Undoped p-type and Te doped n-type GaSb crystals were grown by the vertical Bridgman method. The lattice constant of the GaSb crystals was 6.096.+-.000373.angs.. The carrier concentration, the resistivity, and the carrier mobility measured by the van der Pauw method were p.iden.8*10$^{16}$ c $m^{-3}$ , .rho..iden.0.20 .ohm.-cm, .mu.$_{p}$ .iden.400c $m^{2}$$V^{-1}$ se $c^{-1}$ for p-type, n.iden.1*10$^{17}$ c $m^{-3}$ , .rho..iden.0.15 .ohm.-cm, .mu.$_{n}$ .iden.500c $m^{2}$$V^{-1}$ se $c^{-1}$ for n-type at 300K. In case of treatment with metal ion of R $u^{+3}$, P $t^{+4}$, the carrier concentration, resistivity and carrier mobility of the GaSb crystals were p.iden.2*10$^{17}$ c $m^{-3}$ , .rho..iden.0.08.ohm.-cm, .mu.$_{p}$ .iden.420c $m^{2}$$V^{-1}$ se $c^{-1}$ for p-type, n.iden.2.5*10$^{17}$ c $m^{-3}$ , .rho..iden.0.07.ohm.-cm, .mu.$_{n}$ .iden.520c $m^{2}$$V^{-1}$ se $c^{-1}$ for n-type respectively. GaSb crystals had a tendency to lower resistivity and higher mobility, for surface treatment with metal ion effectively diminished surface recombination centers.s.
Ternary semiconductor $Al_{x}$G $a_{1-x}$ Sb crystals which have energy gap of 0.7eV-1.6 eV at room temperature according to the composition ratios were grown by the vertical Bridgman method. The characteristics of the crystals were investigated by XRD, HRTEM and Hall effect. The lattice constants of $Al_{x}$G $a_{1-x}$ Sb crystals were varied from 6.096A over .deg. to 6.135A over .deg. with the composition ratio x. The Hall effect of the $Al_{x}$G $a_{1-x}$ Sb crystals were measured by van der Pauw method with the magnetic field of 3 kilogauss at room temperature. The resistivities of Te-doped $Al_{x}$G $a_{1-x}$ Sb crystals were increased from 0.071 to 5 .OMEGA.-cm at room temperature according to the increment of the composition ratio x. The mobilies of $Al_{x}$G $a_{1-x}$ Sb crystals varied with the composition ratio x resulted in the following three different regions of GaSb-like (0.leq.x.leq.0.3), intermediate (0.3.leq.x.leq.0.4) and AlSb-like (0.4.leq.x.leq.l).q.l).q.l).q.l).
Bridgman-Stockbarger법에서 thermal screen의 역할을 하는 새로운 방법을 6inch 형석(CaF2) 단결정성장을 위하여 고안하였다. 본 방법으로 poly-grain으로의 성장과 내부 cavity, 그리고 solid-liquid(SL) interface를 제어할 수 있었다. Graphite pipe와 ceramic warmer를 사용하여 성장한 6inch의 CaF2 결정은 완전한 단결정으로 성장하였다. 이때의 조건은 2mm/hr의 성장속도, 성장구역에서의 $14^{\circ}C$/cm의 온도구배, 그리고 도가니의 conical tip에서 $1324^{\circ}C$의 온도를 나타내었다. 내부 cavity에 의해 발생되는 light scattering 현상은 성장속도를 감소시키거나 융액을 회전함으로써 제어할 수 있었다.
Mn-Zn Ferrite는 단결정을 성장하기 위하여 용융하는 동안 불균질 용융과 ZnO휘발의 고유특성을 갖는 재료이다. 그 결과로, 결정성장축을 따라 양이온의 분포가 불균일 하게 된고 또한 기존의 Bridgman법에서는 도가니내에서 용융대가 장시간 유지됨으로써 백금입자가 결정안으로 침입하게된다. 이들은 훼라이트의 자기적 성질을 저하시키는 성질을 갖고 있다. 그러나 새로운 성장법에서는 이러한 단점들을 극복하고 양질의 단결정을 얻기 위하여 결정성장 인자들의 관계를 고찰하였으며 그 인자들은 다음과 같다 : 도가니내의 melt 높이, melt의 표면장력과 밀도, 계면에서의 melt거동, 도가니와 고액계면의 형상, 원료공급속도, 결정성장속도. 아울러, 성장된 결정의 조성을 분석하였을 때 초기조성과 비교하여 $\textrm{Fe}_2\textrm{O}_3$ 1.5 mol%, MnO, Zn 2.0 mol% 이내로 조성 변동은 각각 억제되었고 성장결정면 (110)에서 화확적인 etching 법을 이용하여 광학현미경을 통해 결정내부등을 관찰하였으며, 자기적 특성등을 측정하였다.
