KR20110106304A - 측벽을 통하여 가변 열교환하는 용융/응고 노 - Google Patents

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KR20110106304A
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

결정질 재료 (3) 용 용융 및 응고 노 (1) 는, 바닥 (4) 과 측벽 (5) 을 가진 도가니 (2), 및 자기 유도에 의해 결정질 재료를 가열하는 수단을 포함한다. 상기 노는 상기 측벽 (5) 주변의 도가니 (2) 의 주변에 배열되는 측방향 단열 시스템 (6) 을 포함한다. 상기 측방향 단열 시스템 (6) 의 적어도 하나의 측방향 요소는 단열 위치와 열 누출을 조장하는 위치 사이의 측벽 (5) 에 대하여 이동한다. 상기 측방향 단열 시스템 (6) 은 1 S/m 미만의 전기 전도성 및 15 W/m/K 미만의 열 전도도를 가진다.

Description

측벽을 통하여 가변 열교환하는 용융/응고 노 {MELTING/SOLIDIFICATION FURNACE WITH VARIABLE HEAT EXCHANGE VIA THE SIDE WALLS}
본원은
- 바닥과 측벽을 가진 도가니,
- 상기 측벽 주변의 도가니의 주변에 배열되는 측방향 단열 시스템,
- 단열 위치와 열 누출을 조장하는 위치 사이의 측벽에 대한 측방향 단열 시스템의 적어도 하나의 측방향 요소의 이동 수단을 포함하는 결정질 재료용 용융 및 응고 노에 관한 것이다.
종래의 방법으로, 결정질 재료, 통상적으로 반도체 재료 및 금속 재료는, 불충분한 순도 및/또는 부적절한 결정 구조로 인해 상이한 기술 분야 등에 사용될 수 없다. 매우 엄격한 요구 사양을 준수할 수 있는 결정질 재료는, 예를 들어 재료내의 불순물의 양을 저감시키고 그리고/또는 최종 고형 재료에 결정 조직을 부과하도록, 상기 재료는 상이한 용융-응고 사이클을 받게 된다.
결정질 재료의 정제는, 액상 정제 방법을 사용하여, 예를 들어 플라즈마 토치 (torch) 로, 용융 단계에서 처음으로 실시될 수 있다. 불순물이 고형상에서 용융 재료로 우선적으로 분리됨에 따라, 정제는 응고시 실시될 수 있다. 종래의 방식에서, 응고 단계는 결정질 재료의 결정상을 한정하는데 사용된다.
종래의 방식에서, 결정화될 재료는 그 자체가 수직 노에 배치되는 도가니에 공급원료 형태로 배치된다. 이러한 노는 결정질 재료를 용융시키는 가열 수단 및 이러한 용융 재료의 냉각 단계에서 용융 재료에 매우 특별한 열 구배를 부과하는 냉각 수단을 포함한다. 가열 수단은, 결정질 재료를 가열하면서 동시에 용융 재료의 교반을 실시함에 따라, 예를 들어 유도 유형 (inductive type) 중 선택하게 된다.
하지만, 결정화될 재료의 상이한 처리 단계 동안, 처리 노 및 그 구성 요소의 기능이 상이하다. 우선, 재료의 용융이 실시될 때, 열손실을 저감시켜 노의 충분한 효율을 보장하도록 노 및 특히 도가니의 매우 양호한 단열이 필요하다.
정제의 경우, 노 온도의 제어는 효율적인 교반을 얻기 때문에 중요하다. 그리하여, 용융 재료의 온도를 제어하기 위해 도가니에 의해 손실된 에너지에 대하여 도가니에 공급되는 에너지의 양을 제어하는 것이 중요하다. 또한, 양호한 교반은 오염물과의 자유면 (free surface) 의 리뉴얼 (renewal) 을 보장해준다. 상기에 정한 바와 같이, 유도식 가열 수단은 액체조의 가열 및 교반 둘 다를 수행한다. 코일에 흐르는 전류를 더 높게하면, 교반과 가열이 더 많아지고, 그러면 높은 교반을 동시에 유지하면서 노의 온도를 정확하게 엄격히 제어하기가 매우 어렵게 되는데, 이러한 2 가지 조건은 모순이 된다.
