KR20090039248A - 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장마그네트 - Google Patents

자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장마그네트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치(Magnetic field applied Czochralski crystal growth device, 이하' MCZ 장치 라 함)용 수평자장 마그네트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중공의 저온유지 장치 양 측면에 대형의 초전도 코일의 수납이 가능한 저온 공간을 부착하고, 내부에 대직경의 단일 초전도 코일을 서로 대향되게 배치하여 발생자장을 증가시킴과 동시에 초전도 코일 냉각용 저온 냉동기와 전류인가용 전류리드를 하나의 저온유지 장치에 일체화시킨 MCZ 장치용 수평자장 마그네트에 관한 것이다.
쵸크랄스키 결정성장 장치(CZ장치: Czochralski crystal growth device), 자장 인가형 쵸크랄스키 결정성장 장치(MCZ장치: Magnetic field applied Czochralski crystal growth device), 초전도 코일, 저온유지 장치, 저온 냉동기

Description

자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장 마그네트 {Horizontal Magnetic field Magnet For Magnetic field applied Czochralski crystal growth device}
본 발명은 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치(Magnetic field applied Czochralski crystal growth device, 이하' MCZ 장치이라 함)용 수평자장 마그네트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중공의 저온유지 장치 양 측면에 대형의 초전도 코일의 수납이 가능한 저온 공간을 부착하고, 내부에 대직경의 단일 초전도 코일을 서로 대향되게 배치하여 발생자장을 증가시킴과 동시에 초전도 코일 냉각용 저온 냉동기와 전류인가용 전류리드를 하나의 저온유지 장치에 일체화시킨 MCZ 장치용 수평자장 마그네트에 관한 것이다.
MCZ 장치는 기존의 쵸크랄스키 결정성장 장치(이하, CZ 장치이라 함)에 자장을 인가하여 결정을 성장시키는 장치이다.
도 1은 CZ 장치에 자장을 인가했을 때 나타나는 효과를 설명하기 위한 MCZ 장치의 개념도 이다.
CZ 장치는 실리콘 다결정을 담는 도가니, 도가니 내의 실리콘 다결정을 용융시키기 위한 히터 그리고 결정을 끌어올리는 리프터로 구성된다. CZ 장치에서는 실리콘 용융액 내의 온도분포 차이에 의한 열대류가 도 1에 나타낸 바와 같이 석영도가니의 벽면으로부터 결정이 형성되는 고액 계면으로 흐름이 형성된다.
따라서 고액 계면에서 진동이 발생하여 단결정의 형성을 방해하며 석영도가니로부터 용출된 불순물이 결정으로 혼입되어 고품질의 결정성장이 어렵다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 도가니와 결정을 서로 반대방향으로 회전시키는 비율의 조정 및 히터의 균일한 열 설계에 의해 열대류의 제어를 수행하는 것이 쵸크랄스키가 개발한 결정성장 방법으로서 기존의 200mm 웨이퍼 까지는 문제없이 활용되었다.
그러나 최근에는 생산성 향상을 위하여 웨이퍼가 300mm 이상으로 대구경화 되고 또한 저산소 농도화에 의한 웨이퍼의 고품질화가 요구되어 상기의 방식으로 충분한 대응이 불가능하기 때문에 상기의 CZ 장치에 자기장을 인가하는 MCZ 장치가 개발되었다. 실리콘은 고체 상태에서는 반도체 특성을 갖지만 용융되어 액체 상태가 되면 도전율이 증가하여 도전체 특성을 갖는다.
따라서 도1에 나타낸 바와 같이 고액 계면에 수평한 자기장을 인가하면 자장방향이 열대류와 수직이 되는 도가니 벽면에서 열대류를 억제하는 방향으로 자기력이 작용하여 열대류가 억제되고, 도가니 벽면으로 부터의 산소 및 불순물의 혼입이 억제되어 고품질의 웨이퍼 제조가 가능해진다.
도 2는 도 1의 MCZ 장치에 설비되어 수평자장을 제공하는 수평자장 마그네트의 개념도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 종래의 수평자장 마그네트는 중심공간에 결정 성장로를 수납하기 위한 중공 원통형 저온유지 장치(19)를 갖고 있다. 상기 저온유지 장치(19)는 진공단열 되어 있으며, 내부에 2개의 초전도 코일(4a, 4b)이 서로 대향되게 설치되어 중심공간에 수평자장(7)을 발생시킨다.
