탄화규소의 간략한 역사와 탄화규소 코팅의 응용

1. SiC 개발

1893년 SiC의 발견자인 에드워드 굿리치 애치슨(Edward Goodrich Acheson)은 석영과 탄소의 혼합물을 전기적으로 가열하여 탄화규소의 산업적 생산을 시작하기 위해 탄소 재료를 사용하여 애치슨로(Acheson Furnace)로 알려진 저항로를 설계했습니다. 그는 이후 이 발명품에 대해 특허를 출원했습니다.

20세기 초반부터 중반까지 뛰어난 경도와 내마모성으로 인해 탄화규소는 주로 연삭 및 절삭 공구의 연마제로 사용되었습니다.

1950년대와 1960년대에 들어와서화학기상증착(CVD) 기술, 미국 Bell Labs의 Rustum Roy와 같은 과학자들은 CVD SiC 기술에 대한 연구를 개척했습니다. 그들은 SiC 기상 증착 공정을 개발하고 그 특성과 응용 분야에 대한 예비 조사를 수행하여 최초의 SiC 증착을 달성했습니다.흑연 표면의 SiC 코팅. 이 연구는 SiC 코팅 재료의 CVD 준비를 위한 중요한 기반을 마련했습니다.

1963년 Bell Labs 연구원인 Howard Wachtel과 Joseph Wells는 SiC 및 기타 세라믹 코팅 재료에 대한 화학 기상 증착 기술 개발에 중점을 두고 CVD Incorporated를 설립했습니다. 1974년에 그들은 최초의 산업 생산을 달성했습니다.탄화규소 코팅 흑연 제품. 이 이정표는 흑연 표면의 탄화규소 코팅 기술이 크게 발전하여 반도체, 광학, 항공우주 등의 분야에 폭넓게 적용할 수 있는 길을 열었습니다.

1970년대 Union Carbide Corporation(현재 Dow Chemical의 전체 지분을 소유한 자회사)의 연구원들이 처음으로실리콘 카바이드 코팅 흑연 베이스질화갈륨(GaN)과 같은 반도체 재료의 에피택셜 성장에 사용됩니다. 이 기술은 고성능 제품을 제조하는 데 중요했습니다.GaN 기반 LED(발광다이오드)와 레이저를 활용해 후속사업의 초석 마련실리콘 카바이드 에피택시 기술반도체 분야에 탄화규소 소재를 적용하는 데 중요한 이정표가 되었습니다.

1980년대부터 21세기 초까지 제조 기술의 발전으로 인해 탄화규소 코팅의 산업적, 상업적 적용 범위가 항공우주에서 자동차, 전력전자, 반도체 장비 및 다양한 산업 부품에 이르기까지 부식 방지 코팅으로 확대되었습니다.

21세기 초부터 현재까지 열분사, PVD, 나노기술의 발전으로 새로운 코팅 준비 방법이 도입되었습니다. 연구원들은 재료 성능을 더욱 향상시키기 위해 나노 규모의 탄화규소 코팅을 탐색하고 개발하기 시작했습니다.

요약하면, 제조 기술은CVD 실리콘 카바이드 코팅지난 수십 년 동안 실험실 연구에서 산업 응용 분야로 전환하여 지속적인 발전과 혁신을 이루었습니다.

2. SiC 결정구조 및 응용분야

탄화규소는 200개 이상의 다형을 갖고 있으며 주로 탄소와 규소 원자의 적층 배열에 따라 입방체(3C), 육각형(H) 및 능면체 ®의 세 가지 주요 그룹으로 분류됩니다. 일반적인 예로는 2H-SiC, 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC 및 15R-SiC가 있습니다. 이들은 크게 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있습니다.

그림 1: 탄화규소의 결정 구조

α-SiC:이는 고온에서 안정된 구조이며 자연에서 발견되는 본래의 구조 형태이다.

β-SiC:이는 약 1450°C에서 실리콘과 탄소가 반응하여 형성될 수 있는 저온 안정 구조입니다. β-SiC는 2100~2400°C의 온도에서 α-SiC로 변형될 수 있습니다.

다양한 SiC 폴리타입은 다양한 용도로 사용됩니다. 예를 들어 α-SiC의 4H-SiC는 고전력 소자 제조에 적합한 반면, 6H-SiC는 가장 안정적인 유형으로 광전자 소자에 사용됩니다. β-SiC는 RF 소자에 사용되는 것 외에도 고온, 고마모, 고부식성 환경에서 보호 기능을 제공하는 박막 및 코팅 소재로도 중요합니다. β-SiC는 α-SiC에 비해 몇 가지 장점이 있습니다.

(1)열전도율 범위는 120~200W/m·K이며, 이는 α-SiC의 100~140W/m·K보다 훨씬 높습니다.

(2) β-SiC는 경도가 높고 내마모성이 우수합니다.

