책 소개
21세기 현대사회가 정보사회로의 발전이 더욱 가속화됨으로써 기존의 반도체로는 지금 현재 요구되는 다양한 조건을 충족할 수 없게 되었다. 또한 에너지 고갈 및 지구 환경 문제의 심각화에 에너지 절약과 자원 절약 효과가 우수한 기술의 개발을 통하여 그린에너지 기술로의 전환이 필요한 상황에 도달하였다. 이런 이유로 저탄소 녹색 성장 전략으로 에너지 소비 증가율을 감소시키고 환경오염의 주범인 화석연료의 사용을 억제하기 위하여 에너지사용 기기·시스템의 고효율화, 고성능 제어장치 개발을 통한 에너지 절약 방법을 필요로 하고 있다. ...
책 소개
21세기 현대사회가 정보사회로의 발전이 더욱 가속화됨으로써 기존의 반도체로는 지금 현재 요구되는 다양한 조건을 충족할 수 없게 되었다. 또한 에너지 고갈 및 지구 환경 문제의 심각화에 에너지 절약과 자원 절약 효과가 우수한 기술의 개발을 통하여 그린에너지 기술로의 전환이 필요한 상황에 도달하였다. 이런 이유로 저탄소 녹색 성장 전략으로 에너지 소비 증가율을 감소시키고 환경오염의 주범인 화석연료의 사용을 억제하기 위하여 에너지사용 기기·시스템의 고효율화, 고성능 제어장치 개발을 통한 에너지 절약 방법을 필요로 하고 있다. 이를 위하여 소재 관련 연구 분야에서도 기본보다 더 가혹한 환경에서의 기능안정화와 신뢰성이 우수한 새로운 소재의 개발이 요구되고 있다.
이러한 상황에서 현재 많은 반도체 분야를 차지하고 있는 실리콘의 경우 SOI(Silicon on Insulator)기술이 이를 뒷받침하고 있지만 실리콘 반도체의 열적 특성의 한계와 SOI의 방열특성 및 고밀도 절연특성의 한계 등으로 시스템 IC의 초고집적화 및 초고속화 등에 따른 고밀도 발열 문제를 궁극적으로 해결할 수 없다. 또한, Sub-system들 간의 isolation문제는 근본적인 초고집적화의 장애로 대두되고 있다. 이러한 물리적인 한계의 문제를 해결하기 위해 광역 에너지 금지대역을 갖는 새로운 반도체 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 맞는 차세대 반도체 소자 재료로서 SiC, GaN, AlN, ZnO 등의 광대역 반도체 재료가 많이 연구되고 있으나 잉곳성장의 어려움 등으로 인하여 잉곳성장 기술이 확보되어 있어 기판으로 생산성이 뛰어난 것은 SiC 밖에 없으며, 고내열, 고열전도, 고내전압특성을 고루 갖춘 탄화규소(Silicon Carbide) 반도체가 21세기를 이끌 대안으로 주목 받고 있는 실정이다.
본문 요약
SiC는 Si와 C의 화합물로 공유결합과 부분적 이온결합으로 이루어진 인공화합물로 1824년 Jons Jakob Berzelius에 의해 처음으로 규소(Silicon)와 탄소(Carbon) 화학결합물이 존재한다는 것이 제안 되었다. 이후 Despretz(1849), Marsden(1880), Colson(1882)에 의해 비체계적인 SiC 합성법들은 보고되어 졌으며 큰 규모의 상업적 생산은 Edward G. Acheson에 의해 만들어졌다.
Edward G. Acheson은 1891년에 SiC Powder를 만드는 방법(Acheson Process)을 고안하여 1893년 특허를 받은 뒤 이를 양산하기 위하여 Carborundum Co.를 설립하였다. 예전에는 SiC라는 용어대신 Carborundum으로 많이 사용되었는데 이 어원은 Corundum(Alumina)용액에 Carbon을 용해시키던 중 단단하고 검푸른 단결정을 합성하여 Carbon과 Corundum의 합성이라 하여 Carborundum이라 부르게 되었다.
Carborundum은 다른 강한 물질에 비해 모스경도 ‘9’의 세기를 가진 성질로 인해 초기에는 SiC는 연마제로 사용이 되었다. 이후 1905년 Ferdinand H. Moissan은 Arizona 주의 Diablo Canyon에서 운석에 포함되어 있는 미량의 SiC 분말을 발견하고 SiC가 자연에 존재하고 있다는 것을 처음으로 제시하였다. 그리고 이로부터 광석형태의 SiC를 Moissanite라 불렀다. 현재 Moissanite라고 불리는 것은 세계에서 팔리고 있는 SiC로 된 보석을 지칭하는 말로 유명하다.
SiC는 1970년대에 미국 G.E.의 Prochazka에 의해 boron 및 carbon의 첨가로 상압소결 이 처음 성공한 이래로 고온강도가 높고, 내마모성, 내산화성, 내식성, 크립저항성 등의 특성이 우수하여 고온 구조재료로서 주목을 받는 재료이며, 현재 \"메카니컬 씰\", \"베어링\", \"각종 노즐\", \"고온 절삭공구\", \"내화판\", \"연마재\", \"제강시 환원재\", \"피뢰기\" 등에 광범위하게 사용되고 있는 소재이다. 또한 7N급으로 제조된 초고순도 탄화규소 소재는 전기자동차, 하이브리드카 등의 전력소자, 태양광소자의 에너지 변환소자, 에너지 절약이 요구되는 다양한 전자제품 용 전력소자, LED/LD소자 및 고주파 소자를 위한 기판으로 사용이 확대 될 것으로 기대되며 초고순도 SiC 소재 적용에 따른 기판 결함 감소로 인해 소자의 고품질화 및 고효율화에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
해외의 SiC 분말 업체들도 최근 독자적으로 고순도화 기술 개발을 진행하고 있는 것으로 알려져 있다. SiC 분말의 고순도화는 전통적으로 Acheson분말의 산처리를 통한 기술 개발이 진행되었으며, 대표적으로 Lutch ceramic사에서 상용화한 방법인 고온에서 HCl가스를 사용하는 공법과 Toshiba ceramics사에서 개발한 Halogen가스를 사용하여 고온 정제하는 공법이 있다. 그리고 일본의 Pacific Rundum을 필두로 저온에서 산용액과 반응시켜 불순물을 용출시키고 순수(purified water)로 세정하는 방법으로 기술 개발하는 그룹니다 있다. 그러나 이와 같은 후처리 공정을 분말의 표면 불순물만 제거하고 내부에 존재하는 불순물은 그대로 남아 있기 때문에 초고순도 탄화규소 분말제조에는 적합하지 않다하여 일가에서는 고순도 원재료를 이용한 분말의 합성을 통해 초고순도 불말 개발을 진행하고자 각고의 노력을 하고 있다.
Bridgestone사는 에틸실리케이트(ethylsilicate)와 같은 알콕사이(alkoxide)와 Phenolic resin을 이용하여 6N급의 고순도 탄화규소 분말을 합성, 단결정 및 반도체 부품용 소결체 제조에 적용하고 있음은 국내에 많이 알려진 사항이다. 최근 아쉽게도 탄화규소 단결정 개발은 종료하였으나 고순도 고품질의 반도체부품 사업에 그 역량을 집중하고 있다. 이 외에도 일본의 태평양 런덤(Pacific Rundum)은 Gas상의 원재료를 이용하여 CVD공정으로 6N급의 초고순도 탄화규소분말을 개발한 것으로 알려져 있으나, 대량 양산체제로 진입하지는 못하고 있는 상황이다. 최근에는 일본의 야쿠시마 덴코(Yakusima Denko)가 AIST(National Institue of Advanced Industrial Science and Technology)와 공동개발을 통하여 단결정용 초고순도 분말을 개발하였다고 알려져 있다.
그 외 Caborundum사(미국)에서 5N급 SiC 분말을 생산 중이며 초고순도 SiC 제품을 생산하고 있는 일본회사(스미토모, 이비덴, 아사이 글라스, Bridgestone, 소화전공 등)에서는 초고순도 SiC 분말을 자체 생산 또는 위탁 생산하여 전량 자사 제품 제조에 사용하고 있다. 특히 Bridgestone사는 1984년부터 기술개발 투자를 시작하여 1995년경에 6N급의 SiC 분말 제조기술 개발을 완료하였으며 현재 양산화 기술을 개발 중이다.

