균일한 자장이 Czochralski도가니에 가하여졌을 때의 유동장, 온도장 및 boron의 농도장이 수치적으로 연구되었다.이러한 Czochralski 도가니에 가하여졌을 때의 유동장, 온도장 및 boron의 농도 장이 수치적으로 연구되어 . 이러한 Caochralski 유동장을 지배하는 인자로는 온도차이에 의한 부력, 자유표면에서의 반경방향으로의 온도 구배로 인한 thermocapillarity, 도가니와 결정의 회전으로 인한 원심력, 외부에서 걸어준 자장에 의한 자성력, boron의 확산계수 및 segregation coefficient 등이 있다. 여기에서 boron의 농도가 매우 낮으므로 농도차이에 의한 부력의 효가 무시되므로 boron의 농도장은 유동장 및 온도장에 영향을 미치지 못한다. 희전방향으로의 대칭성으로 부터 먼저 정상 상태에 대한 자오평면(mericional plane)에서의 속도성분과 회전방향의 속도 성분이 구하여졌으며 온도장도 해석되었다. 이러한 정상상태에서의 유동장 및 온도장으로부터 boron의 농도에 관한 비정상상태에서의 농도구배가 Marangoni convection을 야기하고 있다. 또 비정상 상태의 boron의 농도장의 전달현상은 주로 대류작용에 의존하고 있다.존하고 있다.
$Sr_{0.6}Ba_{0.4}Nb_2O_6$ (60SBN) and $Sr_{0.75}Ba_{0.35}Nb_2O_6$ (75SBN) single crystals were grown by Czochralski method. Growing direction was <001>, and as-grown crystals has well-developed (001) plane. Temperature- and frequency dependence of dielectric constant represent relaxor ferroelectrics. 60SBN has wider optical transmittance than 75SBN.
$KMgCl_3$ 단결정을 Ar 분위기에서 최초로 Czochralski 방법을 사용하여 육성하였다. 원료시약 KCl과 $KMgCl_2$를 화학량론적인 혼합으로는 KMgCl3를 육성할 수 없었고 비화학량론적인 방법을 사용하여 $KMgCl_3$를 육성할 수 있었다. KCl과 MgCl2를 1:1의 비율로 혼합하여 결정을 육성하였을 때에는 $K_2MgCl_4$단결정이 육성되었다. 육성되어진 $KMgCl_3$ 단결정의 연속적 상전이점들을 확인하기 위하여 DTA, DSC 등이 열적 실험을 수행하였다. 그리고 $KMgCl_3$ 단결정이 강탄성적 성질을 가짐을 확인하였으며 고온 편광현미경을 사용하여 온도에 따른 강탄성 domain의 변화를 조사하였다. 또한 stress-strain 이력곡선의 조사를 통하여 결정내 spontaneous strain의 온도에 따른 변화를 조사하였다.
Cz법을 이용하여 다양한 성장 조건하에서 실리콘 단결정이 성장되었따. 고액 계면 형상의 차이는 다양한 자기장 분포를 통하여 구현되었으며 결정의 고액 계면에 있어 ZGP(zero-Gauss plane) 형태와 자기장 세기(MI)의 효과가 실험적으로 연구되었따. ZGP의 형태는 커습 자기장에 있어 상부 및 하부 코일에 인가되는 자기장의 비율(MR)로 인하여 평평하거나 포물선의 형태를 갖게 된다. MR이 증가함에 따라 고액 계면은 더욱 음각(more concave)의 형태가 되고 이는 MR 증가에 따른 고액 계면으로의 뜨거운 융액이 쉽게 유입될 수 있음을 의미한다. 고액 계면의 효과적인 형상은 자기장 분포에 의존됨을 발견하였으며 실험결과는 다른 연구와 비교하였다.
First topic of this paper aims to clarify how oxygen and heat transfer in silicon melt under cusp-shaped magnetic fields. We obtained asymmetric temperature distribution by using time dependent and three-dimensional calculation. Second topic is study on molecular dynamics simulation, which was carried out to estimate diffusion constants of oxygen in silicon melt.
