결정 성장로 시스템이란?

단결정 성장로는 다결정 실리콘 소재에서 전위가 없는 단결정을 생산하는 데 사용되는 고도로 전문화된 장비입니다. 아르곤 가스 환경에서 용해로는 흑연 가열 시스템을 활용하여 다결정 실리콘을 녹이고 Czochralski 방법을 사용하여 단결정 실리콘을 성장시킵니다. 퍼니스는 효율적이고 고품질의 결정 성장을 보장하기 위해 조화롭게 작동하는 6가지 핵심 시스템으로 구성됩니다. 이러한 시스템에는 기계식 변속기 시스템, 가열 온도 제어 시스템, 진공 시스템, 아르곤 가스 시스템, 수냉 시스템 및 전기 제어 시스템이 포함됩니다.

기계적 전달 시스템

기계적 전달 시스템은 단결정 성장로의 작동 능력의 기초를 형성합니다. 종자 결정을 들어 올리고 회전시키고 도가니의 수직 및 회전 위치를 조정하는 등 결정과 도가니의 움직임을 제어하는 ​​역할을 담당합니다. 이러한 매개변수를 정밀하게 제어하는 ​​것은 결정 성장의 각 단계(예: 시딩, 넥킹, 숄더링, 동일 직경 성장 및 테일링)의 성공에 매우 중요합니다. 이 단계에서 종자 결정의 위치, 속도 및 각도를 정확하게 제어하면 필요한 공정 조건에 따라 결정이 성장할 수 있습니다. 이 시스템이 없으면 용광로는 결함 없는 결정을 생산하는 데 필요한 미세 조정을 수행할 수 없습니다.

난방 온도 조절 시스템

용광로 기능의 핵심은 다결정 실리콘을 녹이는 데 필요한 열을 발생시키고 결정 성장 과정 전반에 걸쳐 안정적인 온도를 유지하는 가열 온도 제어 시스템입니다. 이 시스템은 히터, 온도 센서 및 온도 제어 장치와 같은 구성 요소로 구성됩니다. 주로 고순도 흑연으로 제작되는 히터는 전기에너지를 열에너지로 변환하여 열을 발생시킵니다. 실리콘 소재가 원하는 온도에 도달하고 녹으면 온도 센서가 지속적으로 변동을 모니터링합니다. 이 센서는 실시간 데이터를 제어 장치로 보내며, 제어 장치는 화로 내 정확한 온도를 유지하기 위해 전력 출력을 조정합니다. 작은 변동이라도 결정 결함이나 부적절한 성장으로 이어질 수 있으므로 안정적인 온도를 유지하는 것이 중요합니다.

진공 시스템

진공 시스템은 결정 성장 중에 필요한 이상적인 저압 환경을 만들고 유지하는 데 중요합니다. 진공 펌프를 사용하여 퍼니스 챔버에서 공기, 불순물 및 기타 가스를 제거하는 방식으로 작동됩니다. 이 프로세스는 퍼니스가 일반적으로 5 TOR 미만의 압력에서 작동하여 고온 프로세스 중에 실리콘 재료가 산화되는 것을 방지합니다. 또한, 진공 환경은 결정 성장 중에 방출되는 휘발성 불순물을 제거하는 데 도움이 되며, 이는 생성된 단결정의 순도와 전반적인 품질을 크게 향상시킬 수 있습니다. 따라서 진공 시스템은 원치 않는 반응으로부터 실리콘을 보호할 뿐만 아니라 용광로의 성능과 신뢰성을 향상시킵니다.

아르곤 가스 시스템

아르곤 가스 시스템은 실리콘 재료를 산화로부터 보호하고 용광로의 내부 압력을 유지하는 두 가지 주요 목적을 제공합니다. 진공 공정 후, 고순도 아르곤 가스(순도 6N 이상)가 챔버 내부로 유입됩니다. 불활성 가스인 아르곤은 남아 있는 산소나 외부 공기가 용융된 실리콘과 반응하는 것을 방지하는 보호 장벽을 만듭니다. 또한 아르곤의 제어된 도입은 내부 압력을 안정화시켜 결정 성장을 위한 최적의 환경을 제공합니다. 어떤 경우에는 아르곤 가스의 흐름이 성장하는 결정에서 과도한 열을 제거하는 데 도움이 되어 온도 제어를 향상시키는 냉각제 역할을 합니다.

물 냉각 시스템

수냉식 시스템은 히터, 도가니, 전극 등 로 내부의 다양한 고온 부품에서 발생하는 열을 관리하도록 설계되었습니다. 퍼니스가 작동할 때 이러한 구성 요소는 상당한 양의 열을 발생시키며, 이를 관리하지 않으면 손상이나 변형이 발생할 수 있습니다. 수냉식 시스템은 퍼니스를 통해 냉각수를 순환시켜 과도한 열을 방출하고 이러한 구성 요소를 안전한 작동 온도 범위 내로 유지합니다. 냉각 시스템은 퍼니스 구성 요소의 수명을 연장하는 것 외에도 퍼니스 내부의 온도를 조절하는 데 보조적인 역할을 하여 전반적인 온도 제어 및 정확성을 향상시킵니다.

전기 제어 시스템

단결정 성장로의 "두뇌"라고도 불리는 전기 제어 시스템은 다른 모든 시스템의 작동을 감독합니다. 이 시스템은 온도, 압력 및 위치 센서를 포함한 다양한 센서로부터 데이터를 수신하고 이 정보를 사용하여 기계식 변속기, 가열, 진공, 아르곤 가스 및 수냉 시스템을 실시간으로 조정합니다. 예를 들어, 전기 제어 시스템은 온도 판독값을 기반으로 가열 전력을 자동으로 조정하거나 성장 과정의 여러 단계에서 결정 및 도가니의 속도와 회전 각도를 수정할 수 있습니다. 또한, 시스템에는 오류 감지 및 경보 기능이 탑재되어 있어 이상 사항을 즉시 식별하고 시정 조치를 취하여 안전하고 효율적인 운영을 유지합니다.

결론적으로, 단결정 성장로의 6가지 주요 시스템은 함께 작동하여 결정 성장의 복잡한 과정을 촉진합니다. 각 시스템은 고품질 단결정 생산에 필요한 조건을 유지하는 데 중요한 역할을 하며, 용광로가 효율적이고 안전하게 작동하도록 보장합니다. 온도, 압력 또는 기계적 움직임을 제어하는 ​​등 각 시스템은 용광로의 전반적인 성공에 필수적입니다.

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