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SiC 용액 성장을 위한 수치 시뮬레이션의 최적화
Numerical simulation optimization for solution growth of silicon carbide 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.27 no.3, 2017년, pp.130 - 134  

김영곤 (동의대학교 신소재공학과) ,  최수훈 (동의대학교 신소재공학과) ,  이채영 (동의대학교 신소재공학과) ,  최정민 (동의대학교 신소재공학과) ,  박미선 (동의대학교 신소재공학과) ,  장연숙 (동의대학교 신소재공학과) ,  정성민 (한국세라믹기술원) ,  이명현 (한국세라믹기술원) ,  김영희 (한국세라믹기술원) ,  서원선 (한국세라믹기술원) ,  이원재 (동의대학교 신소재공학과)

초록
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본 연구는 SiC 용액 성장에서 Cr 40 %가 첨가된 Si melt 내부의 용액과 탄소흐름의 변화를 수치적으로 분석하여 장시간 성장과 고품질의 SiC 단결정을 얻기 위한 최적공정 조건의 설계를 목적으로 진행하였다. 수치 시뮬레이션으로는 crystal growth simulator ($CGSim^{TM}$, STR Group Ltd.)가 사용되었다. 결과적으로, 성장온도, 종자정축과 도가니축의 회전속도 및 성장 시 종자정의 위치에 따라 melt내부의 용액 흐름과 탄소흐름의 속도 및 방향이 변화함으로써 더 균일한 온도구배를 형성하여 안정적인 성장이 이루어지는 조건을 확인하였다. 그러므로, 성장조건들을 조절함으로써 시뮬레이션 상에서 실험조건의 최적화가 가능하였고 향후 실제 실험에서도 많은 도움이 될 것으로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, numerical simulation was performed to focus on optimized process condition for obtaining a long-term growth and high quality SiC crystal. It could be optimized by considering the change of fluid and a carbon flow in the Si melt added with 40 % Cr. The Crystal Growth Simulator ($C...

주제어

#Solution growth   #Silicon carbide   #CGSim   #Carbon flow   #Solution flow   #Numerical simulation  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 수치 시뮬레이션을 이용하여 melt 내부의 용액과 탄소흐름을 분석함으로써 실제 용액성장에서 장시간 성장과 고품질의 SiC를 얻기 위한 최적의 공정 조건을 설계하는 목적으로 진행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
상업적인 SiC 웨이퍼의 한계점은 무엇인가? 오늘날, 상업적인 SiC 웨이퍼는 대부 분이 대구경화와 높은 성장률을 가진 물리적 기상 수송탄화규소(SiC)는 우수한 물리적 특성으로 인한 고전압, 고주파수, 고온동작이 요구되는 파워소자 제조에 있어서 상당히 유망한 와이드 밴드갭(wide band gap) 반도체 물질 중 하나이다. 오늘날, 상업적인 SiC 웨이퍼는 대부 분이 대구경화와 높은 성장률을 가진 물리적 기상 수송 용액계면에서의 다결정 형성과 시간이 지남에 따라 성장 계면에서의 과포화도 변화에 의해 장시간 성장에 어려움이 있다[5].
탄화규소는 무엇인가? 탄화규소(SiC)는 우수한 물리적 특성으로 인한 고전압, 고주파수, 고온동작이 요구되는 파워소자 제조에 있어서 상당히 유망한 와이드 밴드갭(wide band gap) 반도체 물질 중 하나이다. 오늘날, 상업적인 SiC 웨이퍼는 대부 분이 대구경화와 높은 성장률을 가진 물리적 기상 수송탄화규소(SiC)는 우수한 물리적 특성으로 인한 고전압, 고주파수, 고온동작이 요구되는 파워소자 제조에 있어서 상당히 유망한 와이드 밴드갭(wide band gap) 반도체 물질 중 하나이다.
본 연구에서는 성장 온도에 비례하여 성장률과 탄소농도가 증가하는 이유를 어떻게 예상하고 있는가? 성장률과 탄소농도의 경우에는 성장 온도에 비례하여 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 온도가 높아짐에 따라 Si melt 내부의 탄소 용해도가 증가하게 되고 따라서 더 많은 탄소농도가 종자정으로 이동할 수있게 되므로 성장률이 증가한다고 예상된다.
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참고문헌 (7)

  1. I.D. Matukov, D.S. Kalinin, M.V. Bogdanov, S.Yu. Karpov and D.Kh. Ofengeim, "Modeling of facet formation in SiC bulk crystal growth", J. Crystal Growth 266 (2004) 313. 

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  2. Yu.M. Tairov and V.F. Tsvetkov, "General principles of growing large-size single crystals of various silicon carbide polytypes", J. Crystal Growth 52 (1981) 146. 

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  3. Y. Chen, "Studies of the distribution of elementary threading screw dislocations in 4H silicon carbide wafer", Mater. Sci. Forum 600-603 (2009) 301. 

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  4. K. Kamei, K. Kusunoki, N. Yashiro, N. Okada and K. Moriguchi, "Crystallinity evaluation of 4H-SiC single crystal grown by solution growth technique using Si-Ti-C solution", Mater. Sci. Forum 717-720 (2012) 45. 

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  5. K. Kusunoki, K. Kamei, N. Okada, K. Moriguchi and H. Kaido, "Top-seeded solution growth of 3 inch diameter 4H-SiC bulk crystal using metal solvents", Mater. Sci. Forum 778-780 (2014) 79. 

    상세보기 crossref

  6. F. Mercier and S.-I. Nishizawa, "Solution growth of SiC from silicon melts: influence of the alternative magnetic field on fluid dynamics", J. Crystal Growth 318 (2011) 385. 

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  7. K. Fujii, "Influences of solution flow and lateral temperature distribution on surface morphology in solution growth of SiC", Mater. Sci. Forum 821-823 (2015) 35. 

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