방향성 응고의 경우에, 재료로부터의 열 추출은, 응고 전방의 전진 및 그로 인한 최종 재료의 결정학적 품질을 조절하는 도가니에 적용된 열 구배에 따라, 완벽하게 제어되어야 한다. 또한, 결정화시, 액상은 또한 재료를 구성하는 요소의 균일한 분포를 보장하도록 교반된다.
문헌 WO 2005/105670 호에는 반도체 재료의 블록을 제조하는 설치물이 기재되어 있다. 이 설치물은 특정 작업 전용의 2 개의 별도의 챔버를 포함한다. 제 1 챔버 및 제 1 도가니는 반도체 재료의 용융 및 정제를 실시하는데 사용된다. 그 후, 제 2 챔버 및 제 2 도가니는 결정화를 실시하는데 사용된다. 이러한 설치물은 복잡하고 또한 제 1 도가니에서 제 2 도가니로 용융 재료를 운반하기 위한 수단을 필요로 한다. 이러한 설치물은, 2 개의 챔버가 설치되고 관리되어야 하기 때문에, 대형면을 차지한다.
문헌 FR 2553232 에는 다결정질 반도체 재료로 잉곳을 제조하는 장치가 기재되어 있다. 이 장치는 내측에 반도체 재료가 배치되는 도가니를 포함한다. 이 장치는 유도식 가열 수단을 포함하고, 상기 도가니는 도가니의 측벽 및 바닥에 접하여 배열된 탄소 펠트에 의해 단열된다. 이 장치는 동일한 도가니에서 반도체 재료의 용융과 결정화를 실시한다. 결정화는 도가니 아래에 배치된 펠트를 제거함으로써 얻어지는데, 이는 도가니의 바닥을 통한 열 누출을 발생시킨다. 하지만, 도가니의 바닥에 수직한 열 구배는 용융 재료에서 안정적인 온도 구배 (바닥에서 냉온) 를 유도하고, 이는 균일한 재료를 얻는데 필요한 교반 이동을 방해한다.
본원의 목적은, 용이하게 실시하고, 용융 및 결정화를 위한 단일의 도가니만을 사용하며 또한 높은 교반 속도를 동시에 가지면서 용융 재료의 과열을 제어할 수 있는 용융-결정화 노를 제공하는 것이다.
본원에 따른 노는 첨부된 청구항, 보다 특히 이하의 사실:
- 상기 측방향 단열 시스템은 1 S/m 미만의 전기 전도도 및 15 W/m/K 미만의 열 전도도을 가지고,
- 상기 이동 수단은 측방향으로의 측방향 단열 시스템의 적어도 하나의 측방향 요소의 이동 수단을 포함하며,
- 상기 측방향 단열 시스템은, 단열 위치에서 연속적이고 또한 열 누출을 조장하는 위치에서 불연속적인 링을 형성하는 적어도 2 개의 인접한 하위-요소에 의해 형성되고,
또한, 상기 노는 전자기 유도에 의해 결정질 재료를 가열하는 수단을 포함하는 사실을 특징으로 한다.
다른 장점 및 특징은, 첨부된 도면에 도시되어 있고 또한 비한정적인 실시예의 용도로만 주어진 본원의 특정 실시형태의 이하의 설명으로부터 보다 더 명백해질 것이다.
도 1 은 본원에 따른 도가니 및 측방향 단열 요소의 특정 실시형태의 개략적인 평면도,
도 2 및 도 3 은, 2 개의 상이한 단열 구성의, 본원에 따른 도가니 및 측방향 단열 요소의 다른 특정 실시형태의 개략적인 종방향 단면도,
도 4 ~ 도 6 은, 상이한 단열 구성의, 본원에 따른 도가니 및 측방향 단열 요소의 제 3 특정 실시형태의 개략적인 평면도, 및
도 7 및 도 8 은 본원에 따른 측방향 단열 요소의 개략적인 종방향 단면도.
도 1 내지 도 6 에 도시된 바와 같이, 용융-응고 노 (1) 는 반도체 또는 금속 유형의 결정질 재료 (3) 가 배치되는 도가니 (2) 를 포함한다. 노 (1) 는 또한 전자기 유도 (비도시) 에 의해 결정질 재료 (3) 의 가열 장치를 포함한다. 가열 장치는, 예를 들어 소정 주파수의 교류가 흐르는 1 개 이상의 코일로 구성된다.
