Marangoni Convection Effects on Crystal Growth

결정 성장에서 Marangoni 대류의 영향

When a crystal is grown by FZ process, the melt zone is located at between the solid of upper and lower side and is kept by the solid-liquid interface tension. On the surface of the melt zone, a surface tension gradient is occured by the difference of temperature and solute concentration, it is the driving force of marangoni flow. The crystal even in the steady state growth can become imperfect for the dislocation distribution and the solute concentration in the peripheral region of the crystal are higher than those in the inner part and the probability of the formation of the defects such as voids, bubble penetration, secondary phase creation and crack is high near the solid-liquid interface. This is because the solid -liquid interface becomes irregular because of the local variation of temperature in that region due to marangoni convection.

FZ법에 의한 결정성장에 있어서 용융대는 고액 계면의 장력에 의해 유지되고 상.하부의 고체봉 사이에 위치하고 있다. 따라서, 용융대의 표면에서는 온도와 농도 차이에 의해 표면장력의 구배가 발생하고 있는 marangoni 대류의 구동력으로 작용한다. 본 연구에서 정상상태의 결정성장시는 결정의 가장자리 영역에서의 Solute 농도는 결정내부 보다도 높아지게 되고 전위의 분포도 불규칙하여 지며, void나 기포 침투, Secondary phase의 생성 및 미소균열등의 결함 발생 확률이 계면부근에서 높아지는 결과를 알 수 있었다. 이는 고액성장 계면이 marangoni 대류에 의하여 이 영역에서 온도의 국부적인 변동에 의해 불규칙하여 지게 되기 때문이라 사료된다.