Epilogue1
I. 탄화규소 개요 및 기술동향 2

1. 탄화규소 개요 및 기술동향 3
1.1 탄화규소의 역사 및 개념 3
1.2 구조적 특성 및 물성5
2. 탄화규소 분말 7
2.1 SiC 분말제조 방법 7
2.2 초고순도 SiC 분말 기술개발 동향 및 현황11
2.3 초구순도 SiC 분말 특허출원 동향 13
3. SiC 소결체16
3.1 SiC 소결체 제조방법17
3.2 SiC 소결체 제조법 기술개발 동향 24
3.3 초고순도 SiC 소결체 제조사별 특허 현황27
4. SiC 단결정31
4.1 SiC 단결정 성장법31
4.2 SiC 단결정 기술 개발 동향 및 현황 38
4.3 SiC 단결정 성장기술별 연구 동향 41
4.4 β-SiC 분말을 사용한 SiC 단결정 성장기술 동향 42
II. 탄화규소의 응용분야와 시장동향45

1. 탄화규소 반도체 46
2. 반도체 제조공정용 부품 분야 53
3. 탄화규소 전지 분야 61
4. 탄화규소의 기술개발 동향 (전기전도성 탄화규소 세라믹스 개발) 66
5. 기술동향67
6. SiC 소재의 응용분야 전망 70
III. 탄화규소 특허 현황 및 분석 73

1. 탄화규소 관련 특허 현황74
2. 탄화규소 관련 국내 기술 및 특허76
3. 국외 특허 84

Epilogue86
참고문헌88