상기 중공 원통형 저온유지 장치(19) 상부에는 초전도 코일(4a, 4b)을 냉각하여 초전도 상태를 유지하기 위한 저온 냉동기(12)와 전류 인가용 전류리드(11)가 설치된다.
도 3은 도 2에 나타낸 수평자장 마그네트의 XY 단면도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 이중 원통형의 진공용기(1) 내에 이중 원통형의 액체 헬륨용기(3)가 내장되어 진공단열 되며, 이 내부에 초전도 코일(4a, 4b)이 서로 대향되게 장착되어 액체헬륨에 의해 극저온으로 냉각되어 초전도 상태를 유지한다. 냉각된 초전도 코일(4a, 4b)은 동일방향의 전류인가(6a, 6b)에 의해 중심 공간에 수평자장(7)을 발생시킨다.
진공용기(1)와 액체헬륨 용기(3) 사이에는 복사 열전달을 차단하기 위한 복사 열차폐(2)가 설치되어 상온으로부터의 복사 열전달을 차단함으로서 열침입을 최소화 한다. 또한 진공용기(1) 외주에는 순철을 이용한 자기차폐(10)가 설치되어 외부로의 누설자장을 최소화 한다.
상기의 수평자장 마그네트 개념도에 따라 시스템을 구현하기 위해서는 도 3 에 나타낸 바와 같이 초전도 코일(4a, 4b)이 이중 원통형 진공용기(1) 내에 원주에 수직한 방향으로 설치되기 때문에 설치할 수 있는 초전도 코일(4a, 4b)의 직경이 진공용기(1)의 외경에 의해 제한된다.
발생 자장의 세기를 증가시키기 위해서 초전도 코일(4a, 4b)의 직경을 조금만 키워도 진공용기(1)의 원주길이가 상대적으로 매우 커져서 장치의 부피가 거대해 지는 문제를 가지고 있다. 특히 원통형 저온유지 장치 외주에 설치되는 자기차폐용 순철 구조물의 원주가 상당히 증대되므로 시스템 중량이 무거워 지는 문제가 있다.
이와 같은 공간상의 제약을 해결하고 대구경 결정성장에 필요한 강 자장을 발생시키는 방법으로서 도 4에 나타낸 일체형 다중코일 방식과 도 6에 나타낸 분리형 단일코일 방식이 개발되어 실용화 되었다.
도 4는 도 2의 개념을 실용화한 일체형 다중코일 방식의 수평자장 마그네트의 구성도를 나타낸다. 상기 종래의 일체형 다중코일 방식의 수평자장 마그네트는 중심공간에 결정 성장로를 수납하기 위한 중공의 원통형 저온유지 장치(19)를 갖고 있고, 저온 냉동기(12)와 전류리드(11) 그리고 초전도 코일(4a, 4b, 4c, 4d)을 모두 하나의 저온유지 장치(19)에 장착하는 일체형으로 구성하는 점은 도 2의 개념과 동일하다.
그러나 발생 자장의 세기를 증가시키는 방법으로서 단일코일의 직경을 키우는 대신에 두 개의 초전도 코일 4a와 4b를 인접하게 나란히 쌍으로 배치하여 대형 코일의 효과를 발휘하고, 이와 대향되게 다른 한 쌍의 초전도 코일(4c, 4d)을 설치 하여 중심공간에 수평자장(7)을 발생시키는 다중코일 방식을 적용한다.
즉, 중공 원통형 저온유지 장치(19) 내에 다중의 초전도 코일(4a, 4b, 4c, 4d)을 수납하고 동일한 저온유지 장치(19)의 상부에 저온 냉동기(12)와 전류 인가용 전류리드(11)를 장착하여 마그네트의 모든 구성요소가 단일한 저온유지 장치(19)에 설치되는 일체형의 다중코일 방식이다.