도가니 (2) 는 비냉각 내화성 재료로 만든 바닥 (4) 및 측벽 (5) 을 구비하고, 그리하여 도가니는 고온 도가니 유형이다. 측벽 (5) 은 도가니 (2) 의 바닥에 수직한 종방향 (L) 으로 배향된다. 상기 측벽 (5) 은 종방향 (L) 으로 도가니 (2) 의 바닥 (4) 으로부터 높이 (h) 를 가진다. 도가니 (2) 는 측벽 (5) 의 외부면에 대응하는 외부면을 나타낸다. 도가니 (2) 는 측방향 열 누출의 조절 수단과 관련 있다. 이러한 조절 수단은 측벽 (5) 을 통하여 도가니 (2) 를 나가는 열 에너지의 일부를 변경할 수 있다. 그 후, 도가니 (2) 의 외부면을 통과하는 도가니를 나오는 에너지 플럭스는 조절될 수 있다.
이를 위해, 노 (1) 는 측벽 (5) 주위의 도가니 (2) 의 주변에 배열된 환형의 측방향 단열 시스템 (6) 을 포함한다. 측방향 단열 시스템 (6) 은 도가니 (2) 에 대하여 이동가능하다. 유리하게는, 도가니 (2) 의 적어도 측벽 (5) 은, 도가니 (2) 에 대하여 고정되고 또한 도가니 (2) 의 제 1 단열을 실시하는 추가의 단열 재료 (비도시) 에 의해 겹쳐진다. 측방향 단열 시스템 (6) 은 도가니 (2) 에 대하여 이동하는 적어도 하나의 측방향 단열 요소 (7) 를 포함한다.
다른 실시형태에 있어서, 측방향 단열 시스템 (6) 은 주 측방향 단열 요소 (7) 및 추가의 측방향 단열 요소 (7') 를 포함한다 (도 2 ~ 도 6). 그 후, 주 측방향 단열 요소 (7) 는 별도의 추가의 측방향 단열 요소 (7') 에 의해 둘러싸여 진다. 이러한 2 개의 측방향 단열 요소 (7, 7') 는 이동가능하고 또한 서로 독립적으로 이동할 수 있다.
측방향 단열 시스템 (6) 이 단지 하나의 측방향 단열 요소, 즉 측방향 단열 요소 (7) 를 포함하면, 이 측방향 단열 요소는 시스템 (6) 에 동화될 수 있고 또한 측방향 단열 요소 (6) 로 될 수 있다.
측방향 열 누출 조절 수단은 도가니 (2) 의 측벽에 대한 측방향 단열 시스템 (6) 의 이동 수단을 포함한다. 실시형태에 따르면, 상기 이동 수단은 또한 주 측방향 단열 요소 (7) 및 추가의 측방향 단열 요소 (7') 를 위한 별도의 이동 수단을 포함할 수 있다. 그 후, 측방향 단열 시스템 (6) 은 단열 위치 및 측벽 (5) 을 통하여 열 누출을 조장하는 위치 사이에서 이동한다.
상기 이동 수단은 종방향 (L) 으로 적어도 하나의 측방향 단열 요소 (7, 7') 의 이동 수단을 포함할 수 있다. 이 실시형태는, 측방향 단열 요소 (7, 7') 가 도가니 (2) 와 동일한 높이를 가지면 유리하다. 유리하게는, 상기 단열 위치에서, 측방향 단열 요소 (7, 7') 의 전체 높이는 가능한 한 손실을 저감시키도록 측벽과 겹쳐진다.
도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 조절 수단은 종방향 (L) 으로 주 측방향 단열 요소 (7) 및 추가의 측방향 단열 요소 (7') 의 이동 수단을 포함한다. 이러한 경우에, 측방향 단열 요소 (7, 7') 는 도가니 (2) 의 바닥에 대하여 이동하고, 측벽 (5) 으로부터 측방향 단열 요소를 분리하는 거리는 일정하다.
