질화규소란?

질화규소(Si3N4)첨단 고온 구조용 세라믹 개발의 핵심 소재입니다. 고온 저항성, 내마모성, 저밀도, 고강도, 경도 등 탁월한 특성으로 잘 알려진 이 소재는 "재료 세계의 다재다능한 챔피언"이라는 명성을 얻었습니다. 이러한 독특한 특성으로 인해 질화 규소 세라믹은 기계 공학, 항공 우주, 국방, 반도체 기술, 심지어 생체 의학 응용 분야를 포함한 다양한 첨단 분야에서 없어서는 안될 필수 요소가 되었습니다.

질화규소Si-N 사면체 단위로 구성된 무기, 비금속 화합물로, 원자 사이의 강한 공유 결합을 특징으로 합니다. 실리콘과 질소 원자 사이의 높은 결합 강도는 Si3N4에 우수한 경도와 우수한 내마모성을 포함한 뛰어난 기계적 특성을 제공합니다. 세라믹은 강한 굽힘 및 압축 저항성을 보여 까다로운 환경에서도 내구성이 뛰어납니다. 그러나 질화규소에 강도를 부여하는 동일한 강력한 공유 결합으로 인해 소성 변형이 제한됩니다. 이는 결정 구조에 슬립 시스템이 거의 없음을 의미합니다. 이는 질화규소에 취성 특성을 부여하여 응력 하에서 파손되기 쉽습니다.

의 주요 장점 중 하나는질화규소이는 질화 규소 사면체 단위로 형성된 공간 네트워크 구조에서 비롯된 강력한 화학적 안정성입니다. 이로 인해 재료를 부식시킬 수 있는 불화수소산을 제외하고 대부분의 무기산과 염기에 대한 내성이 높아집니다. 이러한 화학적 견고성은 혹독한 화학적 환경에서도 신뢰성을 높여 중요한 산업 분야에서의 잠재적 응용 범위를 더욱 확대합니다.

실리콘 질화물 결정 구조

질화규소α상, β상, γ상이라는 세 가지 다른 결정 구조로 존재합니다. 이들 중에서 α 및 β 상은 가장 일반적으로 관찰되고 사용되는 Si3N4 형태이며, 둘 다 육방정계 결정계에 속합니다. 이러한 상의 안정적인 네트워크 구조는 질화규소 세라믹을 다양한 응용 분야에 이상적으로 만드는 탁월한 기계적 및 열적 특성을 담당합니다.

β상(β-Si3N4)은 고온 및 내화학성에서 탁월한 성능을 발휘하므로 엔지니어링 응용 분야에서 특히 중요합니다. 항공우주, 국방, 기계공학 등 산업에서 가장 널리 사용되는 결정 형태입니다. 예를 들어, β-Si3N4는 고성능 세라믹 엔진 부품, 가스터빈용 로터 및 고정자, 기계적 밀봉 링 제조에 사용되며, 자기 윤활 특성과 극한 조건에서의 높은 내구성이 높이 평가됩니다.

대조적으로, γ상(γ-Si3N4)은 고온 및 고압 조건에서만 합성될 수 있는 훨씬 덜 일반적인 형태의 질화규소입니다. 결과적으로 질화규소 구조에 대한 연구는 주로 α 및 β 상에 집중되어 왔습니다.

높은 열전도율실리콘 질화물 세라믹 기판

전자산업이 체계화, 지능화, 통합화를 향해 계속 진화함에 따라 반도체 장치에 대한 수요도 급속히 증가하고 있습니다. 전자 칩에 대한 입력 전력이 증가하고 회로의 밀도가 높아짐에 따라 작동 중 발생하는 열이 심각한 문제가 되고 있습니다. 효율적인 방열은 반도체 장치의 전반적인 성능과 효율을 향상시키는 데 중요한 요소가 되었으며, 여기서 질화규소가 중요한 역할을 합니다.

질화규소의 높은 이론적 열 전도성은 우수한 전기 절연성 및 내산화성과 결합되어 고전력 전자 패키징 기판에 이상적인 소재입니다. 또한 열팽창 계수는 반도체 칩에 사용되는 재료의 열팽창 계수와 거의 일치하여 구조적 무결성을 보장하고 작동 중 열 응력을 최소화합니다. 이러한 특성을 통해 고속 회로, IGBT(절연 게이트 양극 트랜지스터), LG(라이트 가이드) 및 CPV(집중 광전지) 시스템과 같은 응용 분야에서 방열을 위한 고성능 기판을 생산할 수 있습니다.

열을 효과적으로 발산하는 동시에 전기 절연성과 기계적 안정성을 유지하는 질화규소의 능력은 대량의 전력을 처리하는 장치에 필수적입니다. 이러한 분야에서의 탁월한 성능은 전력 반도체의 안정적인 작동을 보장할 뿐만 아니라 현대 전자 시스템의 소형화 및 효율성에도 기여합니다.

결론

요약하면, 질화규소는 강도, 내열성, 화학적 안정성 및 열 전도성의 독특한 조합으로 인해 다양한 고성능 응용 분야에서 없어서는 안 될 소재입니다. 내구성이 뛰어난 고온 부품 제조를 위한 항공우주 및 방위 산업의 사용부터 고전력 반도체 장치의 열 방출 문제 해결에 이르기까지 질화규소는 현대 기술 발전에 있어 계속해서 중요한 역할을 하고 있습니다. 연구가 계속해서 특성과 잠재력을 탐구함에 따라 질화규소는 첨단 소재 세계에서 선두주자로 남을 준비가 되어 있습니다.

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