도 5는 도 4에 나타낸 일체형 다중코일 방식의 수평자장 마그네트의 XY 단면도를 나타낸다. 이중 원통형의 진공용기(1) 내에 이중 원통형의 액체 헬륨용기(3)가 내장되어 진공단열 되며, 이 내부에 두 쌍의 초전도 코일(4a, 4b)과 초전도 코일(4c, 4d)이 서로 대향되게 설치되고, 액체헬륨에 의해 극저온으로 냉각되어 초전도 상태를 유지한다. 냉각된 초전도 코일(4a, 4b, 4c, 4d)은 동일방향의 전류인가(6a, 6b, 6c, 6d)에 의해 중심 공간에 수평자장(7)을 발생시킨다.
진공용기(1)와 액체헬륨 용기(3) 사이에는 복사 열전달을 차단하기 위한 복사 열차폐(2)가 설치되어 상온으로부터의 복사 열전달을 차단함으로서 열 침입을 최소화 한다. 또한 진공용기(1) 외주에는 순철을 이용한 자기차폐(10)가 설치되어 외부로의 누설자장을 최소화 한다.
도 6은 도 2의 개념을 실용화한 분리형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트의 구성도를 나타낸다. 상기 분리형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트는 단일 초전도 코일(26a)과 초전도 코일(26b)을 서로 대향되게 배치하는 점은 도 2의 개념과 동일하다.
그러나 발생 자장의 세기를 증가시키는 방법으로 단일코일의 직경을 키우고 이것을 수납할 수 있는 여유 공간을 확보하기 위하여 일체형의 저온유지 장치 대신에 분리된 독립적인 저온유지 장치(25a, 25b)를 갖는 분리형을 적용한다.
즉, 각각의 분리된 저온유지 장치(25a, 25b) 내에 대형 단일 초전도 코일(26a, 26b)을 독립적으로 내장하고, 각각의 저온유지 장치(25a, 25b) 마다 저온 냉동기(29a, 29b)와 전류 인가용 전류리드(28a, 28b)를 독립적으로 갖는 분리형의 단일코일 방식이다.
도 7은 도 6에 나타낸 분리형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트의 XY 단면도를 나타낸다. 각각의 독립적인 진공용기(22a, 22b) 내에 액체 헬륨용기(24a, 24b)가 독립적으로 내장되어 있으며, 이 내부에 초전도 코일(26a, 26b)이 서로 대향되게 장착되어 동일방향의 전류인가(6a, 6b)에 의해 중심공간에 수평자장(7)을 발생시킨다. 진공용기(22a, 22b)와 액체헬륨 용기(24a, 24b) 사이에는 복사 열전달을 차단하기 위한 복사 열차폐(23a, 23b)가 설치되어 상온으로부터의 복사 열전달을 차단함으로서 열 침입을 최소화 한다. 진공용기(22a, 22b) 외주에는 순철을 이용한 자기차폐(21a, 21b)가 설치되어 외부로의 누설자장을 최소화 한다.
그러나, 상술한 두 가지 형태의 수평자장 마그네트는 다음과 같은 관점에서 단점을 가지고 있다.
1. 일체형 다중코일 방식의 수평자장 마그네트는 도 5에 나타낸 바와 같이 두 개의 초전도 코일(4a, 4b)를 인접하게 나란히 쌍으로 배치하고, 이와 대향되게 다른 한 쌍의 초전도 코일(4c, 4d)을 설치하여 중심공간에 수평자장(7)을 발생시킨다. 이때 서로 인접한 초전도 코일 사이(A)에서는 서로 반발하는 강한 전자기력이 발생되어 초전도 코일의 구조적인 변형을 유기하기 때문에 마그네트의 성능이 저하될 위험이 있다.
2. 또한 일체형 다중코일 방식의 수평자장 마그네트는 한 쌍의 대형 초전도 코일을 대향되게 설치하는 대신에 제한된 공간의 진공용기에 수납이 가능한 크기의 소형 초전도 코일을 다중으로 배치한다. 즉, 서로 인접하게 배치한 한 쌍의 소형 초전도 코일(4a, 4b)에 동일방향의 전류(6a, 6b)를 인가하고 이와 대향되게 또 다른 한 쌍의 소형 초전도 코일(4c, 4d)에 동일방향의 전류(6c, 6d)를 인가함에 의하여 중심공간에 목적하는 세기의 수평자장(7)을 발생시킨다. 이때 서로 인접한 한 쌍의 코일 경계면에서는 전류의 방향이 반대가 되며 따라서 발생 자장의 방향도 반대가 되어 서로 상쇄되기 때문에 자장발생 효율이 저하되는 문제가 있다.