상기 실시형태는, 측방향 단열 요소 (7, 7') 가 도가니 (2) 보다 더 작은 높이, 특히 도가니 (2) 의 용융 재료의 양 보다 적을 때, 유리하다. 수직방향이라는 단열 위치에서, 측방향 단열 요소 (7, 7') 는, 서로 겹치는 최대 표면을 동시에 가지면서 측벽 (5) 의 높이 전체를 덮는다. 측벽 (5) 을 통한 열 누출을 증가시키도록, 측벽 (5) 의 높이 전체를 덮음을 더이상 보장하지 않는다. 측방향 단열 요소 (7, 7') 는 종방향 이동으로 서로를 향해 이동한다. 이는, 측벽 (5) 의 상부를 향해 종방향으로 이동하는 측벽 (5) 의 하부를 덮는 측방향 단열 요소 (7 또는 7') 이다.
이전의 실시형태와 결합될 수 있는 다른 실시형태에서, 이동 수단은 또한 측방향으로 측방향 단열 요소 (6) 의 이동 수단을 포함할 수 있다. 이러한 이동의 측방향은 종방향 (L) 에 수직하다. 이러한 경우에, 측방향 단열 시스템 (6) 은, 하위-요소 각각을 그에 적합한 방향 쪽으로 또는 그로부터 멀리 이동하도록, 다수의 하위-요소로 분할되어야 하는 적어도 하나의 측방향 단열 요소를 포함한다. 즉, 측방향 열 누출 조절 수단은 서로 독립적으로 각각의 하위-요소의 이동 수단을 포함한다.
그 후, 측방향 단열 시스템 (6) 은 적어도 2 개의 하위-요소 (6a, 6b) 에 의해 형성된다 (도 1). 측방향 단열 요소는 도가니 (2) 의 바닥과 교차하는 적어도 제 1 절삭면을 따라 절삭된다.
도 4 ~ 도 6 에 도시된 바와 같이, 주 측방향 단열 요소 (7) 는 도가니 (2) 를 둘러싸는 링을 형성하는 3 개의 하위-요소 (7a, 7b, 7c) 에 의해 형성된다. 이 링은 측방향 단열 요소가 단열 위치에 있을 때, 즉 모든 하위-요소가 결합될 때 연속된다. 열 누출을 조장하는 위치에서, 하위-요소는 더 이상 결합되지 않고, 링은 불연속된다.
도 1 의 직사각형 도가니을 둘러싸는 측방향 단열 시스템 (6) 에 대한 경우와 동일하다.
유사한 방식으로, 추가의 측방향 단열 요소 (7') 는 도 4 ~ 도 6 에서 3 개의 하위-요소 (7'a, 7'b, 7'c) 에 의해 형성된다. 측방향 단열 요소 (7, 7') 는 도가니 (2) 의 바닥과 교차하는 상이한 절삭면을 따라 절삭될 수 있다.
각각의 하위-요소 (6a, 6b, 7a, 7b, 7c, 7'a, 7'b, 7'c) 는 2 개의 주면 및 4 개의 이차면을 포함한다. 이 도가니의 측벽의 외부면과 겹쳐서 위치되는 주면은 하위-요소의 내부면이라고 한다. 외측을 향해 배향된 주면은 하위-요소의 외부면이라고 한다. 하위-요소의 내부면은 겹치는 도가니의 하위-요소의 외부면과 상보적이다. 따라서, 예를 들어 이를 위해, 하위-요소 (6a, 7a) 의 내부면은 도가니의 대향 외부면에 실질적으로 상보적이고, 그리하여 이들은 서로 둘러쌀 수 있다. 그리하여, 측방향 단열 요소 (6, 7) 는 최대 단열을 얻도록 도가니 (2) 의 측벽 (5) 을 둘러쌀 수 있다.
동일한 방식으로, 주 측방향 단열 요소 (7) 및 추가의 단열 요소 (7') 의 겹치는 내부면 및 외부면은 서로 둘러쌀 수 있도록 상보적이다. 그리하여, 추가의 측방향 단열 요소 (7') 는 단열 위치에서 최대 단열을 얻도록 주 측방향 단열 요소 (7) 의 측벽을 둘러쌀 수 있다.
