KR101440601B1 - 탄화규소 제조 장치 및 탄화규소 제조 방법 - Google Patents

Abstract

탄화규소 제조 장치는 탄화 실리콘(Si) 및 흑연(C)이 장입되는 도가니 및 상기 도가니의 외부 표면을 코일 형태로 둘러싸며, 상기 도가니에 고주파 전자기장을 인가하는 전자기장 인가 코일을 포함한다.

Description

탄화규소 제조 장치 및 탄화규소 제조 방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING SILICON CARBIDE AND METHOD FOR MANUFACTURING SILICON CARBIDE}

본 발명은 탄화규소 제조 장치 및 탄화규소 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 및 흑연을 이용해 탄화규소를 제조하는 탄화규소 제조 장치 및 탄화규소 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고순도 탄화규소를 제조하는 방법은 아래의 두 종류로 분류할 수 있다.

첫번째는, 탄화규소 분말을 만드는 방법이다. 이 방법은 고순도 실리콘을 함유하고 있는 폴리머를 고순도 탄소원을 이용하여 탄화하는 방법과 고순도 금속실리콘을 직접 고순도 고상 탄소와 반응시키는 직접 탄화법 등이 있다. 직접 탄화법은 고상 탄소와 실리콘을 실리콘 용융 온도 이하에서 직접 반응시켜 탄화규소 분말을 제조하는 방법으로서 초고순도 탄화규소를 입도 0.1~5mm 정도로 제조할 수 있는 방법으로 가장 널이 이용되고 있다.

두번째는, 탄화규소 소결체를 만드는 방법이다. 이 방법은 고순도 유기물 실리콘 소스와 고순도 유기물 탄소 소스를 혼합한 후 이를 열처리하여 초고순도 탄화규소를 만드는 방법이다.

이상과 같은 종래의 탄화규소 제조 방법은 고상간의 반응을 이용하는 것으로서 전체적인 반응 시간이 오래 걸려 전체적인 생산성이 저하된다.

본 발명의 일 실시예는, 전체적인 생산성이 향상된 탄화규소 제조 장치 및 탄화규소 제조 방법을 제공하고자 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은 실리콘(Si) 및 흑연(C)이 장입되는 도가니, 및 상기 도가니의 외부 표면을 코일 형태로 둘러싸며, 상기 도가니에 고주파 전자기장을 인가하는 전자기장 인가 코일을 포함하는 탄화규소 제조 장치를 제공한다.

상기 고주파 전자기장의 주파수는 100Hz 내지 100kHz일 수 있다.

상기 도가니는 질화규소로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 측면은 실리콘(Si) 및 흑연(C)을 도가니에 장입하는 단계, 상기 도가니에 제1 고주파 전자기장을 인가하여 상기 흑연을 가열해 상기 실리콘을 용해시켜 탄화규소를 생성하는 단계, 및 상기 도가니에 제2 고주파 전자기장을 인가하여 상기 탄화규소를 상기 도가니의 표면 측으로 이동시켜 상기 탄화규소를 회수하는 단계를 포함하는 탄화규소 제조 방법을 제공한다.

상기 제1 고주파 전자기장의 주파수는 100Hz 내지 100kHz이며, 상기 제2 고주파 전자기장의 주파수는 1kHz 내지 100kHz일 수 있다.

상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의하면, 전체적인 생산성이 향상된 탄화규소 제조 장치 및 탄화규소 제조 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄화규소 제조 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄화규소 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄화규소 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄화규소 제조 방법에 의해 제조된 탄화규소가 도가니의 표면 측으로 이동하는 원리를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄화규소 제조 장치를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄화규소 제조 장치는 실리콘(Si) 및 흑연(C)을 반응시켜 탄화규소를 제조하는 동시에, 제조된 탄화규소를 획득하며, 도가니(100) 및 전자기장 인가 코일(200)을 포함한다.

도가니(100)는 질화규소를 이루어져 있으며, 도가니(100)에는 고순도 실리콘(Si) 및 고순도 흑연(C)이 혼합되어 장입된다.

도가니(100)의 외부 표면에는 전자기장 인가 코일(200)이 코일 형태로 둘러싸여 있다.

전자기장 인가 코일(200)은 도가니(100)의 외부 표면을 코일 형태로 둘러싸며, 도가니(100)에 고주파 전자기장을 인가한다. 전자기장 인가 코일(200)에는 교류 전원이 공급될 수 있으며, 전자기장 인가 코일(200)에 교류 전원이 공급됨으로써, 전자기장 인가 코일(200)은 도가니(100)에 고주파 전자기장을 인가한다. 전자기장 인가 코일(200)이 도가니(100)에 인가하는 고주파 전자기장의 주파수는 100Hz 내지 100kHz일 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄화규소 제조 장치를 이용한 탄화규소 제조 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄화규소 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄화규소 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 도 2 및 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 실리콘(Si) 및 흑연(C)을 도가니(100)에 장입한다(S100).