3. 분리형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트는 도 6에 나타낸 바와 같이 각각 분리된 별도의 저온유지 장치(25a, 25b) 내에 초전도 코일(26a, 26b)을 독립적으로 내장하고 있다. 또한 이 코일을 냉각하여 초전도 상태를 유지하기 위한 저온 냉동기(29a, 29b)와 전류 인가용 전류리드(28a, 28b)가 각각의 저온유지 장치(25a, 25b)에 독립적으로 설치되어 있다. 초전도 마그네트 시스템에서 가장 큰 열 침입원은 코일에 전류를 인가하기 위한 전류리드에서의 주울 발열과 열전도 이다. 따라서 분리형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트는 서로 대향되는 초전도 코일(26a, 26b)이 동일한 저온유지 장치와 이에 부속하는 저온 냉동기 및 전류리드를 공유할 수 없고 각각의 저온유지 장치(25a, 25b)에 별도의 저온 냉동기(29a, 29b)와 별도의 전류리드(28a, 28b)를 이중으로 설치해야 하기 때문에 일체형에 비 해 냉각비용이 증가하는 문제가 있다.
4. 또한 분리형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트는 도 7에 나타낸 바와 같이 각각의 진공용기(22a, 22b) 내에 서로 대향되는 초전도 코일(26a, 26b)이 각각의 헬륨용기(24a, 24)에 장착되어 있으며, 각각의 진공용기(22a, 22b) 외주에는 순철을 이용한 자기차폐(21a, 21b)가 설치되어 외부로의 누설자장을 최소화 한다. 이 자기차폐(21a, 21b)는 강자성체 이므로 초전도 코일(26a, 26b)과의 사이에 서로 당기는 수 십 톤의 매우 큰 전자력(20a, 20b)이 작용한다.
그러나 서로 대향되는 초전도 코일(26a, 26b)이 각각 별도의 헬륨용기(24a, 24b)에 장착되어 있기 때문에 자기차폐(21a, 21b)와의 인력이 서로 상쇄되지 않고 한 방향으로 편중되어 작용한다. 따라서 우측의 초전도 코일(26a)은 우측의 자기차폐(21a) 방향으로 그리고 좌측의 초전도 코일(26b)은 좌측의 자기차폐(21a) 방향으로 수 십 톤의 힘으로 끌려가게 된다. 이와 같이 큰 전자기력을 지지하기 위해서는 큰 단면적을 갖는 지지체가 필요하다. 그러나 지지체의 단면적이 커지면 열 침입이 커지는 문제점을 가지고 있다. 따라서 전자기력을 지지하기 위한 지지구조가 매우 복잡하며, 열전달을 줄이기 위하여 지지체의 길이를 늘려야 하기 때문에 저온유지 장치(25a, 25b)의 두께가 커지는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 시스템 전체 부피의 큰 증가 없이도 대직경의 초전도 코일을 쉽게 수납하여 발생자장의 세기를 키울 수 있고, 초전도 코일 중심부에 설치된 자극에 의해 자장발생 효율을 증가시킬 수 있으며, 서로 대향되는 초전도 코일이 동일한 저온유지 장치를 공유하여 지지구조의 간략화 및 냉각비용을 최소화 시킬 수 있는 일체형 단일코일 방식의 MCZ 장치용 수평자장 마그네트를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장 마그네트는 중공형 저온유지 장치와 상기 저온유지 장치 양 측면에 형성된 저온 공간과 상기 저온 공간 내부에 서로 대향하는 한 쌍의 초전도 코일과 상기 초전도 코일 냉각용의 저온 냉동기 및 전류 인가용 전류리드를 포함하되, 상기 저온냉동기와 전류리드가 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 저온유지 장치는 중공의 원형 또는 중공의 다면체인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저온 공간은 다면체 또는 원통형상인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 초전도 코일은 원형 또는 타원, 다각 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저온유지 장치 및 저온 공간은 내부에 진공용기와 상기 진공용기 내부에 형성되어 상기 초전도 코일이 장착되는 액체 헬륨용기와 상기 진공용기와 액체 헬륨용기 사이에 형성되어 복사 열전달을 차단하는 복사 열차폐를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 저온유지 장치 및 저온 공간 외주에 외부로의 누설자장을 최소화하는 자기차폐를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 자기차폐는 초전도 코일의 자장방향의 수직인 X축 방향에 인접한 양쪽 외주면 또는 어느 하나의 외주면이 제거된 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 초전도 코일 중심에 형성된 자극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 액체헬륨을 통한 간접 냉각하는 방식이 아닌 상기 저온 냉동기를 통해 초전도 코일을 직접 냉각할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 MCZ 장치용 수평자장 마그네트는 다음과 같은 효과를 갖는다.
