탄화규소(SiC) 개발 및 응용
1. SiC 혁신의 100년
탄화규소(SiC)의 여정은 Edward Goodrich Acheson이 석영과 탄소의 전기적 가열을 통해 SiC의 산업적 생산을 달성하기 위해 탄소 재료를 사용하는 Acheson 용광로를 설계한 1893년에 시작되었습니다. 이 발명은 SiC 산업화의 시작을 알리고 Acheson은 특허를 획득했습니다.
20세기 초 SiC는 뛰어난 경도와 내마모성으로 인해 주로 연마재로 사용되었습니다. 20세기 중반에는 화학기상증착(CVD) 기술의 발전으로 새로운 가능성이 열렸습니다. Rustum Roy가 이끄는 Bell Labs의 연구원들은 CVD SiC의 토대를 마련하여 흑연 표면에 최초의 SiC 코팅을 달성했습니다.
1970년대에 Union Carbide Corporation이 질화갈륨(GaN) 반도체 재료의 에피택셜 성장에 SiC 코팅 흑연을 적용하면서 획기적인 발전을 이루었습니다. 이러한 발전은 고성능 GaN 기반 LED 및 레이저 분야에서 중추적인 역할을 했습니다. 지난 수십 년 동안 SiC 코팅은 제조 기술의 발전 덕분에 반도체를 넘어 항공우주, 자동차, 전력 전자 분야의 응용 분야로 확장되었습니다.
오늘날 열 분사, PVD, 나노기술과 같은 혁신은 SiC 코팅의 성능과 적용을 더욱 향상시켜 최첨단 분야에서의 잠재력을 보여주고 있습니다.
2. SiC의 결정 구조 및 용도 이해
SiC는 원자 배열에 따라 입방체(3C), 육각형(H) 및 능면체(R) 구조로 분류된 200개 이상의 다형을 자랑합니다. 이 중 4H-SiC와 6H-SiC는 각각 고전력 소자와 광전자소자에 널리 사용되고 있으며, β-SiC는 우수한 열전도도, 내마모성, 내식성으로 평가된다.
β-SiC열전도율과 같은 독특한 특성120-200W/m·K흑연과 열팽창 계수가 거의 일치하므로 웨이퍼 에피택시 장비의 표면 코팅에 선호되는 소재입니다.
3. SiC 코팅: 특성 및 제조 기술
일반적으로 β-SiC인 SiC 코팅은 경도, 내마모성 및 열 안정성과 같은 표면 특성을 향상시키기 위해 널리 적용됩니다. 일반적인 준비 방법은 다음과 같습니다.
- 화학 기상 증착(CVD):우수한 접착력과 균일성을 갖춘 고품질 코팅을 제공하며 크고 복잡한 기판에 이상적입니다.
- 물리적 기상 증착(PVD):고정밀 응용 분야에 적합한 코팅 구성을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
- 스프레이 기술, 전기화학적 증착 및 슬러리 코팅: 접착력과 균일성에 대한 다양한 제한이 있지만 특정 용도에 대한 비용 효율적인 대안으로 사용됩니다.
각 방법은 기판 특성 및 적용 요구 사항에 따라 선택됩니다.
4. MOCVD의 SiC 코팅 흑연 서셉터
SiC 코팅 흑연 서셉터는 반도체 및 광전자 재료 제조의 핵심 공정인 MOCVD(금속 유기 화학 기상 증착)에 없어서는 안 될 요소입니다.
이러한 서셉터는 에피택셜 필름 성장을 강력하게 지원하여 열 안정성을 보장하고 불순물 오염을 줄입니다. SiC 코팅은 또한 내산화성, 표면 특성 및 인터페이스 품질을 향상시켜 필름 성장 중 정밀한 제어를 가능하게 합니다.
5. 미래를 향한 전진
최근 몇 년 동안 SiC 코팅 흑연 기판의 생산 공정을 개선하기 위해 상당한 노력이 기울여졌습니다. 연구원들은 비용을 절감하면서 코팅 순도, 균일성, 수명을 향상시키는 데 주력하고 있습니다. 또한, 다음과 같은 혁신적인 소재를 탐구합니다.탄탈륨 카바이드(TaC) 코팅열 전도성과 내부식성의 잠재적인 개선을 제공하여 차세대 솔루션의 길을 열어줍니다.
SiC 코팅 흑연 서셉터에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 지능형 제조 및 산업 규모 생산의 발전은 반도체 및 광전자 산업의 진화하는 요구 사항을 충족하는 고품질 제품 개발을 더욱 지원하게 될 것입니다.
게시 시간: 2023년 11월 24일