KR102092280B1 - Silicon carbide powder - Google Patents

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Abstract

탄화규소 분말에 관한 것이다.
탄화규소 분말은, 불순물 함유량이 1ppm 이하이고, 탄화규소 격자 내 탄소의 중량 비율이 30% 이하이다.
It relates to a silicon carbide powder.
The silicon carbide powder has an impurity content of 1 ppm or less, and a weight ratio of carbon in the silicon carbide lattice is 30% or less.

Description

탄화규소 분말{SILICON CARBIDE POWDER}Silicon carbide powder {SILICON CARBIDE POWDER}

본 발명은 탄화규소 분말에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 규소-리치 탄화규소 분말에 관한 것이다. The present invention relates to a silicon carbide powder, and more particularly, to a silicon-rich silicon carbide powder.

탄화규소(silicon carbide, SiC)는 물리, 화학적으로 안정하고, 내열성과 열전도성이 좋으며, 고온 안정성, 고온 강도 및 내마모성이 우수하다. 이에 따라 탄화규소는 산업체 구조용 재료로 널리 이용되고 있으며, 최근에는 반도체 소자에도 적용되고 있다. Silicon carbide (SiC) is physically and chemically stable, has good heat resistance and thermal conductivity, and has excellent high temperature stability, high temperature strength, and wear resistance. Accordingly, silicon carbide is widely used as a material for industrial structures, and recently, it is also applied to semiconductor devices.

탄화규소 분말은 규소원(Si source)과 탄소원(Carbon source)을 합성하여 제조되며, 에치슨(Acheson) 공법, 탄소열 환원법, CVD(Chemical Vapor Deposition) 공법 등에 의하여 제조될 수 있다. 이렇게 제조된 탄화규소 분말은 반도체 소자를 만들기 위한 단결정 성장에 이용될 수 있다. The silicon carbide powder is manufactured by synthesizing a silicon source and a carbon source, and can be produced by an Acheson method, a carbon heat reduction method, or a chemical vapor deposition (CVD) method. The thus prepared silicon carbide powder can be used for single crystal growth for making semiconductor devices.

단결정 성장 시, 탄화규소 분말을 이루는 탄소와 규소의 몰비(C/Si ratio)는 원하는 결정상(polytype)을 형성하는데 있어 중요한 요소로 작용한다. 특히, 규소 비율이 높은 규소-리치(carbon-rich) 탄화규소 분말은 6H-탄화규소 단결정을 성장하는데 있어 유리하다. When growing a single crystal, the molar ratio (C / Si ratio) of carbon and silicon constituting the silicon carbide powder acts as an important factor in forming a desired polytype. In particular, silicon-rich silicon carbide powder having a high silicon ratio is advantageous for growing 6H-silicon carbide single crystals.

또한, 규소-리치 탄화규소 분말을 이용하여 단결정을 성장시키는 경우, 탄소로 인한 결함(defect)을 억제하고 안정적인 화학양론계수(stoichiometry)를 형성하여 고품질이 단결정 성장이 가능하다. In addition, when a single crystal is grown using silicon-rich silicon carbide powder, high-quality single crystal growth is possible by suppressing defects caused by carbon and forming stable stoichiometry.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 규소-리치 탄화규소 분말을 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a silicon-rich silicon carbide powder.

본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소 분말은, 불순물 함유량이 1ppm 이하이고, 탄화규소 격자 내 탄소의 중량 비율이 30% 이하이다. The silicon carbide powder according to an embodiment of the present invention has an impurity content of 1 ppm or less, and a weight ratio of carbon in the silicon carbide lattice is 30% or less.

본 발명의 실시 예에 따르면, 규소 비율이 증가한 규소-리치 탄화규소 분말의 제조가 가능하다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a silicon-rich silicon carbide powder having an increased silicon ratio.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법을 도시한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing silicon carbide powder according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including ordinal numbers such as second and first may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the second component may be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. The term and / or includes a combination of a plurality of related described items or any one of a plurality of related described items.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof described herein, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or corresponding components are assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법을 도시한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing silicon carbide powder according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 먼저 규소원(Si source)과 탄소원(C source)을 혼합하는 혼합 공정을 진행한다(S100). Referring to FIG. 1, first, a mixing process of mixing a silicon source (Si source) and a carbon source (C source) is performed (S100).

상기 S100 단계에서, 혼합 시 규소원에 포함된 규소와 탄소원에 포함된 탄소의 몰 비는 1:1.5 내지 1:3.0일 수 있다. In the step S100, the molar ratio of silicon contained in the silicon source and carbon contained in the carbon source when mixing may be 1: 1.5 to 1: 3.0.

규소원은 규소 제공 물질을 의미한다. 규소원은, 예를 들면 건식 실리카(fumed silica), 실리카솔(silica sol), 실리카겔(silica gel), 미세 실리카(silica), 석영 분말 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있다.Silicon source means a material providing silicon. The silicon source may be, for example, one or more selected from the group consisting of fumed silica, silica sol, silica gel, fine silica, quartz powder, and mixtures thereof.

