정 씨 가 녹은 물질 표면 과 접촉 한다.씨앗과 용액 사이의 고체 液体 인터페이스의 온도 차이로 인해, 초냉각이 발생합니다. 그 결과, 용액은 씨앗 표면에 굳어지기 시작하고 씨앗과 동일한 결정 구조를 가진 단일 결정이 자란다.
동시에, 씨앗 결정은 일정 속도로 회전하는 동안 제어되는 속도로 천천히 위로 당겨집니다.녹은 용액은 고체~액성 인터페이스에서 계속 굳어집니다., 결국 회전적으로 대칭적인 단일 크리스탈 잉크를 형성합니다.
Czochralski 방법의 주요 장점은 결정 성장 과정이 쉽게 관찰 될 수 있다는 것입니다. 결정은 용액의 표면에 성장합니다.크리스탄트 스트레스를 현저히 줄이고, 크라이블 벽에 원치 않는 핵을 방지합니다.이 방법은 또한 편리하게 방향성 씨앗 결정과 넥링 기술을 사용할 수 있으며, 이는 부착 밀도를 크게 줄입니다.
그 결과, CZ 방법 으로 재배 된 사파이르 결정 은 높은 구조적 무결성 을 나타내며, 그 성장 속도 와 결정 크기는 상당히 만족 스럽습니다.이 방법으로 생성된 사파이르 결정은 상대적으로 낮은 변동 밀도와 높은 광적 균일성을 가지고 있습니다.주요 단점은 높은 비용과 최대 결정 지름의 제한입니다.
참고:CZ 방법은 상업적 사파이르 결정 생산에 덜 일반적으로 사용되지만 반도체 산업에서 가장 널리 사용되는 결정 성장 기술입니다.왜냐하면 그것은 큰 지름의 결정들을 생성할 수 있기 때문입니다., 약 90%의 단일 결정적 실리콘 잉글릿은 CZ 방법으로 재배됩니다.
녹기 형태 방법 EFG 방법
엣지 정의 필름 피드 성장 (EFG) 방법으로도 알려진 메일트 셰이프 방법은 1960년대에 영국에서 해롤드 라벨과 소련에서 스테파노프에 의해 독립적으로 발명되었습니다.EFG 방법은 Czochralski 기법의 변형이며 거의 네트워크 모양의 기술입니다., 즉 그것은 원하는 모양에서 녹음에서 직접 결정 빈 자리가 자란다.
이 방법은 산업 생산에서 합성 결정에 필요한 무거운 기계 가공을 제거 할뿐만 아니라 원료를 효과적으로 절약하고 생산 비용을 줄입니다.
EFG 방법의 주요 장점은 재료 효율성과 다양한 특수 모양의 결정을 재배 할 수있는 능력입니다. 그러나 결함 수치를 줄이는 것은 여전히 도전입니다.그것은 더 일반적으로 모양 또는 복잡한 재료를 재배하는 데 사용됩니다최근 기술의 발전으로 EFG 방법은 MOCVD 에피타시에 대한 기판을 생산하기 위해도 적용되기 시작했으며 시장 점유율이 증가하고 있습니다.
열 교환 방법 HEM 방법
1969년, F. 슈미드와 D. 비에치니키는 슈미드-비에치니키 방법 (Schmid-Viechnicki method) 으로 알려진 새로운 결정 성장 기술을 발명했다.
원칙
열 교환 방법은 열을 제거하기 위해 열 교환기를 사용합니다.결정 성장 구역에 수직 온도 기하급수를 만들어 아래쪽의 온도가 낮고 위쪽의 온도는 더 뜨겁습니다.열 교환기 (일반적으로 헬륨) 안의 가스 흐름을 제어하고 난방 전력을 조절함으로써, 이 온도 경사도는 정확하게 관리됩니다.용암 내부의 용액이 바닥에서 위로 서서히 결정으로 굳어지게 해줍니다.
