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문제 정의
- 본 연구의 목표는 무결정 결함 잉곳 제조를 위해 결정성장 과정에서 V/G (ratio of the growth rate to vertical temperature gradient)를 최적화 할 수 있는 조건을 찾는 것이다. 결정성장 인출속도(Growth rate)조절을 통해 V/G값의 최적화 조건을 찾고자 한다. Hotzone의 설계 구조와 재질은 공정분위기를 변화시켜 결정 결함에 영향을 주지만 공정의 특성상 결정성장 시 마다 구조를 변화시킬 수 없으므로 Hotzone에 의한 온도 구배 조건은 거의 변화될 수 없다고 볼 수 있다.
- 하지만 공정의 내부 핫존(Hotzone)은 열차폐막으로 둘러싸여 있기 때문에 이를 직접 관찰하거나 측정하는 것은 거의 불가능하다. 또한 공정에 따른 많은 변수와 가동 시간 등 비용의 소모를 최소화 시켜 공정을 해석하고 최적화하기 위해 시뮬레이션을 통하여 연구를 효과적으로 수행하고자 한다.
- 본 연구는 초크랄스키 공정에서 낮은 가격, 높은 품질의 단결정 실리콘 잉곳을 생산하기 위해 전자기장 없이도 산업에서 요구하는 최적의 산소 농도를 가지는 공정 개발을 통하여 저가, 고품질의 잉곳 생산을 목표로 하였다. 반응기 내부의 실리콘 용융잉곳 결정면 사이의 형상과 결정화 방향으로의 온도구배인 Gn값, 수평방향의 온도구배 성장률의 비인 V/G값을 종합해 보았을 때 결정성장의 인출속도가 0.
- 본 연구의 목표는 무결정 결함 잉곳 제조를 위해 결정성장 과정에서 V/G (ratio of the growth rate to vertical temperature gradient)를 최적화 할 수 있는 조건을 찾는 것이다. 결정성장 인출속도(Growth rate)조절을 통해 V/G값의 최적화 조건을 찾고자 한다.
- 이 실험은 품질을 향상하면서 동시에 원가를 절감하려는 목적을 가지고 있다. 기존의 초크랄스키 공정은 도가니 내에 용융되어 있던 실리콘만이 모두 잉곳으로 결정화 되면 공정이 끝난다.
- 이에 본 연구에서는 마그네틱 없이 산업에서 요하는 최적 산소농도를 갖는 공정 개발을 통해 저가, 고품질의 잉곳 생산을 목표로 인출속도 별 산소농도의 분포를 확인하고 최적 산소농도를 갖는 공정조건을 찾고자 한다.
가설 설정
- 실제 성장로를 만드는 과정에서는 세계의 중심축을 일치시키기가 어렵기 때문에 완전한 축대칭이라고는 할 수 없다. 그러나 회전으로 인해서 비대칭적인 양상을 많이 줄여줄 수 있기 때문에 본 연구에서는 축 대칭으로 가정하였다. 이에 따라 초크랄스키 성장 모사는 2차원 원통형 좌표계(2 Dimensional cylindrical coordinate)를 사용할 수 있다7).
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