Effects of microstructures of the sintered rod on the single crystal grown by the floating zone method

Floating zone법에 의한 결정성장시 소결봉의 미세구조에 의한 영향

In general, a sintered rod is used as a feed in the growth of crystals by the floating zone(FZ) method. The sintering condition of the feed rod affected the stability of molten zone because it influenced the interface shape between the feed and the melt during the crystal growth. In this study, rutile and ruby crystals were chosen as samples to analyze the effect of the microstructures of the feed rods. In sintering of the feed rod for the growth of rutile and ruby single crystals, the difference of grain size between the inner and the outer region of the feed rod increased with the sintering temperature and dwelling time. As a result, it altered melting behavior of the feed. The uniform grain size of the sintered rod was necessary for the optimum growing condition of crystals. The effect of pores in the feed rod was not a dominant factor to grow crystals by the FZ method, which was confirmed by growing crystals with nonsinterd rods as feeds.

일반적으로 floating zone법에 의한 결정성장시에는 소결봉이 원료로서 사용되며 이러한 원료봉의 소결조건에 의해 결정성장시 안정성이 영향을 받게 된다. 그 원인은 FZ법에 의한 결정성장시 소결조건에 따른 원료봉의 미세구조의 변화가 소결봉과 융액사이의 계면형태를 변화시키기 때문이다. 본 연구에서 FZ법에 의해 $TiO_2$(rutile)과 ruby 단결정을 성장하였으며 이를 통해 소결봉의 미세구조가 FZ법에 의한 결정성장시에 용융대의 안정서에 미치는 영향을 분석하였다.$TiO_2$(rutile)과 ruby의 결정성장에 사용되는 원료봉의 소결시 소결온도가 높아지고 소결시간이 길어질수록 원료봉 중앙부와 바깥ㅂ분의 입자크기의 차이가 커져서 결국에는 그로 인하여 원료봉의 용융양상이 바뀌어졌다. FZ법에 의한 결정성장시 원료봉의 최적소결 조건은 입자의 크기가 소결봉 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되는 것이었다. 반면 일반 적으로 중요하다고 여기는 소결봉의 porosity는 FZ법에 의한 결정성장시 영향력 있는 인자가 아니라는 점을 소결하지 않은 원료봉을 사용해 결정성장 실험을 행하여 봄으로써 확인할 수 있었다.