단결정성장로 (Single Crystal Growth Furnace)
미국 뉴햄프셔 소재, MRF사 단결정성장로 – 개요
MRF사는 Czochralski(CZ), Bridgman, Stepanov 등 대표 성장 방식에 대응하는 단결정성장로 제품군을 제공 합니다. 전형적인 구성은 *수직형 크리스탈 풀러(Vertical puller)*이며, 전면 도어(Front-opening) 접근이 특징입니다. 미국 유수의 많은 연구소와 대학교에서 사용 중 입니다.
단결정성장로의 (Single Crystal Growth Furnace) – 공통 특징
- 공기, 부분압, 진공, 불활성 가스 분위기 운전 → 챔버는 고진공(high-vacuum) 등급으로 설계되어, 다양한 분위기 조건에서 운전이 가능 합니다.
- 고온 온도 구배 안정성 → MRF는 결정 성장에 중요한 온도 안정성과 우수한 온도 구배를 강조합니다.
- 시드 회전 및 인출(풀링) 제어 → 풀러 제어는 고정밀 프로그램 가능하며 시드 회전(seed rotation)을 포함 합니다.
MRF사 단결정성장로 – 4가지 모델 라인업
- Crystal Growing Furnace 단결정성장로(저항가열식, 다공정 대응) → Bridgman / Czochralski / Stepanov 방식으로 실험실 규모 단결정 성장이 가능하며, 인출 속도(풀링 속도)와 시드 로드 회전을 정밀하게 제어하는 모델입니다.
- Crystal Growth Arc Melt Furnace TA-200 (Tri-Arc, CZ 방식) → 모델 TA-200은 Tri-Arc 아크 용해(3500°C 이상 용융 가능) 기반에 Crystal Growth 옵션을 결합한 구성이며, Czochralski 방식의 연구용 단결정 성장에 초점을 둡니다. 2인치 직경(=50mm) 소형 아크 용해로.
- Crystal Growth Arc Melt Furnace ABJ-900-3 (대형 Tri-Arc, CZ 방식) → 모델 ABJ-900-3은 TA-200의 상위/확장 개념으로 더 큰 챔버· 전원· 용융 능력을 제공하고, Czochralski 방식 단결정 성장을 지원합니다. 9인치(229mm) 하스, 7인치(176mm) 인출 높이, 0–30 rpm 시드 회전 등 사양이 명시되어 있습니다.
- Crystal Growth Tube Furnace (Rocking Tube, 복합결정 성장) → 이 모델은 1,300°C(공기/산화 분위기) 운전을 전제로, *가열 구간 전체를 로킹(최대 90° 연속 로킹)*하여 복합 결정(crystal composite) 성장을 목표로 합니다. 로킹 사이클 후 퀜칭(급냉) 메커니즘도 포함됩니다.
단결정성장로 – 선택 가이드
- CZ 중심(아크 고온 용융 기반)이면 → 모델 TA-200 / 모델 ABJ-900-3
- Bridgman Stepanov 포함 다공정 대응이면 → Crystal Growing Furnace
- 로킹 급냉 복합결정 연구일 경우 → Crystal Growth Tube Furnace
1.Crystal Growing Furnace — 실험용 단결정 성장로
MRF사는 쵸크랄스키(Czochralski, CZ), 브리지먼(Bridgman), 스테파노프(Stepanov) 등 다양한 결정 성장 방식을 적용한 단결정 성장로(Crystal Growth Furnaces) 제품군을 제공 합니다.
이 성장 방식들은 **실리콘(Silicon), 사파이어(Sapphire), 저마늄(Germanium)**과 같은 반도체 및 기능성 소재 잉곳(ingot) 단결정 성장에 널리 사용됩니다. 장비의 기본 구조는 수직형 크리스탈 풀러(vertical crystal puller) 방식이며, *전면 개방형 도어(front-opening door)*를 적용하여 시료 장착과 유지보수가 용이 합니다.
MRF 단결정 성장로는 *탁월한 온도 안정성과 우수한 온도 구배(temperature gradient)*를 제공하며, 직경 약 50 mm, 높이 최대 200 mm 규모의 실험실용 단결정 성장에 최적화되어 있습니다.
크리스탈 풀러 제어 시스템은 고정밀 완전프로그래머블 방식으로 구성되어 있으며, 시드(seed) 회전 제어 기능을 포함 합니다.
또한 일부 아크 용해로(Arc Melt Furnace) 및 *전면 장착형 퍼니스(front-loading furnace)*에는 *단결정 성장용 애드온 키트(crystal growing add-on kit)*를 선택 사양으로 장착할 수 있습니다.
퍼니스 챔버는 고진공(high-vacuum) 등급으로 설계되어 있으며, 대기, 부분압, 진공, 불활성 가스 분위기에서 운전이 가능 합니다.
MRF는 이 외에도 보석(gem) 성장, 실리콘 카바이드(Silicon Carbide, SiC) 단결정 성장과 같은 특수 응용을 위해 다수의 맞춤형 단결정 성장로를 제작해 왔습니다.
주요 사양 :
- 최대 온도: 최대 운전 온도는 구성 및 가열 방식에 따라 최대 약 2600 °C까지 지원 가능
- 설계 구성: 표준 모델 및 맞춤 설계 가능
- 온도 특성: 우수한 온도 균일도 및 온도 구배 제어
- 지원 성장 방식: Czochralski(CZ), Bridgman, Stepanov 등 ( 각 성장 방식에 적합한 구조의 고온진공로를 선택하여 설치 사용하는 개념 입니다.)