도 3 ~ 도 6 에 도시된 바와 같이, 조절 수단은 측방향으로의 측방향 단열 요소 (7, 7') 의 이동 수단을 포함할 수 있다. 각각의 측방향 단열 요소 (7, 7') 는 다수의 하위-요소로 구성되고, 이러한 하위-요소는, 그에 적합하고 또한 도 5 에서 소정의 Aa, Ab, Ac 인 측방향으로 이동한다. 그 후, 이러한 이동의 측방향은 반경방향 또는 접선방향일 수 있다. 그리하여, 측방향 표면에 대한 접선방향 이동, 즉 원통형 도가니의 반경에 대한 접선방향을 따른 이동 또는 정사각형 또는 직사각형 베이스를 가진 도가니의 측방향 표면에 평행한 방향으로의 이동을 상정할 수 있다. 또한, 반경방향 이동을 하는 것도 상정할 수 있다.
이러한 이동의 측방향은, 도가니 (2) 의 종방향에 수직하고 또한 각각의 기초 절연체 (7a ~ 7c, 7'a ~ 7'c) 의 특징 지점 (characteristic point) 을 통과한다. 이동 A 의 측방향 방향은 하위-요소의 평면 내부면에 직교하는 벡터일 수 있다. 평행육면체의 경우에, 이동의 측방향은, 또한 하위-요소의 상이한 표면과 도가니 (2) 의 대향 측벽 사이에서 동일한 분리 거리가 얻어짐을 보장하는 방향일 수 있다.
측방향 단열 요소 (7, 7') 의 절삭면은 유리하게 동일하지만 오프셋될 수 있다. 또한, 측방향 단열 요소 (7, 7') 를 동일한 개수의 하위-요소를 갖지 않는 것을 상정할 수 있다. 측방향 단열 요소 (7, 7') 는 상이한 절삭면을 따라서 분할될 수 있고, 주 측방향 단열 요소 (7) 의 하위-요소는 예를 들어 추가의 측방향 단열 요소 (7') 의 2 개의 하위-요소와 겹칠 수 있다. 그리하여, 이러한 측방향 단열 요소들은 도 4 ~ 도 6 에 도시된 특정 경우와는 다르게, 동일한 이동 방향을 가질 필요가 없다.
이전의 실시형태와 조합가능한 특정 실시형태에 있어서, 측방향 단열 시스템 (6) 또는 주 측방향 단열 요소 (7) 의 내부면은 도가니 (2) 의 외부면보다 약간 더 커서, 단열 위치에서, 공기 또는 가스로 된 소정의 박막은 도가니 (2) 및 측방향 단열 요소 (6 또는 7) 사이 및 그로인한 도가니 (2) 및 하위 요소들 각각 사이에 존재한다. 주 측방향 단열 요소 (7) 및 추가의 측방향 단열 요소 (7') 사이의 경우에도 동일할 수 있고, 그리하여, 단열 위치에서, 공기 또는 가스로 된 소정의 박막은 2 개의 요소 (7, 7') 사이에 존재한다.
도가니 (2) 가 원통형이면, 측방향 단열 시스템 (6) 의 하위-요소 (7, 7') 는 소정의 두께로 된 원의 원호를 형성하는 것이 유리하다. 도가니 (2) 가 정사각형 또는 직사각형 기반이면, 하위-요소의 내부면은 평면일 수 있다. 하지만, 하위-요소가 도가니 (2) 의 가장자리와 겹치면, 그 내부면은 복잡해지고 또한 2 개의 평면 사이의 각을 포함한다 (도 1).
용융, 정제 및 응고 단계에서 사용가능하도록, 측방향 단열 시스템 (6) 은 단열 위치 및 측벽을 통한 열 누출을 조장하는 위치 사이에서 이동한다. 일반적으로, 측방향 단열 시스템 (6) 은 도가니 (2) 의 측벽 (5) 또는 바닥 (4) 을 향해 또는 그로부터 멀리 이동한다.
도 3 ~ 도 6 에 도시된 바와 같이, 절연 위치에서, 도가니 (2) 및 측방향 단열 시스템 (6) 사이의 거리는 최소한으로 허용되고, 이는 측벽 (5) 에 대하여 주 측방향 요소 (7) 및 추가의 측방향 요소 (7') 의 최소 거리를 유발한다. 이러한 최소 거리는 제로 또는 소정의 두께에 대응할 수 있다. 열 누출을 조장하는 위치에서, 도가니 (2) 및 측방향 단열 시스템 (6) 사이의 거리는 최대한으로 허용되고, 측벽 (5) 을 통한 열 누출이 최대이다.