본 발명은 서로 대향되는 초전도 코일이 중공의 저온유지 장치의 양 측면에 부착된 육면체 또는 원통형의 저온 공간 내에 수납되기 때문에 전체 시스템의 큰 부피증가 없이 대직경의 초전도 코일의 설치가 가능한 충분한 공간적이 여유를 제 공할 수 있다.
또한, 본 발명은 서로 대향되는 대직경의 초전도 코일이 일체형의 동일한 저온유지 장치 내에 수납되어, 동일한 냉동기로 냉각되며, 동일한 전류리드를 통하여 전류가 인가되기 때문에 냉각비용이 저감될 수 있다.
그리고, 본 발명은 서로 대향되는 대직경의 초전도 코일이 동일한 지지체에 대칭적으로 부착되어 초전도 코일과 자기차폐 간의 전자기력을 효과적으로 상쇄하기 때문에 추가적인 지지체를 통한 열 침입 없이 안정되게 지지되는 구조적인 장점을 갖을 수 있다.
또한, 본 발명은 서로 대향되는 대직경의 초전도 코일의 중심에 자극을 부착하고 외주의 자기차폐와 일체화시킴으로서 자장의 손실을 최소화 하면서 성장로가 위치하는 중심공간에서의 자장발생 효율을 극대화한 자극 부착형 수평자장 마그네트를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8의 XY 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트는 중공 원통형 저온유지 장치(32)와 상기 저온유지 장치 양 측면에 부착된 육면체의 저온 공간(33)과 상기 저온 공간 내부에 서로 대향하도록 형성된 한 쌍의 단일 초전도 코일(31a, 31b)과 상기 초전도 코일 냉각용의 저온 냉동기(34)와 전류인가용 전류리드(35)를 하나의 저온유지 장치에 일체형으로 구성될 수 있다.
또한, 제1 실시예에 의한 일체형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트는 도 9에 나타낸 바와 같이, 저온유지 장치(32) 및 저온 공간(33) 내부에 진공용기(38)가 형성되어 진공단열되고, 상기 진공용기(38) 내에 액체 헬륨용기(36)가 내장된다.
상기 액체 헬륨용기(36) 내부에 한 쌍의 단일 초전도 코일(31a)과 초전도 코일(31b)이 서로 대향되게 설치되고, 액체헬륨에 의해 극저온으로 냉각되어 초전도 상태를 유지한다.
냉각된 초전도 코일(31a, 31b)은 동일방향의 전류인가(6a, 6b)에 의해 중심 공간에 수평자장(7)을 발생시킨다.
또한, 진공용기(38)와 액체헬륨 용기(36) 사이에는 복사 열전달을 차단하기 위한 복사 열차폐(37)가 설치되어 상온으로부터의 복사 열전달을 차단함으로서 열 침입을 최소화 한다. 또한 진공용기(38) 외주에는 순철을 이용한 자기차폐(39)가 설치되어 외부로의 누설자장을 최소화 한다.
