단결정 성장법

목차

1. 서론

2. 본론
● Verneuil법이란?
ㆍ Verneuil process의 개략
ㆍ 결정성장법
ⓐ Seed법
ⓑ Non-seed법
ⅰ) Sapphire 단결정 성장법
ⅱ) Rutile 단결정 성장법
ⅲ) Spinel 단결정 성장법
ⅳ) SrTiO3 단결정 성장법

3. 결론

4. 참고문헌 및 논문

본문내용

용도는 diamond의 대용물, 절연체, 산소화합물 반도체 등이다. 특히 blue sapphire나 ruby비해 경도가 낮아 가공성이 좋고 ruby와는 종종 혼동될 정도여서 color spinel은 이들의 대용물로도 자주 쓰인다. Spinel은 굴절률이 1.72~1.73, 분산이 약 0.02, 경도가 7.5~8.5, 비중이 3.5~3.7 정도이며 구조는 cubic이다.
ㆍ실험방법
원료는 순도 99.99%인 MgO 와 순도 99.99%인 -Al2O3 분말을 혼합한 후, 순도가 99.99%인 에틸알콜에서 24시간 정도 ball mill로 습식혼합한 후 건조기에서 건조한다. 이를 유발에서 다시 미분쇄하고 건지기에서 24시간 정도 건조한 후 사용한다. 결정을 성장시키는 방법에는 위에서 언급한 것과 같이 Seed법과 Non-seed법이 있다. Spinel 단결정 육성 시 육성속도에 관련된 인자는 tapping과 지지봉의 하강 속도이며, spinel 육성 시 고온에서 MgO의 휘발성을 감안할 때, 육성중 지지봉의 하강속도를 일정하게 하고 tapping에 의해 결정 성장속도를 조절해주어야 한다.
ⅳ) SrTiO3 단결정 성장법
SrTiO3는 상온에서 cubic perovskite 구조를 물질로서 자연적으로 존재하지 않 아 인공적으로 만들어야만 하는 물질이다. 고유전율 및 주파수, 온도 변화에 대 한 안정성과 비교적 큰 기계적 강도를 가지므로 Grain Boundary Layer Capacit- tor(GBLC) 주재료 및 표면과 탄성필터(SAW-filter)의 기판으로 쓰인다. SrTiO3 단 결정은 각종 전기광학기기 및 고온 superconductor thin film의 epitaxial growth 를 위한 substrate로 사용된다. Diamond와 광학적 성질이 유사하여(굴절률 2.4,
dispersion 0.1) 망원경, 고배율 현비경의 렌즈 및 프리즘 제작에 폭넓게 사용되 고 있으며 다양한 색상을 첨가하여 인조 보석으로도 사용되고 있다.
ㆍ실험방법
Verneuil법은 그 특성상 submicron 이하의 입도를 갖는 원료분말을 필요로 므로 공침법등을 이용하여 SrTiO3 분말을 합성하여 사용한다. 출발원료로는99.9%의 SrCO3를 질산에 녹여 만든 Sr(NO3)2와 TiCl4 용액을 사용하며 침전제는 KOH, KOH와 H2O2, 암모니아수와 (NH4)2CO3를 각각 사용하여 분말을 침전시킨다. 침전한 분말을 여과하고 증류수로 Cl- 이온이 완전히 제거될 때까지 세척한다. 여과 세척한 분말을 건조기에서 완전히 건조한 후 분쇄하여 알루미나 도가니에 넣고 저항 가열로 내에서 1150℃에서 2시간 동안 하소한 후 재차 분쇄하여 단결정 성장을 위한 원료분말로 이용한다. 결정성장은 이중관 버너를 이용하여 Non-seed법으로 한다. 위의 그림은 원료 합성 과정을 모식화한 것이다.
3. 결론
Verneuil process에서 성장 결정의 질을 좌우하는 가장 중요한 인자로는 원료 낙하량, melt의 형상과 안정도, 결정 지지대의 하강속도와 결정성장 속도와의 균형, 화염의 형태 및 온도분포 등이 있다. 이러한 인자들은 성장 물질이나 각각의 성장환경에 따라 그 상관관계가 모두 영향을 받게 된다. 전형적인 Verneuil process는 앞에서 열거한 많은 장점들이 있지만 응용 가능한 온도가 2000℃ 근처의 고온 영역이고, 타 성장법에 비해 성장결정의 질이 조금 떨어지고, 분위기 조절이 자유롭지 못하다는 단점이 있어 고품위를 요구하는 광학용 결정 등을 육성하는 데에는 많은 어려움이 있다. 이러한 전형적인 단점을 보완하는 방법에는 첫째, 결정성장 인자들간의 상관관계를 감안하여 성장 process의 자동화를 추구하는 것으로, 컴퓨터에 의한 전자동 조절이 가능한 화영 용융 결정성장법(CFG)이 개발되었다. 둘째, 결정의 특수한 용융에 주안점을 두어 boule형에서 tube나 thin rod, large plate형 결정이 Verneuil technique에 의해 육성되어지는 것이다. 다시 말해서, 결정의 형상을 다양화하는 것이다. 마지막으로 Verneuil process의 응용이 1500~2000℃의 범위 내에서 융점을 갖는 산화물 단결정 성장에 주로 이루어지고 있으나 고전적인 방법이외에도 태양광이나 electric arc, RF plasma, plasma 버너 등을 열원으로 이용하는 process가 개발되었다. 이러한 방법으로 Verneuil process의 응용이 확대되었다. 본 보고서에서는 Verneuil process의 특성과 원리, 주요 성장인자, 육성 결정의 종류와 육성법 등을 알아보았고, Verneuil process가 개발된 지 100여년이 되어가고 있는 시점에서 많은 장점을 지닌 Verneuil process 에 대해 깊은 관심을 갖게 해주신 교수님께 감사의 말씀을 드린다.
4. 참고문헌 및 논문
① 한국세라믹학회지(Journal of The Korean Ceramic Society)
<1988년도 25권 5 호 Page 495~501>
제목 : Verneuil법에 의한 Sapphire 단결정 성장
저자 : 주경, 배상열, 최종건, 오근호,손선기, 변영재, 전형탁
② 한국세라믹학회지 1990년도 27권 2호 Page 155~160
　제목 : Verneuil법에 의한 Spinel 단결정 성장
저자 : 유영기, 최익서, 오근호
　③ 한국결정성장학회지 1992년도 1권 1호 Page 60~69
제목 : TiO2 분말 제조 및 Verneuil 법에 의한 Rutile 단결정 성장
저자 : 전형탁, 김복희, 손선기, 오근호
④ 한국세라믹학회지(Journal of The Korean Ceramic Society)
<1992년도 29권 9 호 Page 689~694>
제목 : Verneuil법에 의한 SrTiO3 단결정 성장
저자 : 최익서, 조현, 최종건, 오근호
⑤ 요업재료의 과학과 기술 1994년도 9권 3 호 Page 273~284
　 제목 : Verneui법에 의한 세라믹 단결정 성장
저자 : 조현, 오근호
⑥ 보석 및 보석학 Page 313~335
저자 : 이종덕
　

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