The continuous growth method was developed for Mn-Zn Ferrite single crystals. It is a new process that the polycrystalline MnχZn1-χFe2O4 raw materials are supplied continuously from the powder feeding system to the crucible heated by R.F. induction and melted in the crucible, and after the single crystals seed is attached to crucible's hole, the crystals are pulled downward with rotation. Growing the crystals by using the growth method different from the conventional Bridgman or Floating Zone method, we defined the factors having effect on the crystal growing through the pre-experiments. They are temperature distribution in the crucible, melt velocity according to its height, wettability between the crucible's bottom and melt. Therefore, Mn-Zn Ferrite single crystals were to be grown by attaining the appropriate melt height in the crucible, powder feeding rate, temperature gradient between the crucible and interface, crystal growing speed, and this method was confirmed to have possibility for single crystal growing.
수직 Bridgman방법으로 $Mg_{0.18}Zn_{0.84}$Te:Co(Co:0.01 mole%)단결정을 성장시켰다. 성장된 단결정의 결정구조와 광흡수 spectra를 연구하였다. X 선 회절무늬로부터 성장된 단결정의 구조는 cubic구조이었고 격자상수 a=6.1422 $\AA$이었다. 광흡수 측정결과 $Co^{2+}$ 이온에 기인된 $A-band:^4A_2(^4F){\to}^4T_2(^4F),\; B-band:^4A_2(^4F){\to}^4T_1(^4F), C- band:^4A_2(^4F){\to}^4T_1(^4P)$의 intracenter transition과, 흡수단 근처의 charge transfer에 의한 photoionization transition에 관계된 D-band를 550-770 nm의 파장영역에서 관측하였다. 또한 결정장 이론에 의해 결정매개변수(Dq)와 Racah parameter(B)를 결정하였다.
수평 브릿지만법은 갈륨 비소 반도체 결정을 성장시키는데 많이 사용된다. 수평 브릿지만 법에 의하여 성장된 단결정 내에서 불순물 분포를 알아보기 위하여 성장 과정 중의 액상에서 열전달, 물질전달, 유체흐름과 고상에서 열전달을 의사 정상상태를 가정하여 2차원 및 3차원 모델을 세우고 유한요소법에 의하여 수치모사하였다. 이때 고-액 계면의 위치와 형태도해의 일부분으로 다른 해들과 동시에 구하였다. 2차원 단열 경계조건에서는 3차원의 계면이 2차원의 경우보다 덜 휘어졌고, 대류 강도는 비슷하였다. 대류강도의 증가에 따라 수직 편석은 최대값을 보였으나 계면이 2차원에서 더 휘어져 최대값은 2차원에서 대류 강도가 더 작을 때 나타났다.
MgGa2Se4 및 MgGa2Se4 : Co2+단결정을 bridgman 방법으로 성장하여 광흡수와 광발광을 가시광 영역과 근적외선 영역에서 조사하였다. 광흡수 스펙트럼은 MgGa2Se4단결정의 Td Symmetry를 갖는 host lattice에 점유하여 바닥상태와 여기상태의 Co2+ ion 에너지 ㅣlevel간 전자전이에 의해서 760nm, 1640nm, 그리고 2500nm에서 3개의 흡수피크를 관측하였다. 광발광 스펙트럼에서 이 단결정은 가시광 발광ㄸ들을 관찰하였다.가시영역의 발광 band들은 에너지 준위도에서 제안된 바와 같이 자전자대의 우의 꼭대기 acceptor 준위에서 전도대 아래의 밑에 분포된 trap으로부터 끊임없이 전자전에 의한다고 볼수 있다. 한편, 이들은 적외선 발광 band가 deep level에서 acceptor level부터 전자전이에 기인한다고 고려할 수 있다. 광전이의 mechanism은 MgGa2Se4 결정의 에너지 diagram의 항으로 잘 설명되고 있다.
Mn-Zn 페라이트 단결정 성장시 일반적인 Bridgman법에서 조성변동 문제가 발생한다. 상평형도를 이용하여 원료 조성을 A, B로 분리하여 조성 B 원료를 단결정 성장 속도와 동일하게 투입함으로써 조성변동 문제를 해결하였다. 실험변수를 바탕으로 A조성을 52 mol% $Fe_2O_3$, 30 mol% MnO, 18 mol% ZnO로 선정하였고, 원하는 단결정 조성인 B 조성을 53 mol% $Fe_2O_3$, 28.5 mol% MnO, 18.5 mol% ZnO로 선정하여 직경 60mm, 길이 300mm 단결정을 성장시켰다. 성장된 단결정은 조성 B 원료 정제가 투입된 30~270mm 부위에서 조성 변도 없이 균일하게 B 조성과 비슷한 조성을 가졌으며, 이에 따라 주파수 5 MHz에서의 투자율값도 균일하게 600 근처로 높게 나타났다.
Bridgman 방법으로 성장된 $TlGa_xIn_{1-x}Se_2$ 단결정의 격자상수와 energy gap의 성분의존성을 조사하였다. $TlGa_xIn_{1-x}Se_2$ solid solution의 불연속 특성이 tetragonal과 monoclinic 구조를 가진 0.25$0.0{\leq}X{\leq}0.25$)로부터 monoclinic 구조($0.65{\leq}X{\leq}1.0$)로 변하는 구조적 상전이가 이 성분영역에서 관측되었다. $TlGaSe_2$ 단결정의 energy gap과 유전상수의 온도의존성으로부터 각각 1차 및 2차 상전이에 상당하는 107 K와 120 K에서 변칙특성을 발견하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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