이러한 방식으로, 조절 수단에 의해 얻어진 구성에 따라서, 도가니의 측벽을 통한 열 누출은 매우 작거나 크고, 측벽을 통한 누출의 비율은 연속적이거나 불연속적인 방식으로 변경될 수 있다.
용융 단계에서, 누출은 최소한으로 저감되어, 상기 작업의 양호한 에너지 효율을 동시에 유지하면서 유도식 가열 수단을 구비하도록 효율적으로 가열 및 교반 둘 다를 할 수 있다. 결정화를 실시할 때, 측벽을 통한 열 누출은 더 크게 되고 또한 도가니내의 재료의 열전도성의 변경에 조절되도록 결정화를 진행함에 따라 연속적인 방식으로 또는 별개의 방식으로 증가할 수 있다.
상기 실시형태에 있어서, 상기 조절 수단은, 도가니 (2) 의 종축선 주변에서 회전할 시 측방향 단열 시스템 (6), 예를 들어 측방향 단열 요소 (7, 7') 의 이동 수단을 포함하는 것이 유리하다. 측방향 시스템 (6) 또는 요소 (7, 7') 를 서로 별개로 회전시킴으로써, 특히 해로운 냉온 영역이 도가니에 형성되는 것을 방지한다. 요소 (7, 7') 는 서로 독립적으로 이동할 수 있고, 그리하여 2 개 중 하나는 서로에 대하여 고정될 수 있거나 또는 상이한 속도 또는 반대 방향으로 이동할 수 있다.
도가니 (2) 의 바닥 (4) 에 대한 측방향 단열 요소 (6) 의 종방향 위치는, 다소 큰 열 구배가 도가니이의 높이에 걸쳐 형성될 수 있도록 한다.
도 1 ~ 도 6 의 상이한 실시형태를 조합한 것에 대응하는 다른 특정 실시형태에 있어서, 측방향 단열 시스템 (6) 은 종방향 및 측방향으로 이동가능할 수 있다. 이 실시형태는 명백하게 주 측방향 단열 요소 (7) 및 추가의 단열 요소 (7') 에 적용할 수 있다. 그리하여, 측방향 단열 요소 (7, 7') 는 종방향 및 측방향 둘 다로 이동할 수 있다. 또한, 주 측방향 단열 요소 (7) 를 종방향으로 이동하고 또한 추가의 측방향 단열 요소 (7') 를 측방향으로 이동하는 것도 상정가능하다.
측방향 단열 시스템 (6) 을 구성하는 단열재는, 가능한 한 노 가열 수단에 의해 생성되는 전자기 커플링을 제한하도록 전기 절연재로 형성되는 것이 유리하다. 단열재는 1 S/m 미만의 전기 전도도를 나타낸다. 이 단열재는 또한 낮은 열전도도, 통상적으로 15 W/m/K 미만을 나타내는 재료로 선택된다.
측방향 단열 시스템 (6) 의 단열재는 예를 들어 알루미나, MacorTM, 멀라이트 또는 지르콘으로부터 선택될 수 있다. 모든 측방향 단열 요소 및 하위-요소는 동일한 재료로 형성되는 것이 유리하다.
단열재는 0.3 ~ 0.6 사이의 방사율을 나타내는 것이 유리하다. 방사율이 낮으면, 측방향 단열체 및 추가의 측방향 단열체의 단열 특성이 실제로 향상되지만, 노의 관성이 증가한다.
상기 노는 진공 또는 제어된 기스 분위기에서 작동할 수 있다. 이러한 가스 분위기는 아르곤, 산소, 수소, 헬륨, 질소, 공기 또는 이러한 가스에 기초한 혼합물로부터 선택되는 가스에 의해 형성될 수 있다. 유리하게는, 상기 분위기 는 중화 가스 또는 중화 가스의 혼합물에 의해 형성된다.
노 (1) 가 가스 분위기를 포함하면, 복사 및 대류에 의해 측벽 (5) 을 통하여 열손실하게 된다.