상기의 제1 실시예에 의한 일체형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트는 초전도 코일(31a, 31b)을 육면체의 저온 공간(33) 내에 설치하기 때문에 발생 자장의 세기를 증가시키기 위하여 초전도 코일의 직경을 키워도 육면체 모양의 저온 공간의 부피가 크게 증가하지 않고도 충분히 수납이 가능한 공간적인 장점을 가짐과 동 시에 대향되는 초전도 코일(31a, 31b)은 동일한 한 개의 저온 냉동기(34)로 동시에 냉각이 되며, 동일한 한 쌍의 전류리드(35)을 통하여 전류를 인가하기 때문에 냉각비용이 저감된다.
상기의 제1 실시예에 의한 일체형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트는 도 9에 나타낸 바와 같이 진공용기(38) 외주에 순철을 이용한 자기차폐(39)가 설치되어 외부로의 누설자장을 최소화 한다.
상기 자기차폐(39)는 강자성체 이므로 초전도 코일(31a, 31b)과의 사이에 서로 당기는 수 십 톤의 전자기력(20a, 20b)이 작용한다. 그러나 서로 대향되는 초전도 코일(31a, 31b)이 동일한 헬륨용기(36)에 장착되어 있기 때문에 자기차폐(39)와의 인력이 대칭적으로 작용하여 서로 상쇄된다. 따라서 별도의 전자기력 지지체가 필요 없이 안정적인 지지가 가능하다.
상기의 제1 실시예에 의한 일체형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트는 도 9에 나타낸 바와 같이 마주보는 두 초전도 코일(31a, 31b)이 단일한 자기차폐(39)에 의해 중간 부분이 자기적으로 연결되기 때문에 자속이 분산되지 않고 집속이 되어 자장발생 효율이 증가하며, X축 상으로의 누설자장이 감소된다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 11은 도 10의 XY 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 도 본 발명의 제2 실시예는 자극을 부착한 점만 다르고 상기의 제1 실시예와 동일한 구조를 가지므로 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
제2 실시예에 따르는 자극 부착형 수평자장 마그네트는 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이 중공 원통형 저온유지 장치(32) 양 측면에 육면체의 저온 공간(33)을 부착하고 이 저온공간의 내부에 있는 초전도 코일(31a, 31b)의 중심에 자극(40a, 40b)을 설치하여, 진공용기(38)의 외주에 있는 자기차폐(39)와 일체화시킴으로서 발생 자장을 극대화 한다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트의 XY 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예는 상기 본 발명의 제1 실시예에서 자기차폐 구조만이 상이한 구성으로, X 축상의 자기차폐 일부를 비운 형상이다.
MCZ 장치의 철골구조물인 리프터가 설치되는 부분은 자기차폐를 유지하고, 반대 면은 자기차폐를 비움으로서 시스템 중량을 경량화 할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트의 XY 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예는 상기의 제3 실시예에서 자극을 더 부착하여 발생 자장을 증가시킨 구조이다.
도 14는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트의 XY 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예는 상기의 제 1 실시예에서 X 축상의 자기차폐 전체를 비움으로서 시스템 중량을 경량화한 구조이다.
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트의 XY 단면도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제 6 실시예는 상기의 제5 실시예에서 자극을 부착하여 발생 자장을 증가시킨 구조이다.
도 16은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예는 중공 원통형 저온유지 장치(32)의 양 측면에 원통형의 저온 공간(33)을 부착하고, 상기 저온 공간(33) 내부에 서로 대향하는 한 쌍의 단일 초전도 코일(31a, 31b)을 배치하며, 초전도 코일 냉각용의 저온 냉동기(34)와 전류인가용 전류리드(35)를 하나의 저온유지 장치에 일체형으로 구성하는 일체형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트이다.
보다 강한 자장이 필요한 경우에는 초전도 코일(31a, 31b) 중심에 자극(40a, 40b)을 설치하여 발생 자장을 극대화할 수 있다.
도 17은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제8 실시예는 중공 육면체의 저온유지 장치(32)의 양 측면에 육면체의 저온 공간(33)을 부착하고, 이 내부에 서로 대향하는 한 쌍의 단일 초전도 코일(31a, 31b)을 배치하며, 초전도 코일 냉각용의 저온 냉동기(34)와 전류인가용 전류리드(35)를 하나의 저온유지 장치에 일체형으로 구성하는 일체형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트이다.
