• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
• /
• pp.317-317
• /
• 2012

사파이어는 우수한 광학적, 물리적, 화학적 특성을 가지고 있는 물질 중의 하나이며, 청색 발광특성을 나타내는 GaN와 격자상수, 열팽창 계수가 가장 유사할 뿐만 아니라 가격도 상대적으로 저렴하여 GaN 성장을 위한 기판으로 사용된다. 실제로 사파이어는 프로젝터와 전자파장치, 군사용 장비 등 다양한 분야에 응용되고 있으며, 발광 다이오드(LED)를 위한 기판으로 활용됨으로써 그 수요가 급격히 증가하고 있다. 그러나 사파이어 결정의 성장 중에 생길 수 있는 전위(dislocation)와 적층결함(stacking fault) 등의 결정 결함들은 결정 내에 존재하여 역학적, 전기적 성질에 큰 영향을 미칠 수 있다. 특히 사파이어가 청색 발광소자의 기판으로 사용되는 경우, 사파이어 기판 내부의 결정 결함은 증착되는 박막 특성에 영향을 미치게 된다. 따라서 사파이어의 보다 나은 응용을 위해서는 결함의 형성 메커니즘과 결정 결함의 평가기술 등에 대한 이해가 필요하고, 특히 결함의 정량적 평가 기술의 개발은 사파이어의 상용화에 중요한 핵심요소 중 하나이다. 결정 내 결함이 위치하는 부분은 분자나 원자간의 결합이 약하거나 높은 에너지 상태이므로, 결정의 표면을 적절한 산이나 염기 등을 이용하여 에칭하면 에칭반응은 결정의 전위 위치에 해당하는 부분부터 일어나 결정의 표면에 에치핏을 형성한다. 따라서 결정 표면에 나타나는 에치핏의 개수를 관찰하면 결정의 전위 밀도 파악이 비교적 간단하고, 에칭반응의 이러한 특징은 전위의 정량적 평가에 이용이 가능하다. 본 연구는 4인치 사파이어 조각기판을 수산화칼륨(KOH)으로 습식에칭 후 표면에 나타나는 에치핏의 형성거동과 이의 시간 및 온도 의존성에 관한 연구를 진행하였다. 또한 단결정의 전위밀도를 예측하기 위해 사파이어 조각시편의 단위면적당 에치핏의 개수를 파악하여 에치핏밀도(EPD, etch pid density)를 계산하였고, 값의 불확도(uncertainty)를 계산하여 전위밀도의 신뢰도를 평가하였다. 그 결과, 사파이어 조각시편의 에치핏밀도는 단위면적($cm^2$)당 약 ${\sim}10^2$개로 확인되었고, 이 값은 약 2%의 상대불확도를 가지는 것으로 나타났다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제21권5호
• /
• pp.193-198
• /
• 2011

최근 사파이어 결정은 LED 응용부품에 사용되고 있고, CZ 성장공정은 고 품질의 사파이어 단결정을 성장시키기 위한 중요한 기술중의 하나이다. 고 품질의 단결정을 성장하기 위해서는 CZ 성장로 내부의 열 및 질량 전달현상의 제어가 필요하다. 본 연구에서는 유도 가열된 CZ 성장로에 대한 사파이어 결정의 성장공정을 FEM을 사용하여 수치적으로 분석하였다. 본 연구의 결과, 성장로의 rpm이 증가함에 따라 고온부는 도가니 표면에서 융액의 내부로 이동하고, 고-액 계면은 평편한 형태로 변화되는 것으로 분석되었다. 또한 성장된 결정의 고-액 계면은 초기에 형성된 결정의 shoulder 형상에 의해서도 영향을 받는 것으로 나타났다.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제38권8호
• /
• pp.761-764
• /
• 2001