종방향에서, 측방향 단열 시스템 (6) 및/또는 요소 (7, 7') 의 두께는 일정하거나 또는 연속적으로 변화하도록 존재할 수 있다. 도가니의 바닥에 수직한 절삭면에서 측방향 단열 요소 (7, 7') 의 단면은 직사각형 또는 직사각형 사다리꼴 형상이다. 상기 두께가 측방향 단열 요소 (6, 7, 7') 의 전체 높이에 걸쳐서 일정하지 않으면, 최대 두께는 단열체의 상부에 위치되는 것이 유리하다. 또한, 이러한 두께 변화는 도가니 (2) 의 높이에 걸쳐서 다소 큰 축방향 열 구배가 생성되도록 한다.
특정 실시형태에 있어서, 열 누출을 조절하도록 측방향 단열체 및/또는 추가의 측방향 단열체에 다수의 구멍이 뚫린다. 이는 또한 추가의 측방향 단열 요소 (7') 에 의해 주 측방향 단열 요소 (7) 의 구멍을 완전히/부분적으로 막도록 측방향 단열 요소 (7, 7') 사이의 회전 또는 오프셋각을 제어하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 작동 모드는 원통형 도가니의 경우에 특히 유리하다.
상기 실시형태에 있어서, 조절 수단은, 도가니 (2) 의 종축선을 중심으로 회전할 시 측방향 단열 시스템 (6), 예를 들어 측방향 단열 요소 (7, 7') 의 이동 수단을 포함할 수 있다.
측방향 단열 시스템 (6) 의 두께 또는 요소 (7, 7') 의 두께의 합은, 2 ~ 20 ㎜, 보다 유리하게는 5 ~ 10 ㎜ 인 것이 유리하다. 측방향 단열 시스템 (6) 의 높이는 일반적으로 10 ~ 20 ㎝ 이다.
예를 들어, 이를 위해, 측방향 단열 시스템 (6) 및 도가니 사이의 측방향 이동은 0 ~ 10 ㎝ 포함될 수 있다.
또한, 예를 들어, 이를 위해, 측방향 단열 시스템 (6) 의 종방향 이동은 5 ~ 15 ㎝ 이다.
도가니 (2) 로부터 추출된 열은 측방향 단열 요소 (6) 및 적용가능하다면 요소 (7, 7') 에 대하여 도가니 (2) 의 기하학적 형상의 변경에 의해 조절된다. 열 유속의 조절은 이하를 단독으로 또는 조합하여 조절함으로써 얻어질 수 있다:
- 측방향 단열 시스템 (6) 및 측벽 (5) 사이의 측방향으로의 거리,
- 주 측방향 단열 요소 (7) 및 추가의 측방향 단열 요소 (7) 사이의 측방향 거리 및 상기 추가의 측방향 단열 요소를 도가니로부터 분리시키는 거리,
- 도가니 (2) 의 측벽 (5) 과의, 측방향 단열 요소 (6) 또는 요소 (7, 7') 의 수직방향으로의 겹침,
- 수직 방향으로의 요소 (7, 7') 의 상호 겹침,
- 노 (1) 내측의 가스 분위기의 조성,
- 각 회전에 의한 겹침.
예를 들어, 이를 위해, 본원에 따른 결정 성장 노는 이하의 방식으로 얻을 수 있는 규소용으로 적합한 노이다. 측방향 열 손실의 조절 수단은 주 측방향 단열 요소 및 추가의 측방향 단열 요소를 포함한다. 이 2 개의 측방향 단열 요소는 알루미나로 제조된다. 도가니는 도 3 과 같이 원통형 유형이다. 도가니의 직경은 20 ㎝ 와 동일하고, 측벽은 25 cm 와 동일한 높이를 가진다. 측방향 단열 요소는 15 ㎝ 와 동일한 높이 및 8 ㎜ 와 동일한 두께를 가진다. 노는 또한 5 ㎝ 와 동일한 두께를 가진 고정 단열재를 포함한다. 작동시, 단열의 내부면의 온도는 약 800℃ 이다.