(3) 내식성 측면에서 α-SiC는 비산화성 및 약산성 환경에서 우수한 성능을 보이는 반면, β-SiC는 보다 공격적인 산화 및 강알칼리성 환경에서 안정성을 유지하여 더 넓은 범위의 화학적 환경에서 우수한 내식성을 나타냅니다. .

또한 β-SiC의 열팽창 계수는 흑연의 열팽창 계수와 거의 일치하므로 이러한 결합된 특성으로 인해 웨이퍼 에피택시 장비의 흑연 베이스 표면 코팅에 선호되는 재료입니다.

삼. SiC 코팅 및 제조 방법

(1) SiC 코팅

SiC 코팅은 β-SiC로 형성된 얇은 필름으로, 다양한 코팅이나 증착 공정을 통해 기판 표면에 적용됩니다. 이러한 코팅은 일반적으로 경도, 내마모성, 내식성, 내산화성 및 고온 성능을 향상시키는 데 사용됩니다. 탄화 규소 코팅은 세라믹, 금속, 유리 및 플라스틱과 같은 다양한 기판에 광범위하게 적용되며 항공 우주, 자동차 제조, 전자 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

그림 2: 흑연 표면의 SiC 코팅 단면 미세 구조

(2)  준비 방법

SiC 코팅을 제조하는 주요 방법에는 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 스프레이 기술, 전기화학 증착 및 슬러리 코팅 소결이 포함됩니다.

화학 기상 증착(CVD):

CVD는 탄화규소 코팅을 준비하는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나입니다. CVD 공정 중에 실리콘 및 탄소 함유 전구체 가스가 반응 챔버로 유입되어 고온에서 분해되어 실리콘 및 탄소 원자를 생성합니다. 이들 원자는 기판 표면에 흡착되어 반응하여 탄화규소 코팅을 형성합니다. 가스 유속, 증착 온도, 증착 압력 및 시간과 같은 주요 공정 매개변수를 제어함으로써 코팅의 두께, 화학양론, 입자 크기, 결정 구조 및 방향을 정밀하게 맞춤화하여 특정 응용 분야 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이 방법의 또 다른 장점은 우수한 접착력과 충전 능력으로 크고 복잡한 모양의 기판을 코팅하는 데 적합하다는 것입니다. 그러나 CVD 공정에 사용되는 전구체와 부산물은 가연성 및 부식성이 있어 생산에 위험을 초래하는 경우가 많습니다. 또한 원료 활용률이 상대적으로 낮고 준비 비용이 높습니다.

물리적 기상 증착(PVD):

PVD에는 고진공 하에서 열 증발 또는 마그네트론 스퍼터링과 같은 물리적 방법을 사용하여 고순도 탄화규소 재료를 기화시키고 이를 기판 표면에 응축시켜 박막을 형성하는 방법이 포함됩니다. 이 방법을 사용하면 코팅의 두께와 구성을 정밀하게 제어할 수 있어 절삭 공구 코팅, 세라믹 코팅, 광학 코팅 및 열 차단 코팅과 같은 고정밀 응용 분야에 적합한 조밀한 탄화규소 코팅을 생성할 수 있습니다. 그러나 복잡한 모양의 구성 요소, 특히 오목한 부분이나 음영 처리된 부분에 균일한 적용 범위를 달성하는 것은 어렵습니다. 또한, 코팅과 기판 사이의 접착력이 불충분할 수 있습니다. PVD 장비는 고가의 고진공 시스템과 정밀 제어 장비가 필요하기 때문에 비용이 많이 듭니다. 또한 증착속도가 느려 생산효율이 낮아 대규모 산업생산에 부적합하다.

스프레이 기술:

여기에는 액체 재료를 기판 표면에 분사하고 특정 온도에서 경화하여 코팅을 형성하는 작업이 포함됩니다. 이 방법은 간단하고 비용 효율적이지만 결과적으로 생성된 코팅은 일반적으로 기판에 대한 접착력이 약하고 균일성이 떨어지며 코팅이 더 얇아지고 산화 저항이 낮아 성능을 향상시키기 위해 보완적인 방법이 필요한 경우가 많습니다.

전기화학적 증착:

이 기술은 전기화학 반응을 사용하여 용액의 탄화규소를 기판 표면에 증착합니다. 전극 전위와 전구체 용액의 조성을 제어함으로써 균일한 코팅 성장을 달성할 수 있습니다. 이 방법으로 제조된 탄화규소 코팅은 화학/생물학적 센서, 광전지 장치, 리튬 이온 배터리용 전극 재료, 부식 방지 코팅과 같은 특정 분야에 적용 가능합니다.