구체적으로, 질화규소로 이루어진 도가니(100)에 고순도 실리콘(Si)과 고순도 흑연(C)을 혼합 적층하여 장입한다.

다음, 도 3의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 도가니(100)에 제1 고주파 전자기장을 인가하여 탄화규소(SiC)를 제조한다(S200).

구체적으로, 전자기장 인가 코일(200)에 전원을 공급하여 도가니(100)에 제1 고주파 전자기장을 인가하면 전도체인 흑연(C)이 가열되기 시작하면서 도가니(100) 내부의 전체 온도가 상승함으로써, 실리콘(Si)의 전기전도도도 높아지기 때문에, 실리콘(Si)이 자체적으로 가열되어 실리콘(Si)이 용해된다. 이때 흑연(C)과 용해된 실리콘(Si)이 반응하여 탄화규소(SiC)가 생성된다. 이때, 실리콘(Si)을 용해하기 위한 제1 고주파 전자기장의 주파수는 100Hz 내지 100kHz로 적절히 조절할 수 있다.

다음, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 도가니(100)에 제2 고주파 전자기장을 인가하여 탄화규소(SiC)를 회수한다(S300).

구체적으로, 도가니(100) 내부에 생성된 탄화규소(SiC) 입자의 비중은 실리콘(Si) 용탕보다 높으나 표면이 불규칙하고 점도가 있어 침강 속도가 매우 느리다. 이에, 인위적인 방법으로 탄화규소(SiC) 입자를 신속하게 이동시키기 위해 전자기장 인가 코일(200)에 교류 전원을 공급하여 도가니(100)에 제2 고주파 전자기장을 인가하여 탄화규소(SiC) 입자를 도가니(100)의 표면 측으로 이동시켜 탄화규소(SiC)를 회수한다. 이때, 탄화규소(SiC)를 도가니(100)의 표면 측으로 이동시키기 위한 제2 고주파 전자기장의 주파수는 1kHz 내지 100kHz로 적절히 조절할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 제2 고주파 전자기장에 의해 탄화규소(SiC)가 도가니(100)의 표면 측으로 이동되는 원리를 설명한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄화규소 제조 방법에 의해 제조된 탄화규소가 도가니의 표면 측으로 이동하는 원리를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전자기장 인가 코일(200)에 의해 도가니(100) 주위에 제2 고주파 전자기장이 인가되면, 도가니(100) 내부의 실리콘(Si) 용탕에 자장(B)이 유도되고 이 자장(B)에 의해 실리콘(Si) 용탕에 전류(J)가 유도된다. 유도된 자장(B)과 전류(J)에 의해 실리콘(Si) 용탕에 전자기력(F)이 도가니(100)의 표면 측으로부터 도가니(100)의 중심 측으로 작용하게 되고 전기전도도가 실리콘(Si) 용탕보다 작은 탄화규소(SiC)는 전자기력(F)에 의해 도가니(100)의 표면 측으로 이동하게 된다. 이런 원리로 인해 도가니(100)의 표면 측으로 이동된 고순도 탄화규소(SiC)를 회수할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄화규소 제조 장치를 이용한 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄화규소 제조 방법은 도가니(100)에 제1 고주파 전자기장을 인가하여 상기 흑연을 가열해 상기 실리콘을 용해시킴으로써 액상의 실리콘(Si) 용탕과 흑연(C)을 이용해 탄화규소(SiC)를 생성하고, 이어서 도가니(100)에 제2 고주파 전자기장을 인가하여 이전 공정에서 생성된 탄화규소(SiC)를 전자기력(F)을 이용해 도가니(100)의 표면 측으로 이동시켜 회수하기 때문에, 고상간의 반응을 이용하여 탄화규소를 제조하는 종래의 제조 방법 대비 전체적인 탄화규소의 생산성이 향상된다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

실리콘(Si), 흑연(C), 도가니(100), 전자기장 인가 코일(200)

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 실리콘(Si) 및 흑연(C)을 도가니에 장입하는 단계;
   상기 도가니에 제1 고주파 전자기장을 인가하여 상기 흑연을 가열해 상기 실리콘을 용해시켜 탄화규소를 생성하는 단계; 및
   상기 도가니에 제2 고주파 전자기장을 인가하여 상기 탄화규소를 상기 도가니의 표면 측으로 이동시켜 상기 탄화규소를 회수하는 단계
   를 포함하는 탄화규소 제조 방법.
5. 제4항에서,
   상기 제1 고주파 전자기장의 주파수는 100Hz 내지 100kHz이며,
   상기 제2 고주파 전자기장의 주파수는 1kHz 내지 100kHz인 탄화규소 제조 방법.

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