보다 강한 자장이 필요한 경우에는 초전도 코일(31a, 31b) 중심에 자극(40a, 40b)을 설치하여 발생 자장을 극대화 한다.
상기 제 1, 7 및 8 실시예는 저온유지 장치(32) 및 저온 공간(33)의 형상에 관한 것으로 이외에도 일체형 단일코일 방식을 유지할 수 있으면 어떠한 형태로도 변형이 가능하다.
도 18은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 코일을 도시한 것이다.
도 18을 참조하면, 상기의 제1 실시예부터 제8 실시예까지의 실시예에서 원형 초전도 코일 대신에 타원 또는 다각 형상의 다양한 형태의 초전도 코일을 구비하여 수평자장을 발생시킬 수 있다.
도 19는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직접 냉각 방식에 대한 예시도이다.
도 19를 참조하면, 상기의 제1 실시예부터 제8 실시예까지의 실시예에서 초전도 코일을 액체헬륨으로 간접 냉각하는 저온 냉동기로 직접 냉각함으로서 초전도 상태를 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할수 있을 것이다.
도 1은 CZ 장치에 자장을 인가했을 때 나타나는 효과를 설명하기 위한 MCZ 장치의 개념도 이다.
도 2는 도 1의 MCZ 장치에 설비되어 수평자장을 제공하는 수평자장 마그네트의 개념도를 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 나타낸 수평자장 마그네트의 XY 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 2의 개념을 실용화한 종래의 일체형 다중코일 방식의 수평자장 마그네트의 구성도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 나타낸 일체형 다중코일 방식의 수평자장 마그네트의 XY 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 2의 개념을 실용화한 종래의 분리형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트의 구성도를 나타낸다.
도 7은 도 6에 나타낸 분리형 단일코일 방식의 수평자장 마그네트의 XY 단면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8의 XY 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 11은 도 10의 XY 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트의 XY 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트의 XY 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트의 XY 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트의 XY 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 MCZ 장치용 수평자장 마그네트를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 코일을 도시한 것이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직접 냉각 방식에 대한 예시도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
32 : 저온유지 장치 33 : 저온 공간
31a, 31b : 초전도 코일 34 : 냉동기
35 : 전류리드 36 : 액체헬륨 용기
37 : 복사 열차폐 38 : 진공용기
39 : 자기차폐 40a, 40b : 자극

Claims (9)

  1. 중공형 저온유지 장치와;
    상기 저온유지 장치 양 측면에 형성된 저온 공간과;
    상기 저온 공간 내부에 서로 대향하는 한 쌍의 초전도 코일과;
    상기 초전도 코일 냉각용의 저온 냉동기 및;
    전류 인가용 전류리드를 포함하되,
    상기 저온냉동기와 전류리드가 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장 마그네트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저온유지 장치는
    중공의 원통형 또는 중공의 다면체인 것을 특징으로 하는 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장 마그네트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 저온 공간은
    다면체 또는 원통형상인 것을 특징으로 하는 자장 인가형 초크랄스키 결정성 장 장치용 수평자장 마그네트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 초전도 코일은
    원형, 타원 및 다각형상 중 선택된 어느 하나의 형성으로 형성된 것을 특징으로 하는 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장 마그네트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 저온유지 장치 및 저온 공간은
    내부에 진공용기와;
    상기 진공용기 내부에 형성되어 상기 초전도 코일이 장착되는 액체 헬륨용기와;
    상기 진공용기와 액체 헬륨용기 사이에 형성되어 복사 열전달을 차단하는 복사 열차폐를 포함하는 것을 특징으로 하는 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장 마그네트.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 저온유지 장치 및 저온 공간 외주에
    외부로의 누설자장을 최소화하는 자기차폐를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장 마그네트.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 자기차폐는
    초전도 코일의 자장방향의 수직인 X축 방향에 인접한 양쪽 외주면 또는 어느 하나의 외주면이 제거된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장 마그네트.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 선택된 어느 하나의 항에 있어서,
    초전도 코일 중심에 형성된 자극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장 마그네트.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 저온 냉동기는
    초전도 코일을 직접 냉각하는 것을 특징으로 하는 자장 인가형 초크랄스키 결정성장 장치용 수평자장 마그네트.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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