• 한국세라믹학회지
• /
• 제27권6호
• /
• pp.783-789
• /
• 1990

Shaped crystal growth apparatus were made for sapphire ribbon single crystal growth. Sapphire ribbon single crystal are grown by EFG(Edge-defined Film-fed Growth) methdo for use as watch-glass and SOS(Silicon-On-Sapphire) devices. Sapphire ribbon crystals were grown to be 40min wide, 1.8mm thick, 96mm long. Therelationshiops between growth striation and surface roughness, with various growth rates, were investigated and compared. It was found that sapphire ribbon crystal is suitable for watch-glass by measuring the transmittance in the visible light region.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.223.1-223.1
• /
• 2013

Since sapphire single crystal is one of the materials that have excellent mechanical and optical properties, the single crystal is widely used in various fields, and the demand for the use of substrate of LED devices is increasing rapidly. However, crystal defects such as dislocations and stacking faults worsen the properties of the single crystal intensely. When sapphire wafer of single crystal is used as LED substrate, especially, crystal defects have a strong influence on the characteristics of a film deposited on the wafer. In such a case quantitative assessment of the defects is essential, and the evaluation technique is now becoming one of the most important factors in commercialization of sapphire wafer. Wet etching is comparatively easy and accurate method to estimate dislocation density of single crystal because etching reaction primarily takes place where dislocations reached crystal surface which are chemically weak points, and produces etch pit. In the present study, the formation behavior of etch pits and etching time dependence were studied systematically. Etch pit density(EPD) analysis using optical microscope was also conducted and measurement uncertainty of EPD was studied to confirm the reliability of the results. EPDs and measurement uncertainties for 4 inch sapphire wafers were analyzed in terms of 5 and 21 points EPD readings. EPDs and measurement uncertainties in terms of 5 points readings for 4 inch wafers were compared by 2 organizations. We found that the average EPD value in terms of 5 points readings for a 4 inch sapphire wafer may represent the EPD value of the wafer.

• 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.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제23권3호
• /
• pp.129-134
• /
• 2013

사파이어($Al_2O_3$) 단결정 웨이퍼는 청색 LED(light emitting diode) 제작을 위한 핵심 소재로 사용되고 있으며, 사파이어 단결정의 품질에 따라 LED의 성능이 크게 좌우하게 된다. 여러 가지 사파이어 단결정 제조방법 중 키로플러스(Kyropoulos)법은 도가니 직경에 근접한 크기로 잉곳 생산이 가능하며, 내부 전위밀도가 낮아 고품질의 대구경 사파이어 잉곳 제작이 가능하다. 키로플러스법 공정에서 용융 알루미나의 유동은 seed의 성장 형태, 도가니 및 단열재의 형상에 영향을 받으며, 유동양상에 따라 단결정 사파이어 잉곳의 품질이 좌우된다. 특히 온도구배는 hot-zone 내부의 히터 구조와 밀접한 관련이 있으므로 본 연구에서는 도가니 단위표면적당 하부와 측면 히터의 발열비율에 따른 CFD(computational fluid dynamics) 해석을 실시하고, 해석결과를 토대로 각각 용융 알루미나의 유동 및 remelting 현상에 대해 분석하였으며, 이상적인 히터 발열비율을 도출하였다.

• 한국기계가공학회지
• /
• 제12권4호
• /
• pp.75-80
• /
• 2013

Single crystal sapphire being used in high technology industry is a brittle material with a high hardness and excellent physical properties. ELID(Electrolytic In-Process Dressing) grinding technology was applied to material removal machining process of single crystal sapphire wafer. Ultrasonic vibration which added to material using ultrasonic table was adopted to efficient ELID grinding of sapphire materials. The evaluation of the ground surface of single crystal sapphire wafer was carried out by means of surface measuring by using AFM(Atomic Force Microscope), surface roughness tester and optical microscope device. As the results of experiment, it was shown that more efficient grinding was conducted when using ultrasonic table. In case of using #170 grinding wheel, surface roughness of ELID ground specimen in using ultrasonic table was superior to ELID ground specimen without ultrasonic table. However, In case of using #2000 grinding wheel, surface roughness of ELID ground specimen in using ultrasonic table was inferior to ELID ground specimen without ultrasonic table.