다른 결정 성장 과정과 비교하면 HEM의 주목할만한 특징은 고체-액체 인터페이스가 녹기 표면 아래에 잠겨 있다는 것입니다. 이러한 조건 하에서,열 및 기계적 장애가 억제됩니다., 인터페이스에서 균일한 온도 경사도를 초래하여 균일한 결정 성장을 촉진하고 화학적 균일성이 높은 결정의 생산을 촉진합니다.인시투 응열이 HEM 응축 순환의 일부이기 때문에, 결함 밀도는 다른 방법보다 종종 낮습니다.
여러 가지 사파이어 결정 성장 기술 비교
최초의 합성 보석이 화염 융합 방법으로 1902년에 생산된 이래, 합성 사파이어 결정의 재배를 위한 다양한 기술들이 지속적으로 발전해 왔습니다.12개 이상의 크리스탈 성장 방법이 등장했습니다.화염 핵융합, Czochralski (CZ) 방법, 그리고 Kyropoulos (KY) 방법 등이 포함됩니다. 각 방법은 자신의 장단점을 가지고 있으며 다른 응용 분야에서 사용됩니다.현재, 주요 산업화된 기술에는 키로폴로스 방법, Czochralski 방법, Edge-Defined Film-Fed Growth (EFG) 방법, 그리고 수직 수평 경사 동결 (VHGF) 방법이 포함됩니다.다음 섹션 에서는 전형적 인 사피르 결정 성장 기술 을 보다 상세 히 소개 할 것 이다.
화염 핵융합 방법 (버뉴일 공정)
플레임 퓨전 방법이라고도 알려진 베르누엘 공정은 유명한 프랑스 화학자 아우구스테 빅토르 루이스 베르누엘의 이름을 따서 명명되었습니다.그는 보석 을 합성 하기 위해 상업적 으로 실용적 인 첫 번째 방법 을 발명 한 것으로 유명 합니다1902년, 그는 "화염 융합" 기술을 개발했는데, 오늘날에도 공성 보석 생산에 저렴한 방법으로 널리 사용되고 있습니다.
시장에서 합성 보석을 생산하는 가장 일반적인 방법 중 하나인 화염 융합 방법은 루비와 사피라를 합성하는 데만 사용되지 않습니다.하지만 합성 스피넬의 생산에도 적용됩니다., 합성 루틸, 합성 스타 루비와 스타 사피라, 심지어 인공 스트론슘 티타나트, 다른 사람들.
작동 원칙
불꽃융합 방법은 수소와 산소의 연소로 생성되는 높은 온도를 이용합니다.알루미늄 산화물 (Al2O3) 의 느슨한 분말은 산화수소 화염을 통해 공급됩니다.원료가 화염을 통과 할 때, 그것은 즉시 작은 방울로 녹고, 냉각 된 씨앗 막대 위에 떨어집니다.
다음 다이어그램은 플레임 퓨전 크리스탈 성장 장치의 단순화 된 스케마를 보여줍니다.
보석 합성 성공의 핵심 조건은 99.9995%의 최소한의 순수성을 가진 고순수 원료의 사용입니다.알루미늄 산화물 (Al2O3) 는 원료입니다.나트륨 불순물이 흐름을 유발하고 보석의 맑음을 감소시킬 수 있기 때문에 일반적으로 나트륨 함량을 줄이기 위해 노력합니다. 원하는 색상에 따라소량의 다른 산화물 불순물이 첨가 될 수 있습니다.예를 들어, 크롬 산화소는 루비스를 생산하기 위해 첨가되며, 철 산화소 또는 티타늄 산화소는 파란색 사피르를 생산하기 위해 첨가됩니다. 다른 유형의 경우, 티타늄 이산화소를 추가하여 루틸이 형성됩니다.그리고 스트론슘 티타나트는 티타늄 옥살레이트를 첨가하여 형성됩니다.다른 낮은 가치의 결정도 시작 재료로 혼합 될 수 있습니다.
