Crystal Growth, Mono Crystal Growing   결정 성장, 단결정 성장

1. 결정 성장
  
  ㅇ 원석으로부터 결정성장용 전기로에서 여러 단계를 거쳐 순수 결정(단결정)을 성장시키는 법


2. 결정성장 과정

  ①  실리콘 원석 
     - 규산염 광물에서 얻어진 실리카 산화물
        . Si는 지구 지각의 28% 정도 존재하지만, 산화물,탄화물,규산염과 같은 형태로 출토됨

  ②  전기로 (Electric Furnace) 
     - 실리카 분말(모래 등),탄소원(코크스 등)을 함께 전기로에서 가열시켜, (산화 환원 반응)
     - 검은 돌덩이 같은 금속급 실리콘 순도(98% 정도)로 만듬
        . (모래 + 탄소) 가열(1900 ℃ 이상) → 화학처리(증류 및 정제) → 순도 98% 실리콘
          

     * 탄소원(炭素源) : 석탄,코크스,목재 등

  ③  다결정 실리콘의 정련(精鍊) 과정
     - 고순도의 규소 막대를 만드는 과정
        . 이를 단결정 성장 원료로 삼게됨

     * 고 순도 6N(99.9999%) 실리콘 제조를 위한 대표적 공법 : 지멘스 공법
       - 지멘스社가 개발한 화학적인 정련 공정

     * 실리콘 순도 등급
        . 금속급 실리콘(MGS,Metallurgical Grade Si) 순도     : 98~99%
        . 태양전지급 실리콘(SGS,SoG,SoGS,Solar Grade Si) 순도: 99.9999% (Six Nine,6N)
        . 전자소자급 실리콘(EGS,Electronic Grade Si) 순도    : 99.999999999% (11 Nine,11N)

  ④  단결정을 고 순도로 성장 (Single Crystal Growth)
     - 용융 상태에서 잉곳으로 성장시키는 과정
        . 석영 도가니에서 고순도 실리콘 액상 용탕 (융점 보다 약간 높은 온도를 유지)

     - 주로, 초크랄스키 단결정 성장(Czochralski Crystal Growth) 방법 (1918년)
        . 고순도 다결정 실리콘으로부터 단결정을 성장시키는 법
           .. 회전축 위쪽에 씨 결정(Seed Crystal)이라는 단결정 조각을 고정시켜,
           .. 다결정 실리콘 용융액과 접촉시킨채 분당 수 미리(mm) 속도로 회전하며 끌어올림 
     - 기타, 브리지만(Bridgman) 성장법, 에피택시 성장법 등이 있음

  ⑤  잉곳 (Ingot)
     - 원통 모양의 단결정 실리콘 덩어리 (지름 300 ㎜, 길이 수 m 정도)
     - 얇게 절단하여 기계 화학적 연마로 웨이퍼 (Wafer) 생산