• 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.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제22권3호
• /
• pp.115-121
• /
• 2012

사파이어 단결정은 GaN계 화합물 증착이 용이하여 고휘도의 청색을 구현하기 위한 LED(Light Emitting Diode)용 기판으로 크게 각광받고 있다. 공업용 사파이어의 제조 방법으로는 Kyropoulos법, Czochralski법 HEM(Heat Exchager Method)등 다양한 방법이 시도되고 있으며, 그 중 Kyropoulos법은 고품질의 대구경 사파이어 단결정 성장이 가능한 대표적인 방법으로 알려져 있다. 그러나 Kyropoulos 공정의 특성상 결정성장로 내에서 용융 사파이어의 유동장이 단결정의 최종 품질을 결정하는데, 유동장의 변화와 이에 따르는 결정성장 거동을 관찰하기가 어렵다는 단점이 있다. 대구경화와 동시에 고품질의 사파이어 단결정을 생산하기 위해서는 성장로내의 유동장 해석을 통해 결정 성장조건을 최적화 하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 유한요소법을 기반으로 한 전산유동해석을 통해 Kyropoulos 성장로 내의 도가니 형상의 종횡비(h/d)에 따른 용융 사파이어의 대류거동을 관찰하여 도가니의 형상이 단결정 성장에 미치는 영향을 분석하였으며, 성장로의 설계시 도가니의 종횡비를 작게 고려하면 용융 사파이어의 대류속도를 늦추고 계면의 convexity를 줄여 사파이어 단결정의 품질향상에 도움이 된다는 결과를 얻었다.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제39권10호
• /
• pp.907-911
• /
• 2002

Using the two-dimensional Wulff plot, the equilibrium shape of a sapphire crystal was investigated as a function of surface energy anisotropy. Depending on the relative values of surface energy for various facet planes, the projected shape of equilibrium sapphire was determined to be rectangle, parallelogram, hexagon or octagon. The results are compared with the experimentally observed shapes of internal cavities of submicron range in sapphire single crystals.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제8권1호
• /
• pp.1-9
• /
• 1998

본 연구에서는 냉각매체로서 물을 이용하는 수정된 열교환법을 이용하여 45$\times$45$\times$20(mm) 크기의 사각단면 형상의 sapphire 단결정의 제조가능 조건에 대하여 조사하였다. 온도에 따른 성장로 내의 압력 변화로부터 사파이어의 용융 및 응고 과정을 추적할 수 있었으며, 이로부터 sapphire 단결정은 1970~$1960^{\circ}C$에서 응고가 완료됨을 알 수 있었다. 도가니 성형시 이루어지는 '귀'의 형태는 도가니 벽면과 접촉되지 않는 '나선형태'이어야 한다. 열유출부는 융액 내의 온도구배를 지배하며 융액내의 열유속과 씨앗 결정의 흔적은 Mo 봉의 체적 변화로서 조절할 수 있었다. 기공 형성을 억제하기 위해서는 $0.2^{\circ}C$/min 이하의 발열체의 냉각속도가 요구되었다.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제29권10호
• /
• pp.822-826
• /
• 1992

SiO2 doped sapphire single crystals were grown by Verneuil method using feed material which prepared by adding SiO2 in Al2O3. Crystal growing were attempted with varing doping amount of SiO2 from 0.01 to 1.0 wt% and when the doping amount of SiO2 were 0.01~0.04 wt%, single crystals could be attained. Starting materials for feed powder were 99.99% purity alumina and extra pure SiO2 powder. Mixing these two materials by wet milling for 24 hours and drying the mixture and then was calcined at 900~110$0^{\circ}C$ for 2~4 hours. The grown crystals had yellowish color and were somewhat transparent. During growing process the flow range of oxygen was 5~7.5ι/min and of hydrogen was 13~25ι/min, the average growth rate was 7.0~11 mm/hr. The pressure of gases were fixed at 5psi. The color of crystal was appeared and mechanical property of sapphire was developed by doping of SiO2.