슬러리 코팅 및 소결:

이 방법은 코팅재와 바인더를 혼합하여 슬러리를 생성하고 이를 기판 표면에 균일하게 도포하는 방법입니다. 건조 후, 코팅된 공작물은 불활성 분위기에서 고온으로 소결되어 원하는 코팅을 형성합니다. 조작이 간단하고 용이하며 코팅 두께를 조절할 수 있다는 장점이 있지만 코팅과 기판 사이의 접착력이 약한 경우가 많습니다. 또한 코팅은 열충격 저항성이 낮고 균일성이 낮으며 공정이 일관되지 않아 대량 생산에 적합하지 않습니다.

전반적으로, 적절한 탄화규소 코팅 준비 방법을 선택하려면 적용 시나리오에 따른 성능 요구 사항, 기판 특성 및 비용을 포괄적으로 고려해야 합니다.

4. SiC 코팅 흑연 서셉터

SiC 코팅 흑연 서셉터는MOCVD(금속 유기 화학 기상 증착) 공정, 반도체, 광전자 공학 및 기타 재료 과학 분야에서 박막 및 코팅을 준비하는 데 널리 사용되는 기술입니다.

그림 3

5. MOCVD 장비에서 SiC 코팅 흑연 기판의 기능

SiC 코팅 흑연 기판은 반도체, 광전자 공학 및 기타 재료 과학 분야에서 박막 및 코팅을 준비하는 데 널리 사용되는 기술인 MOCVD(금속 유기 화학 기상 증착) 공정에서 매우 중요합니다.

그림 4: Semicorex CVD 장비

지원 항공사:MOCVD에서 반도체 재료는 웨이퍼 기판 표면에서 층별로 성장하여 특정 특성과 구조를 가진 박막을 형성할 수 있습니다.SiC 코팅 흑연 캐리어강력하고 안정적인 플랫폼을 제공하는 지원 캐리어 역할을 합니다.에피택시반도체박막의. SiC 코팅의 탁월한 열 안정성과 화학적 불활성은 고온 환경에서 기판의 안정성을 유지하고 부식성 가스와의 반응을 줄이며 성장된 반도체 필름의 고순도 및 일관된 특성과 구조를 보장합니다. 예를 들어 MOCVD 장비의 GaN 에피택셜 성장을 위한 SiC 코팅 흑연 기판, 단결정 실리콘 에피택셜 성장을 위한 SiC 코팅 흑연 기판(평면 기판, 원형 기판, 3차원 기판), SiC 코팅 흑연 기판SiC 에피택셜 성장.

열 안정성 및 산화 저항:MOCVD 공정에는 고온 반응과 산화 가스가 포함될 수 있습니다. SiC 코팅은 흑연 기판에 추가적인 열 안정성과 산화 방지 기능을 제공하여 고온 환경에서 고장이나 산화를 방지합니다. 이는 박막 성장의 일관성을 제어하고 유지하는 데 중요합니다.

재료 인터페이스 및 표면 특성 제어:SiC 코팅은 필름과 기판 사이의 상호 작용에 영향을 주어 성장 모드, 격자 매칭 및 인터페이스 품질에 영향을 줄 수 있습니다. SiC 코팅의 특성을 조정하면 보다 정밀한 재료 성장과 인터페이스 제어가 가능해지며 성능이 향상됩니다.에피택셜 필름.

불순물 오염 감소:SiC 코팅의 고순도는 흑연 기판의 불순물 오염을 최소화하여 다음을 보장합니다.성장된 에피택셜 필름요구되는 높은 순도를 가지고 있습니다. 이는 반도체 장치의 성능과 신뢰성에 매우 중요합니다.

그림 5: SemicorexSiC 코팅 흑연 수용체Epitaxy의 웨이퍼 캐리어

요약하자면,SiC 코팅 흑연 기판MOCVD 공정에서 더 나은 염기 지지, 열 안정성 및 인터페이스 제어를 제공하여 고품질의 성장 및 준비를 촉진합니다.에피택셜 필름.

6. 결론 및 전망

현재 중국의 연구 기관은 생산 공정 개선에 전념하고 있습니다.실리콘 카바이드 코팅 흑연 서셉터, 코팅 순도와 균일성을 향상시키고, SiC 코팅의 품질과 수명을 늘리는 동시에 생산 비용을 절감합니다. 동시에 그들은 생산 효율성과 제품 품질을 향상시키기 위해 탄화규소 코팅 흑연 기판의 지능형 제조 공정을 달성하는 방법을 모색하고 있습니다. 업계는 산업화를 위해 투자를 늘리고 있다.실리콘 카바이드 코팅 흑연 기판, 시장 수요를 충족시키기 위해 생산 규모와 제품 품질을 향상시킵니다. 최근 연구기관 및 업계에서는 코팅 응용 등 새로운 코팅 기술을 적극적으로 모색하고 있습니다.흑연 서셉터의 TaC 코팅, 열전도율과 내식성을 향상시킵니다.**

Semicorex는 CVD SiC 코팅 재료를 위한 고품질 부품을 제공합니다. 문의사항이 있거나 추가 세부정보가 필요한 경우, 주저하지 마시고 연락주시기 바랍니다.

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