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Floating Zone Method 에 의한 실리콘 단결정의 성장
윤풍,윤대호 대한금속재료학회(대한금속학회) 1988 대한금속·재료학회지 Vol.26 No.3
Silicon single crystals were grown in argon atmosphere by a floating zone method with RF heating, which is free of contamination from the crucible wall. A slim rod puller was used to prepare round-shaped Si bars for growing crystals. Dimensions of crystals grown by these experiments are 15 ㎝ in length and 8㎜ in diameter. Defects such as twins and dislocations were observed on crystals grown in the low temperature region of the melt zone. These defects are considered due to nonuniform melt convection which might be caused by the increase of the surface tension at the solid-liquid interface.
종형 반응기에서 규소증착 반응의 증착속도 및 소비전력 예측
윤풍,김만영,소원욱 한국화학공학회 1988 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.26 No.1
반도체 재료용 고순도 규소를 제조하기 위한 종형 반응기내에서 TCS와 수소를 원료로 하는 규소증착 반응의 증착 속도에 대한 반응온도, 반응물 가스유량, TCS 농도 등의 영향을 조사하여 규소증착 속도를 예측할 수 있는 경험식을 제안하였다. 또한 이 경험식과 복사열 절감율을 도입하여 종형 반응기에서의 소비전력을 산출할 수 있는 이론식을 제안하였다. 제안된 식들에 의해 계산된 결과는 실험 결과와 잘 일치함을 확인할 수 있었다. Experiments of silicon CVD (Chemical Vapor Deposition) using trichlorosilane and hydrogen gas mixture were conducted to determine the deposition rate and power consumption for the bell-jar type reactor used for semiconductor grade polycrystalline silicon manufacture. We studied the effects of reaction temperature, flow rate of reactant gas, and trichlorosilane concentration on the silicon deposition rate experimentally. An empirical equation to predict the silicon deposition rate was proposed and was compared with experimental data. On the other hand, a model equation to predict power consumption of the bell-jar type reactor was derived from the deposition rate equation and the heat saving equation in the reactor Predictions by this model were agreed well wilh experimental data.
캐시팅법에 의한 태양전지용 다결정 규소 박판의 제조(1) : 규소 캐스팅의 Thermal 모델링 Thermal Modeling of Silicon Casting
윤풍,소원욱,문상진 한국화학공학회 1989 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.27 No.5
캐스팅법을 이용하여 고효율 태양전지용 다결정 규소 박판을 제조하였다. 이때 요구되는 규소 ingot의 결정 형태나 크기들이 캐스팅 장치의 geometry나 운전조건, 즉 도가니의 두께, 냉각기의 크기, 냉각속도나 도가니 벽면의 온도 분포들에 의해 어떠한 영향을 받는지가 적절한 수학적 모델링과 수치 모사에 의해 연구되었다. 도가니의 옆 벽면은 두꺼을수록, 밑면은 얇을수록 주상구조의 결정 성장에 유리한 것으로 예측되었다. 또한 캐스팅시 도가니 상부의 온도는 옆면보다 높게 유지해야 하며, 응고가 진행됨에 따라 온도 하강속도를 점자 낮추는 것이 바람직한 것으로 나타났다. Polycrystalline silicon wafers for high efficiency solar cells were produced using the casting method. Mathematical modeling and numerical computations were made to investigate the effects of geometric parameters and thermal parameters of the casting equipment, that is, the wall thickness of the crucible, the cooler diameter, the cooling rate, and wall temperatures of the crucible on the crystalline structure and size of the silicon ingot. The growth of polycrystalline with the columnar structure and large grain size was predicted to be favored by the following conditions of parameters; i) making the side wall of crucible as thick as possible and the bottom as thin as possible, ii) keeping the higher temperature profile in the top compared to the side wall of the crucible and lowering the cooling rate as the solidification proceeds.
윤풍,소원욱,문상진,윤경구 한국화학공학회 1989 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.27 No.6
도가니 물질로 흑연 및 석영을 사용하고 저항가열 및 고주파 유도가열 방식을 채택하여 캐스팅 장치를 설계 제작하였다. 또한 도가니 보호물질로 Si₃N₄ 분말을 피복하여 이들에 대한 영향을 고찰하였다. 태양전지 효율을 결정하는 규소박판의 물성으로서 각각 제조된 규소박판의 순도, 결정구조, grain size, 결함농도 등 4가지 요소를 고찰한 결과 본 캐스팅법을 이용하여 고효율 태양전지용 다결정 규소박판을 제조하는 것이 기술적으로 용이하다고 판명되었다. Two separate casting apparatuses were designed and fabricated using the resistance heating method and the RF heating method, respectively. Graphite and fused quartz were used as crucibles for the method, respectively. Their inner surfaces were coated with Si₃N₄ layer for the protection of the crucibles and the ingots. The impurity level, structure, grain size, and dislocation concentration of the polycrystalline silicon wafers which affect the efficiency of the solar cell were measured for each method and compared with the reference values published for high efficiency solar cells. The present casting method provided satisfactory results regardless of some difference in the physical properties depending on the methods adopted above.
입경분포가 있는 정상상태 유동층으로부터의 입자의 선별 유출
김희영,윤풍,전종열,송영목 한국화학공학회 1988 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.26 No.4
입자가 성장하는 연속 정상상태 유동층 반응기에서의 입자 유동을 상온에서 모사할 수 있는 반응부 유동층의 하부에 큰 제품입자를 선별 유출할 수 있는 분리관을 설치하여 입경분포를 갖는 반응부 유동층 입자들의 분리를 연구하였다. 이 분리관을 통해 정상상태 반응부 유동층내에서 큰 입자들을 선택적으로 계속 유출하기 위해 혼합입자의 최대 및 최소 입자에 대한 초기 유동속도의 범위내에서 분리관 내부의 유동상태를 유지시켰다. 이러한 분리관을 이용하여 반응부 유동층에서의 유동조건에 영향을 미치지 않고 높은 입자 분리 효과를 거둘 수 있었는데, 이를 위해서는 반응부 유동층의 평균입경 및 분포의 특성과 분리관에서의 유동 특성에 대해 제한적인 조업범위가 존재함이 나타났다. 이러한 허용 조업범위하에서의 실험결과를 토대로 주어진 구조에 대해 반응부 유동총의 입경분포와 선별 유출된 입자들의 입경분포와의 관계식을 조업특성 변수들과 입경외 함수로 표시하여 실험 값들을 정량적으로 설명할 수 있음을 밝혔다. Continuous segregation of particles with size distribution was studied in a particle withdrawal boot attached to the bottom of a fluidized bed which was installed to simulate the particle dynamics in a particle growing reactor. In order to withdraw continuously and preferentially large particles in steady state from the main fluidized bed the boot was mildly fluidized between the incipient fluidization velocities of the largest and smallest size fractions. It was observed that a high degree of segregation can be achieved in the limited range of the fluidization condition at the boot as well as of the particle size and distribution mode at the main fluidized bed. In the acceptable operation range the segregation efficiency of large particles could fairly well be related to those operational parameters for a given boot geometry, and the empirical relationship proposed in this study were in good agreement with experimental observations.