용응인상법에 의해 융성시킨 $LiNbO_3$ 단결정의 거시적 결함은 단결정 육성인자인 성장속도, 온도구배 및 결정회전속도에 강하게 영향을 받았다. Cell 구조가 형성되지 않고 결정의 직경제어가 용이하며 결정성장 후 냉각시 에도 crack이 발생되지 않는 1" 직경의 $LiNbO_3$ 단결정의 성장조건은 온도기울기 $70~100^{circ}C/cm$, 성장속도 5~10 mm/hr, 결정회전속도 40 rpm 이었다. 이었다.
태양광 에너지는 깨끗하며 무한한 재생에너지의 한가지로 많은 관심을 받아왔다. 태양광 에너지는 다결정 실리콘 웨이퍼 혹은 단결정 실리콘 웨이퍼로 구성된 솔라셀에 의해서 전기에너지로 전환된다. 제조원가를 낮추기 위하여 한 개의 석영 도가니에 폴리실리콘의 충진 크기를 증가시키는 연구가 많이 개발되어 왔다. 충진 크기를 증가시키면, 쵸크랄스키 공정장비의 온도제어가 강한 멜트 대류 때문에 힘들어진다. 본 연구에서는 20 inch와 24 inch 석영도가니와 90 Kg, 120 Kg, 150 Kg, 200 Kg, 250 Kg의 다양한 폴리실리콘 충진 크기에서 시뮬레이션을 통해 장비 온도 프로파일을 얻었으며, 실제값과 비교하고 분석하였다. 시뮬레이션 온도 프로파일과 실제 온도프로파일이 잘 일치하였으며, 이로써 충진 사이즈가 증가할 경우, 실제온도 프로파일 최적화를 위해 시뮬레이션을 사용할 수 있게 되었다.
$\beta$-BaB2O4는 고출력 가시광선 및 적외선을 발진시키는데 유용한, 비선형 특성을 가진 물질이다. $\alpha$-$\beta$ 상전이 온도가 녹는점보다 18$0^{\circ}C$ 낮기 때문에 보통 flux법으로 단결정을 성장시킨다. 수년전 Itoh등은 $\beta$-BaB2O4단결정을 congruent조성의 용액으로부터 Czochralski법으로 metastable한 상태에서 직접 성장시켰다. 그렇지만 그 공정은 잘 이해되지 않고 있으며 재현하기가 매우 어렵다. 저자들은 $\beta$-BaB2O4단결정을 용액표면온도도 1034$^{\circ}$-1085$^{\circ}C$, pulling rate 3mm/h, 10-30 rpm의 범위에서 성장시켰으며 융액표면의 온도구배는 $\beta$-상으로 성장시키는데 매우 중요한 인자로 여겨진다. Seed로는 직경 1-2mm의 c축방향 $\beta$-BaB2O4단결정 봉이 상용되어 성장방향을 조절하고 열응력을 최소화시켰다. 성장된 $\beta$-상의 단결정들은 6-fold모양을 하며 표면에 작은 비늘같은 것들이 붙어있고 중심부에 core가 있는 것을 알았다. Flux법으로 성장시킨 $\beta$-BaB2O4단결정을 사용한 seeds는 단결정 성장 및 냉각 중에 cracks이 자주 발생하였으며, boule의 cracks은 afterheater를 사용할 경우 다소 줄일 수 있었다. 성장된 단결정의 광학특성이 측정되었다.
융액인상법에 의해 코런덤 단결정을 육성하였다. 인상속도, 회전속도, 융액온도 등 결정육성 요소가 결정 의 품질에 미치는 영향을 조사하였다. 양질의 결정을 육성하기 위한 최적 인상속도는 4.0 mm/hr, 회전속도는 30rpm이었다. 코런덤 결정에서 가장 중요한 결합은 기포이었으며, 기포발생을 억제할 수 있는 융액의 온도제어 방법을 논의하였다. 육성된 결정의 성장방위는 (0001)이었으며, 이 방위는 가장 빠른 성장속도를 갖는 것으로 판단되었다. 흡수 스펙트럼 을 측정하여 Cr3+이온의 흡수천 이를 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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