고효율과 저렴한 비용!화염 핵융합 방법은 인공 보석 합성을 위한 매우 효율적이고 저렴한 방법이다.그것은 모든 합성 보석 기술 중 가장 빠른 결정 성장 방법으로 간주됩니다., 짧은 시간 내에 큰 결정의 생산을 가능하게 하는, 대략 10 그램의 결정은 시간당 성장 할 수 있습니다.일반적으로 150~750카라트 (1카라트 = 0) 의 볼 모양의 결정을 형성한다..2g), 지름이 17~19mm에 달한다.
다른 합성 보석 방법에서 사용되는 장비와 비교하면 화염 융합 장치는 구조에서 가장 간단합니다.이것은 화염 융합 과정을 산업용 생산에 특히 적합하게 만들고 모든 합성 방법 중 가장 높은 생산량을 제공합니다..
그러나 화염 융합 방법으로 생성된 결정은 일반적으로 곡선 성장 줄무늬 또는 포노그래프 음반의 질감과 유사한 색상 대역을 나타냅니다.그리고 특징적인 구슬 모양 또는 구슬 모양의 거품이러한 특징은 광학 및 반도체와 같은 분야에서 응용을 제한합니다. 따라서 플레임 융합 기술은 주로 상대적으로 작은 지름의 제품을 생산하는 데 적합합니다.보석 같은 것, 시계 부품 및 정밀 기기 베어링.
또한, 낮은 비용으로 인해, 화염 융합 방법으로 자란 사파이르 결정은 다른 녹기 기반의 결정 성장 방법에 대한 씨앗 또는 시작 재료로 사용될 수 있습니다.
키로폴로스 방법 (KY 방법)
키로폴로스 방법은 KY 방법으로 줄여서 1926년에 키로폴로스에 의해 처음 제안되었으며 처음에는 큰 하러이드 결정, 하이드록시드 및 탄산물의 성장을 위해 사용되었습니다. 오랫동안,이 기술은 주로 그러한 결정의 준비와 연구에 적용되었습니다.1960년대와 1970년대에 소련의 과학자 무사토프가 이 방법을 개선하고그것은 큰 결정의 생산에 Czochralski 방법의 한계 가장 효과적인 해결책 중 하나로 간주됩니다.
키로폴로스 방법 으로 재배 된 결정 은 고품질 이며 비교적 저렴한 비용 으로 그 기술 을 대규모 산업 생산 에 적합 하게 한다. 현재,전 세계적으로 LED 애플리케이션에 사용되는 사파이어 기체의 약 70%는 키로폴로스 방법 또는 다양한 변형 버전으로 재배됩니다..
이 방법으로 자라는 단일 결정은 일반적으로 파리 모양의 외관을 가지고 있습니다 (아래 그림 참조),그리고 결정 지름은 크기를 도달 할 수 있습니다 단지 10 ∼ 30 크기의 크기가 크기가 크기보다 작습니다키로폴로스 방법은 현재 큰 지름의 사파이어 단 결정의 재배에 가장 효과적이고 성숙한 기술 중 하나입니다.이 방법 을 사용 하여 이미 큰 크기의 사파이르 결정 이 성공적으로 생산 되었습니다.
최근 한 뉴스 보고서 는 이 분야 에서 한 돌파구 를 강조 하였다.
12월 22일, 진싱 크리스탈의 크리스탈 성장 연구소는 자회사인 진후안 일렉트로닉스와 협력하여약 700kg의 초대 초대 사파이어 크리스탈을 성공적으로 생산하여 혁신의 중요한 한 획을 그었습니다..
키로폴로스 결정 성장 과정
키로폴로스 방법에서는 원료를 먼저 녹는 지점까지 가열하여 녹은 용액을 형성합니다.단일 결정 씨앗 (자본 결정 막대라고도 알려져) 은 다음 녹은 표면과 접촉씨앗과 녹음물 사이의 고체~액성 인터페이스에서 씨앗과 같은 격자 구조를 가진 단일 결정이 자라기 시작합니다.씨앗 결정은 서서히 위쪽으로 당겨지고 짧은 기간 동안 결정 목을 형성합니다..