용융 단계 동안, 측방향 단열 요소는 단열 위치에 있다. 이러한 요소들은 도가니의 측벽을 통한 열 손실을 최대로 줄이도록 도가니에 연결된다. 이 단열 위치는 도 2 또는 도 4 에 도시되어 있다. 그 후, 측벽을 통하여 도가니로부터 추출된 열유속은 약 10 kW 이다. 일단 응고가 개시되면, 추가의 측방향 단열 요소는 도가니의 바닥으로부터 규소의 응고 속도와 연계된 속도로 연속적인 방식으로 종방향으로 이동한다. 규소의 응고 방향은 추가의 측방향 단열 요소의 이동 방향과 동일하다. 응고 속도는 약 10 ㎜/h 이다.
어떠한 용융 재료가 거의 남아 있지 않은 응고의 종료시, 추가의 측방향 단열 요소는 종방향으로 10 ㎝ 이동되고, 이러한 구성은 도 3 또는 도 6 에 도시되어 있다. 측벽을 통해 추출되는 열유속은, 단열 구성에 비하여 추출된 유속의 30% 증가를 나타내는 약 13 kW 이다.
2 개의 측방향 단열 요소가 알루미나로 제조되지 않고 MacorTM 으로 제조되는 경우에, 단열 구성에 대하여 추출된 유속의 증가는 약 75% 이다.
상기 노는 수직방향 열구배를 부과하도록 도가니의 바닥 바로 아래에 배열되는 냉각 수단을 포함한다.

Claims (10)

  1. - 바닥 (4) 과 측벽 (5) 을 가진 도가니 (2),
    - 상기 측벽 (5) 주변의 도가니 (2) 의 주변에 배열되는 측방향 단열 시스템 (6),
    - 단열 위치와 열 누출을 조장하는 위치 사이의 측벽 (5) 에 대한 측방향 단열 시스템 (6) 의 적어도 하나의 측방향 요소 (7, 7') 의 이동 수단을 포함하는 결정질 재료 (3) 용 용융 및 응고 노 (1) 에 있어서,
    - 상기 측방향 단열 시스템 (6) 은 1 S/m 미만의 전기 전도도 및 15 W/m/K 미만의 열 전도도를 가지고,
    - 상기 이동 수단은 측방향으로의 측방향 단열 시스템 (6) 의 적어도 하나의 측방향 요소 (7, 7') 의 이동 수단을 포함하며,
    - 상기 측방향 단열 시스템 (6) 은, 단열 위치에서 연속적이고 또한 열 누출을 조장하는 위치에서 불연속적인 링을 형성하는 적어도 2 개의 인접한 하위-요소에 의해 형성되고,
    또한, 상기 노는 전자기 유도에 의해 결정질 재료를 가열하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 및 응고 노.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측방향 단열 시스템 (6) 은 적어도 주 측방향 단열 요소 (7) 및 추가의 측방향 단열 요소 (7') 를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 및 응고 노.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이동 수단은 종방향으로 상기 측방향 단열 시스템 (6) 의 적어도 하나의 측방향 요소 (7, 7') 의 이동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 및 응고 노.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 수단은 도가니 (2) 의 종축선에 대하여 회전시 측방향 단열 시스템 (6) 의 적어도 하나의 측방향 요소 (7, 7') 의 이동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 및 응고 노.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 측방향 단열 요소 (7, 7') 는 0.3 ~ 0.6 의 방사율을 나타내는 것을 특징으로 하는 용융 및 응고 노.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방향 단열 시스템 (6) 은 알루미나, MacorTM, 멀라이트 또는 지르콘으로부터 선택되는 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 용융 및 응고 노.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방향 단열 시스템 (6) 은 측벽 (5) 의 높이와 동일한 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 용융 및 응고 노.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방향 단열 시스템 (6) 은 측벽 (5) 의 높이보다 작은 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 용융 및 응고 노.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방향 단열 시스템 (6) 의 적어도 하나의 측방향 요소 (7, 7') 는 도가니 (2) 의 바닥 (4) 에 수직한 평면에서 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 용융 및 응고 노.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방향 단열 시스템 (6) 의 적어도 하나의 측방향 요소 (7, 7') 는 도가니 (2) 의 바닥 (4) 에 수직한 평면에서 직사각형 사다리꼴 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 용융 및 응고 노.
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