Methyltrichlorosilane을 원료로 이용한 고온화학기상증착법에 의한 SiC 단결정성장

국문 초록 (Abstract)

대부분의 SiC 기판은 물리적기상수송법(Physical Vapor Transport, PVT)으로 양산이 되고 있다. PVT법의 성장메커니즘은 SiC 분말과 종자결정 간의 온도차이 (200℃)를 만들어 뜨거워진 SiC 분말을 증발시켜 종자결정에서 재결정화 시키는 방
식이다. 하지만 이 방법으로 SiC 단결정을 성장시킬 경우 고품질의 단결정을 얻기가 어렵고, 폐쇄된 계 내에서 반응이 일어나기 때문에 잉곳의 길이가 제한적이라는 문제점을 가지고 있다. PVT법의 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 고온화학
기상증착법(High Temperature Chemical Vapor Deposition, HTCVD)을 이용하여 연구를 진행하였다. HTCVD법은 기상의 원료를 연속적으로 공급할 수 있다는 점과, 결정성장에 사용되는 원료의 유량을 제어하여 높은 결정성이나 높은 성장속도를 가진다는 이점이 있다. 본 연구에서는 HTCVD법을 이용하여 기존에 사용되는 반응성이 높은 SiH4, SiCl4 등의 기상 원료를 사용하지 않고, 안전하고 보관성이 용이한 Methyltrichlorosilane(MTS)를 사용해서 SiC 성장 연구를 진행하였다. MTS는
66 ℃이하에서는 액상으로 존재하며, Si와 C의 비율이 1:1이므로 SiC 결정을 성장시키기에는 유리하다.
성장실험에 앞서 공정 최적화를 위해 열역학 계산과 시스템 최적화를 수행하였다. 공정 설계 후 온도에 따라 발생하는 결정다형을 확인을 위해 다결정 성장실험을 진행하였다. 다결정 성장 실험은 공정온도 1900, 2000, 2100 ℃이며 압력은 550 Torr, H2 분위기에서 30분간 성장 실험을 진행하였다. 성장된 SiC 다결정은 XRD를 이용하여 결정 다형을 확인하였다. 이 실험 결과를 토대로 종자결정을 부착한 단결정 성장실험을 1900, 2000 ℃에서 진행하였다. 성장시킨 단결정은 HRXRD의 pole-figure법으로 단결정 여부를 판별하였고, micro-Raman 분광법을 이용하여 성장된 단결정의 상을 분석하였다. 그 후 rocking curve와 SIMS 법을 통해 성장된 결정이 우수한 결정성을 가지며 불순물이 없는 SiC 단결정임을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 3
• 제 2 장 이론적 배경 6
• 2.1 SiC의 특성 6
• 2.2 SiC의 단결정 성장법 12
• 제 3 장 실험 방법 22
• 3.1 공정 설계 23
• 3.2 다결정 성장 실험 25
• 3.3 단결정 성장 실험 31
• 제 4 장 결과 및 고찰 34
• 4.1 열역학 계산 및 반응기 최적화 34
• 4.2 다결정 성장 및 분석 40
• 4.3 단결정 성장 및 분석 42
• 제 5 장 결론 58
• 참고 문헌 59
• Abstract 62