새로운 AlN 박막 제조용 단일 전구체로 AlCl$_3$: $^{t}$ BuNH$_2$을 합성하였다. c축으로 배향된 AlN 박막을 80$0^{\circ}C$에서 사파이어(0006) 단결정 위에 MOCVD 공정으로 증착시켰다. 본 전구체를 사용함으로 박막내의 잔류탄소 및 산소의 오염을 크게 낮출수 있었으며 Al:N의 비율이 1:1인 화학량론비의 AlN 박막을 제조할 수 있었다. 단일 전구체의 결정 구조는 단결정 X선 구조분석과 원소분석을 통하여 규명하였으며 박막분석은 SEM, XRD, SEM, AFM과 RBS 등으로 행하였다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제23권6호
• /
• pp.272-278
• /
• 2013

본 논문에서는 CZ법으로 성장시킨 300 mm 사파이어 단결정의 c-축 변형 특성 및 내부 응력 상태를 수치해석하고, 사파이어 단결정에서 sub-grain 결함이 없는 성장 길이를 예측하였다. CZ 성장로의 hot zone 구조는 Ir 도가니 형상 및 상부 단열재 추가 설치 등으로 변경하였다. 본 연구의 시뮬레이션 결과, hot zone 구조 변경에 의한 c-축 변형 차이는 결정 내부에 sub-grain 결함 등이 내부에 생성되어 발생한다. Hot zone 구조 변경에 의해 sub-grain 결함이 없는 성장 길이를 기존 보다 최대 약 57 mm 정도 증가시킬 수 있을 것으로 예측되었다. 그리고 c-축 wafer에 대한 sub-grain 결함을 실험적으로 분석하고, 시뮬레이션 예측 결과와 잘 일치하고 있는 것을 확인하였다. 그 결과, CZ 공정을 이용해 약 250 mm까지 sub-grain 결함이 없는 사파이어 결정을 성공적으로 성장시킬 수 있었다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제10권4호
• /
• pp.337-343
• /
• 2000

사파이어 ($\alpha$-Al$_2$O$_3$) 단결정에 있어 prism plane slip {11$\bar{2}$0}1/3{$\bar{1}$120} 전위속도를 에치-피트 방법으로 측정하였다. 전위속도 측정시 온도범위는 $1150^{\circ}C$에서 $1400^{\circ}C$까지 였으며, 응력범위는 140 MPa에서 250 MPa까지였다. 얻어진 전위속도의 온도 및 응력 의존성에 대해 검토하였다. 전위속도의 온도의존성을 이용하여 prism plane slip 전위속도를 위한 활성화에너지를 구하였으며, 그 값은 대략 4.2$\pm$0.4 eV이었다. 또한, 전위속도의 응력의존성을 나타내는 응력지수 m은 4.5$\pm$0.8이었다. 한편, 전위속도 측정을 통해 사파이어 단결정에서 basal 면이 3-fold 대칭을 가진다는 사실을 재확인하였다.

• 한국정밀공학회지
• /
• 제29권3호
• /
• pp.247-252
• /
• 2012

This study has been focused on application of ELID mirror-surface grinding technology for manufacturing single crystal optic sapphire. Single crystal sapphire is a superior material with optic properties of high performance as light transmission, thermal conductivity, hardness and so on. Mirror-surface machining technology is necessary to use sapphire as optic parts. The ELID grinding system has been set up for machining of the sapphire material. According to the ELID experimental results, it shows that the surface of sapphire can be eliminated by metal bonded wheel with micron abrasives and the surface roughness of 60nmRa can be gotten using grinding wheel of 2,000 mesh in 4.5um, depth of cut. In this study, the chemical experiments after ELID grinding also has been conducted to check chemical reaction between workpiece and grinding wheel on ELID grinding process. It shows that the chemical reaction has not happened as the results of the chemical experiments.