- 인출 거리(Puller travel): 4″ 또는 8″, 고정밀 완전 프로그래머블
- 회전 기능: 시드 또는 용융물 회전 제어
- 핫존 구성: 세라믹, 흑연(Graphite) 또는 금속 핫존 선택 가능
- 확장성: 일부 실험실용 퍼니스 모델에 단결정성장 장치를 애드온 키트(Add on Kit) 형태로 장착 가능
2.Crystal Growth Arc Melt Furnace TA-200 — 소형 아크용해로 단결정 성장
Crystal Growth Arc Melt Furnace 모델 TA-200은 Tri-Arc 아크 용해 시스템을 기반으로 한 모델로, Czochralski 방식 단결정 성장에 초점을 맞춘 장비 입니다.
주요 사양 :
- 용융 온도: 3500°C 이상 가능
- Czochralski 성장용 옵션 포함
- 풀링 속도: 최소 0.001 mm/min 조절
- 인출 거리: 7″ (≈176 mm)
- 2″ (≈50 mm) 도가니 사용
- 시드 회전 제어 포함
소형 시편 기반의 경제적인 연구용 고온 아크 용해 CZ 초크랄스키 시스템입니다.
3.Crystal Growth Arc Melt Furnace ABJ-900-3 — 대형 아크용해로 단결정 성장
Crystal Growth Arc Melt Furnace ABJ-900-3는 TA-200의 확장 버전으로, 강력한 전력과 큰 챔버를 갖춘 대형 Czochralski 성장로 입니다.
주요 사양 :
- 용융 온도: 3500°C 이상 (Tri-Arc)
- 풀링 속도: 최소 0.001”/min (0.025 mm/min)
- 인출 거리(풀): 7″ (≈176 mm)
- 하스(Hearth): 9″ (≈229 mm)
- 시드 회전: 0–30 rpm
대형 시편 대량 결정 성장 고온 용, 높은 균일성과 큰 챔버 장점을 갖춘 모델입니다.
4.Crystal Growth Tube Furnace — 로킹 튜브타입 복합 결정 성장로
Crystal Growth Tube Furnace는 저항가열식 멀라이트 세라믹 튜브 기반 구조로, *가열 구간 전체를 연속적으로 로킹(Rocking)*하며 복합 결정(crystal composite) 성장에 최적화된 장비 입니다.
특히 Rocking 기능은 다성분 용융물의 조성을 균일하게 유지하여, 복합 소재 단결정이 안정적으로 성장하도록 돕습니다. (Rocking의 핵심 용도 – 용융된 재료를 좌우로 흔들어 성분을 균일하게 하고, 편석을 줄여 고품질 결정·복합 결정을 성장시키기 위함 입니다.)
본 Crystal Growth Tube Furnace는 프로그래머블 모션 시스템을 적용하여,
가열 구간 전체를 장시간 로킹(Rocking) 동작으로 흔들면서도
산화 분위기에서 최대 1300 °C까지 안정적으로 온도를 유지할 수 있도록 설계되었습니다.
가열 구간은 길이 50인치(약 1,270 mm)의 멀라이트(mullite) 세라믹 튜브로 구성되며,
*저항 가열 방식(resistance heating)*의 히팅 요소가 적용됩니다.
핫존(hot zone)은 3개의 독립적인 가열 요소로 구성되어 균일한 온도 분포를 제공합니다.
전체 가열 구간은 최대 90° 각도로 연속적인 로킹 동작이 가능하며,
이를 통해 다성분 용융물의 조성을 균일하게 유지하여 복합 결정(crystal composite) 성장에 최적화되어 있습니다.
로킹 가열 사이클이 완료되면,
특수 설계된 퀜칭(quenching, 급냉) 시스템이 작동하여
결정 시편을 냉각 매질 속의 설정된 깊이로 빠르게 이동시켜
신속하고 제어된 냉각이 이루어지도록 합니다.
주요 사양 :
- 최대 온도: 1300°C (공기 분위기)
- 가열 튜브: 50″ (=1,270mm) 길이 멀라이트 세라믹 튜브
- 로킹 기능: 90° 지속 로테이션
- 퀜칭(급냉) 시스템 포함
- +/-1°C 핫존 균일성
용융물 조성 균일화, 편석 저감, 복합 구조 성장에 특화된 모델 입니다.
1.Crystal Growth Furnace – 단결정 성장로 – 이미지
Czochralski / Bridgman / Stepanov 각 성장 방식 선택에 따라 적합한 고온진공로 구조를 선택하여 사용.
2.Crystal Growth Arc Melt Furnace TA-200 — 소형 아크용해로 단결정 성장 – 이미지
3.Crystal Growth Arc Melt Furnace ABJ-900-3 — 대형 아크용해로 단결정 성장 – 이미지
4.Crystal Growth Tube Furnace — 로킹 튜브타입 복합 결정 성장로 – 이미지
한미산업
1999년 개업 이후, 지난 30여년간
- 미.일.유럽 소재, Tribology(마찰/마모/윤활/CMP 연마), 스크래치, 고온 경도계, 베어링 시험기, 관련 유명 제조공급사인 BRUKER, PHOENIX Tribology, TABER, SHINTO Heidon, INNOWEP, AMTEC, TRICO사.
- 열분석기 관련 스위스 KEP 그룹의 SETARAM SETSAFE SETSMARMT, 일본 ENEOS MATERIALS사의 수지 열경화 시험기 등
최첨단 장비들을 국내에 소개 및 판매 기술 지원하여 왔으며, 또한 이기술을 바탕으로 일부 품목 제조를 통하여 국산화에도 노력하여 왔습니다. 앞으로도 더욱 노력하여 국내 기술 발전에 이바지 하도록 하겠습니다.
상호: 한미산업
대표: 최동하
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