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논문 상세정보

단결정 실리콘 제조용 석영유리도가니의 결정화에 대한 연구

Study on the crystallization of quartz glass crucibles for preparation of single crystal silicon

초록

본 연구에서는 단결정 실리콘 제조수율에 영향을 미치는 것으로 알려진 석영도가니 표면의 불균일한 결정화를 피하기 위해, 결정화촉진제로 Ba이 포함된 코팅용액을 제조하여 분무열분해법으로 코팅 후, 열처리에 따른 석영도가니 표면의 결정화를 조사하였고, 다음과 같은 결과를 얻었다. 코팅하지 않은 도가니의 경우 온도가 상승함에 따라 $1350^{\circ}C$에서부터 결정화가 진행되는 것을 알 수 있었으며, $1450^{\circ}C$가 되어서야 균일하게 결정화가 되는 것을 확인하였으며, 결정상은 ${\beta}$-cristobalite로 확인되었다. Ba이 코팅된 도가니는 $1000^{\circ}C$부터 결정화가 진행되고 $1300^{\circ}C$에서 전체적으로 도가니 표면에 균일하게 결정화가 진행되는 것을 알 수 있었다. Ba이 코팅된 도가니는 결정상으로 ${\alpha}$-cristobalite와 침상 결정의 $BaSi_2O_5$이 생성되었다가 소멸하며, ${\beta}$-cristobalite 상이 최종적으로 균일한 결정상으로 남는 것을 알 수 있다.

Abstract

In order to avoid un-uniform crystallization on the surface of a quartz glass crucible that is known to affect the production yield of the single crystal silicon, Ba (barium) was selected as a crystallization promotor and the inner surface of the crucible was coated using Ba (barium hydroxide octahydrate)-solution by the spray pyrolysis method. For un-coated crucible, it was found that the crystallization of its surface started at $1350^{\circ}C$, and at $1450^{\circ}C$ the surface was uniformly crystallized with ${\beta}$-cristobalite phase. It was found that the crucible coated with Ba began to be crystallized from $1000^{\circ}C$ and was uniformly crystallized on the crucible surface at $1300^{\circ}C$. In this case, ${\alpha}$-cristobalite and needle-shaped $BaSi_2O_5$ phase were created and disappeared as a crystal phase, and the ${\beta}$-cristobalite phase was eventually evenly distributed over the Ba-coated crucible surface.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
석영유리
석영유리의 장점은?
SiO2 단일 성분으로 제조된 비정질 물질로서 내열성이 높고 화학적 내구성이 우수하며, 자외선 및 가시광선영역에서 투과성이 매우 좋다

석영유리(quartz glass)는 SiO2 단일 성분으로 제조된 비정질 물질로서 내열성이 높고 화학적 내구성이 우수하며, 자외선 및 가시광선영역에서 투과성이 매우 좋다[1]. SiO2는 천연으로는 규사 또는 규석 형태로 산출되며, 이를 용융, 정제하면 석영유리를 제조할 수 있다.

폴리실리콘
단결정 성장을 위한 폴리실리콘의 용융공정은 몇 도에서 이루어지는가?
1450~1500℃

단결정제조공정으로 쵸크랄스키(Cz℃hralski) 공법을 많이 이용하며[2], 이 공법에 의해 실리콘 단결정을 성장시키기 위해서는 원료인 폴리실리콘의 용융을 위해 고순도의 석영유리로 제조된 도가니를 이용한다. 일반적으로 폴리실리콘의 녹는점은 1430℃로서 단결정 성장을 위한 폴리실리콘의 용융공정은 1450~1500℃에서 이루어진다[3].

태양전지용 단결정 석석영유리도가니
태양전지용 단결정 석석영유리도가니의 외부 층과 내부 층의 차이점은?
외부 층은 많은 수의 기포가 포함되어 있는데, 이것은 단결정 실리콘 제조하는 공정 중에 발열체로부터 방사 산란(radiation scattering)을 쉽게 하기 위한 것이다. 내부 층은 최대한 기포가 없는 상태로 만들게 된다. 즉, 실리콘 단결정의 균일한 성장을 위해서는 석영도가니의 기포(bubble) 유무와 내부 표면의 상태가 매우 중요하다.

외부 층과 내부 층의 큰 특징은 기포의 유무이다. 외부 층은 많은 수의 기포가 포함되어 있는데, 이것은 단결정 실리콘 제조하는 공정 중에 발열체로부터 방사 산란(radiation scattering)을 쉽게 하기 위한 것이다. 내부 층은 최대한 기포가 없는 상태로 만들게 된다. 즉, 실리콘 단결정의 균일한 성장을 위해서는 석영도가니의 기포(bubble) 유무와 내부 표면의 상태가 매우 중요하다. 기포의 유무는 단결정 성장이 장시간 지속됨에 따라 기포가 성장, 배출되면서 도가니의 내부 층을 손상시키고 단결정 잉곳에 영향을 미치게 된다.

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