• 한국재료학회지
• /
• 제11권4호
• /
• pp.278-282
• /
• 2001

사파이어($\alpha$-$Al_2$$O_3$) 단결정에 있어 basal slip (0001)1/3<1120>의 부분전위의 재결합거동을 알아보기 위해 prism plane (1120)의 사파이어 재료를 사용하여 4점 곡강도 시험을 행하였다. 이 굽힘시험은 온도 $1200^{\circ}C$~$1400^{\circ}C$에서 그리고 응력은 90MPa, 120MPa, 150MPa에서 행하여졌다 굽힘시험 동안 basal전위가 이동하기 위해 잠복기가 필요하였다. 실험온도 범위내에서 잠복기의 활성화에너지는 5.6-6.0eV이었으며, 이 잠복기는 자체-상승운동으로 분해된 부분전위들이 재결합하는데 필요한 시간인 것으로 추정되었다. 한편, 이 활성화에너지는 $Al_2$$O_3$에 있어 산소의 자체 확산을 위한 에너지 (대fir 6.3eV)와 거의 일치하였다. 이 결과를 통하여, 두 부분전위들의 재결합은 부분전위사이 적층결함으로 산소 자체확산에 의해 제어되는 것으로 여겨진다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제6권2호
• /
• pp.105-109
• /
• 2005

보석용 사파이어의 색향상 Be처리를 정량화하기 위해서 BeO를 확산 원으로 하여 알루미나(${Al_2}{O_3}$)분말과 $5{\sim}50wt%$ 범위에서 혼합하여 탄소발열체로 대기 중에서 $1800^{\circ}C$에서 100시간동안 순수한 단결정 사파이어 기판을 확산시켰다. 조성에 따라 처리된 사파이어를 육안검사, 색좌표검사, 표면조도의 변화검사를 실시한 결과, $Be^{2+}$ 원소는 알려진 바와 같이 순수한 사파이어에서는 발색원소로 작용하지 않았고 국부적인 회색의 원인이 되었다. 조성증가에 따라 확산양의 증가에 따라 급격히 Lab지수에서 광택지수(L)가 감소하였으며 표면조도가 증가하는 특징이 있었다. 기존에 알려진 블루사파이어의 오렌지 사파이어로의 향상을 위해서는 처리 후 표면조도가 작아서 재연마를 생략할 수 있는 5% 이하 BeO의 저조성 범위에서 순수한 커런덤이 아닌 $Fe^{3+}$ 성분이 많은 원석의 채용이 필요함을 확인하였다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제29권4호
• /
• pp.149-153
• /
• 2019

HVPE는 GaN 단결정의 제조 방법 중 하나로 빠른 성장 속도가 장점인 상업적으로 널리 사용되는 성장 방법이다. HVPE 법에 의한 GaN 단결정 성장은 여러 공정으로 이루어지며, 특히 GaN 성장 전 기판의 질화 처리는 성장되는 GaN 단결정 품질에 상당한 영향을 미친다. 본 연구에서는 사파이어 기판 위에 GaN 단결정 성장 시 기판의 질화처리가 성장되는 GaN 단결정 품질에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 질화 처리를 제외한 다른 성장 조건은 동일하게 하였고 질화처리 시 기판에 공급되는 가스 유량을 다양하게 변화시킨 후 GaN 박막을 성장시키고, 성장된 GaN의 표면 특성평가를 통하여, HVPE 법에서의 질화처리 효과를 고찰하여 보고자 하였다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제34권4호
• /
• pp.139-142
• /
• 2024

SiC와 GaN 등의 광에너지갭 소재들의 전력반도체에 대한 활용과 소자의 개발 추세와 함께 더 높은 에너지갭을 갖는 AlN 단결정에 대한 연구도 2인치 단결정 웨이퍼의 개발 성공 등 많은 연구 결과가 보고되고 있다. 그러나, 화학기상증착공법을 적용하여 성장된 AlN 단결정은 수 마이크로미터의 두께 이하의 박막은 개발되었으나, 그 이상의 두께를 갖은 결과는 거의 없다. 따라서, 본 연구에서는 화학기상증착공법중 하나인 HVPE(Hydride vapor phase epitaxy) 법을 적용하여 성장하고자 하였다. 성장된 AlN 단결정은 자체 제작된 설비를 이용하여 제작하였으며, 사파이어 기판을 사용하여, AlN 단 결정을 제조하기 위한 조건을 확립하고자 하였고, 그 결과를 광학현미경 관찰을 통하여 성장거동을 고찰하고자 하였다.