용액과 씨앗 사이의 인터페이스에서 굳어지는 속도가 안정되면 당기는 것이 멈추고 씨앗은 더 이상 회전되지 않습니다.크리스탈은 냉각 속도를 점진적으로 조절하여 아래로 계속 성장합니다., 용액이 위에서 아래로 굳어지는 것을 허용합니다. 이것은 완전한 단일 결정 잉크를 형성합니다.
키로폴로스 방법 의 특징
키로폴로스 방법은 결정의 성장을 위해 정확한 온도 조절에 크게 의존합니다 (온도 조절은 절대적으로 중요합니다!).Czochralski 방법과 가장 큰 차이점은 단지 결정 목을 당기는 사실에 있습니다; 결정의 주체는 당겨지거나 회전하는 추가 방해 없이 제어 된 온도 경사선으로 성장합니다. 이것은 프로세스를 더 안정적이고 더 쉽게 제어 할 수 있습니다.
크리스탈 목을 당기는 동안, 히터의 전력은 녹은 물질을 크리스탈 성장을위한 최적의 온도 범위에 가져 오기 위해 신중하게 조정됩니다.이것은 이상적인 성장률을 달성하는 데 도움이됩니다., 궁극적으로 우수한 구조적 무결성을 가진 고품질의 사파이어 단일 크리스탈을 생산합니다.
Czochralski 방법 CZ 방법
Czochralski 방법, CZ 방법이라고도 알려져 있으며, 크리슬러가 크리슬러에 포함 된 녹은 용액에서 씨앗 크리스탈을 천천히 당기고 회전함으로써 자라는 기술입니다.이 방법 은 1916 년 에 폴란드 화학자 인 Jan Czochralski 가 처음 발견 하였다1950년대에 미국 벨 연구소에서 단일 결정 게르마늄을 재배하기 위해 개발했습니다.그리고 나중에 다른 과학자들이 실리콘과 같은 반도체 단일 결정의 성장을 위해 채택되었습니다., 금속 단일 결정과 합성 보석.
CZ 방법은 무색의 사파이어, 루비, 유트륨 알루미늄 그라넷 (YAG), 가돌리늄 갈리움 그라넷 (GGG), 알렉산드라이트 및 스피넬과 같은 중요한 보석 결정을 생산 할 수 있습니다.
용액에서 단일 결정을 재배하는 가장 중요한 기술 중 하나로서, Czochralski 방법은 널리 채택되었습니다. 특히 인덕션 가열 크라이블을 포함하는 변형이 있습니다.자라는 결정의 종류에 따라, CZ 방법 에서 사용 된 용조 물질은 이리디움, 몰리브덴, 플래티넘, 그래피트 또는 다른 높은 녹는 점의 산화질소 일 수 있습니다.이리디움 크라이블은 사파이어에 가장 적은 오염을 가져오지만 매우 비싸다.텅스텐 및 몰리브덴 큐리블은 더 저렴하지만 더 높은 오염 수준을 도입하는 경향이 있습니다.
Czochralski (CZ) 방법 크리스탈 성장 과정
먼저, 원료 를 녹는 지점 까지 가열 하여 녹은 용액 을 형성 한다. 그 후 단 하나의 결정 씨 가 녹은 물질 표면 과 접촉 한다.씨앗과 용액 사이의 고체 液体 인터페이스의 온도 차이로 인해, 초냉각이 발생합니다. 그 결과, 용액은 씨앗 표면에 굳어지기 시작하고 씨앗과 동일한 결정 구조를 가진 단일 결정이 자란다.
동시에, 씨앗 결정은 일정 속도로 회전하는 동안 제어되는 속도로 천천히 위로 당겨집니다.녹은 용액은 고체~액성 인터페이스에서 계속 굳어집니다., 결국 회전적으로 대칭적인 단일 크리스탈 잉크를 형성합니다.
Czochralski 방법의 주요 장점은 결정 성장 과정이 쉽게 관찰 될 수 있다는 것입니다. 결정은 용액의 표면에 성장합니다.크리스탄트 스트레스를 현저히 줄이고, 크라이블 벽에 원치 않는 핵을 방지합니다.이 방법은 또한 편리하게 방향성 씨앗 결정과 넥링 기술을 사용할 수 있으며, 이는 부착 밀도를 크게 줄입니다.
그 결과, CZ 방법 으로 재배 된 사파이르 결정 은 높은 구조적 무결성 을 나타내며, 그 성장 속도 와 결정 크기는 상당히 만족 스럽습니다.이 방법으로 생성된 사파이르 결정은 상대적으로 낮은 변동 밀도와 높은 광적 균일성을 가지고 있습니다.주요 단점은 높은 비용과 최대 결정 지름의 제한입니다.
참고:CZ 방법은 상업적 사파이르 결정 생산에 덜 일반적으로 사용되지만 반도체 산업에서 가장 널리 사용되는 결정 성장 기술입니다.왜냐하면 그것은 큰 지름의 결정들을 생성할 수 있기 때문입니다., 약 90%의 단일 결정적 실리콘 잉글릿은 CZ 방법으로 재배됩니다.
녹기 형태 방법 EFG 방법
엣지 정의 필름 피드 성장 (EFG) 방법으로도 알려진 메일트 셰이프 방법은 1960년대에 영국에서 해롤드 라벨과 소련에서 스테파노프에 의해 독립적으로 발명되었습니다.EFG 방법은 Czochralski 기법의 변형이며 거의 네트워크 모양의 기술입니다., 즉 그것은 원하는 모양에서 녹음에서 직접 결정 빈 자리가 자란다.
이 방법은 산업 생산에서 합성 결정에 필요한 무거운 기계 가공을 제거 할뿐만 아니라 원료를 효과적으로 절약하고 생산 비용을 줄입니다.
EFG 방법의 주요 장점은 재료 효율성과 다양한 특수 모양의 결정을 재배 할 수있는 능력입니다. 그러나 결함 수치를 줄이는 것은 여전히 도전입니다.그것은 더 일반적으로 모양 또는 복잡한 재료를 재배하는 데 사용됩니다최근 기술의 발전으로 EFG 방법은 MOCVD 에피타시에 대한 기판을 생산하기 위해도 적용되기 시작했으며 시장 점유율이 증가하고 있습니다.
열 교환 방법 HEM 방법
1969년, F. 슈미드와 D. 비에치니키는 슈미드-비에치니키 방법 (Schmid-Viechnicki method) 으로 알려진 새로운 결정 성장 기술을 발명했다.
원칙
열 교환 방법은 열을 제거하기 위해 열 교환기를 사용합니다.결정 성장 구역에 수직 온도 기하급수를 만들어 아래쪽의 온도가 낮고 위쪽의 온도는 더 뜨겁습니다.열 교환기 (일반적으로 헬륨) 안의 가스 흐름을 제어하고 난방 전력을 조절함으로써, 이 온도 경사도는 정확하게 관리됩니다.용암 내부의 용액이 바닥에서 위로 서서히 결정으로 굳어지게 해줍니다.
다른 결정 성장 과정과 비교하면 HEM의 주목할만한 특징은 고체-액체 인터페이스가 녹기 표면 아래에 잠겨 있다는 것입니다. 이러한 조건 하에서,열 및 기계적 장애가 억제됩니다., 인터페이스에서 균일한 온도 경사도를 초래하여 균일한 결정 성장을 촉진하고 화학적 균일성이 높은 결정의 생산을 촉진합니다.인시투 응열이 HEM 응축 순환의 일부이기 때문에, 결함 밀도는 다른 방법보다 종종 낮습니다.