탄소원은 탄소 제공 물질을 의미한다. 탄소원은 액상의 탄소원, 고상의 탄소원, 또는 유기 탄소 화합물일 수 있다. 액상의 탄소원으로는 예를 들면, 페놀수지(phenol resin), 피치(pitch) 등이 사용될 수 있다. 고상의 탄소원으로는 예를 들면 흑연(graphite), 카본 블랙(carbon black), 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 풀러렌(fullerene) 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다. 탄소원으로 사용되는 유기 탄소 화합물은 페놀(phenol) 수지, 프랑(franc) 수지, 자일렌(xylene) 수지, 폴리이미드(polyimide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리초산비닐, 셀룰로오스(cellulose), 제당, 피치(pitch), 타르(tar) 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있다.Carbon source means a carbon-provided material. The carbon source may be a liquid carbon source, a solid carbon source, or an organic carbon compound. As a liquid carbon source, for example, phenol resin, pitch, or the like can be used. As the solid carbon source, for example, one or more selected from the group consisting of graphite, carbon black, carbon nano tube (CNT), fullerene, and mixtures thereof may be used. Organic carbon compounds used as a carbon source include phenol resin, franc resin, xylene resin, polyimide, polyurethane, polyvinyl alcohol, and polyacrylic. Nitrile (polyacrylonitrile), polyvinyl acetate (polyvinyl acetate), polyvinyl acetate, cellulose (cellulose), sugar, pitch (pitch), tar (tar) and may be one or more selected from the group consisting of mixtures thereof.

규소원과 탄소원은 용매를 이용한 습식 혼합 공정 또는 용매를 이용하지 않은 건식 혼합 공정에 의해 혼합될 수 있다. 예를 들면, 슈퍼 믹서(Sumper Mixer), 볼 밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill), 3롤 밀(3roll mill) 등을 이용하여 혼합될 수 있다. The silicon source and the carbon source can be mixed by a wet mixing process using a solvent or a dry mixing process without using a solvent. For example, it may be mixed using a super mixer (Sumper Mixer), a ball mill (ball mill), an attrition mill (attrition mill), a three roll mill (3roll mill), and the like.

다음으로, S100 단계를 통해 혼합된 분말을 회수하고, 혼합 분말을 고온 열처리하여 미립(fine grain)의 탄화규소 분말을 합성한다(S110). 여기서, 합성된 미립의 탄화규소 분말은 α상의 탄화규소 분말일 수 있다. Next, the powder mixed through the step S100 is recovered, and the mixed powder is heat-treated at a high temperature to synthesize fine grain silicon carbide powder (S110). Here, the synthesized particulate silicon carbide powder may be an α-phase silicon carbide powder.

상기 S110 단계에서, 혼합 분말을 열처리하는 과정은 탄화(carbonization) 공정 및 합성(synthesis) 공정으로 나뉠 수 있다. In the step S110, the process of heat treatment of the mixed powder may be divided into a carbonization process and a synthesis process.

탄화 공정은 이로 제한되는 것은 아니지만 예를 들어, 600°C 내지 1200°C의 온도 조건에서 소정 시간(예를 들어, 1시간 이상) 진행될 수 있다. The carbonization process is not limited thereto, but may be performed for a predetermined time (for example, 1 hour or more) at a temperature condition of, for example, 600 ° C to 1200 ° C.

합성 공정은 이로 제한되는 것은 아니지만 예를 들어, 1300°C 내지 1900°C의 온도 조건에서 소정 시간(예를 들어, 1시간 내지 3시간) 동안 진행될 수 있다. The synthesis process is not limited thereto, but may be performed for a predetermined time (for example, 1 hour to 3 hours) at a temperature condition of 1300 ° C to 1900 ° C.

또한, 합성 공정은 불활성 가스인 아르곤(Ar)과 함께 규소계 가스를 주입하면서 진행될 수 있다. 여기서, 규소계 가스는 SiH4 등 규소를 포함하는 가스를 나타낸다. In addition, the synthesis process may be performed while injecting a silicon-based gas together with an inert gas argon (Ar). Here, the silicon-based gas is SiH 4 And gas containing silicon.

이와 같이, 합성 공정 중 주입된 규소 가스는 분말 내 규소의 비율을 증가시켜 미립의 규소-리치(Si-rich) 탄화규소 분말을 합성하는 것이 가능하도록 한다. As such, the silicon gas injected during the synthesis process increases the proportion of silicon in the powder, thereby making it possible to synthesize fine silicon-rich silicon carbide powder.

다음으로, 상기 S110 단계를 통해 합성한 미립의 탄화규소 분말을 회수하여 입성장시킴으로써, 조립(coarse grain)의 탄화규소 분말을 제조한다(S120). Next, by recovering the particulate silicon carbide powder synthesized through the step S110 and grain growth, to prepare a coarse grain silicon carbide powder (S120).

상기 S120 단계에서, 입성장 공정은 이로 제한되는 것은 아니지만 1800°C 내지 2300°C에서 소정 시간(예를 들어, 1시간 내지 4시간) 행해질 수 있다. In the step S120, the grain growth process is not limited thereto, but may be performed at a predetermined time (eg, 1 hour to 4 hours) at 1800 ° C to 2300 ° C.

또한, 입성장 공정은 불활성 가스인 아르곤(Ar)과 함께 규소계 가스를 주입하면서 진행될 수 있다. 여기서, 규소계 가스는 SiH4 등 규소를 포함하는 가스를 나타낸다. In addition, the grain growth process may be performed while injecting a silicon-based gas together with argon (Ar), which is an inert gas. Here, the silicon-based gas is SiH 4 And gas containing silicon.

이와 같이, 입성장 공정 중 주입된 규소 가스는 분말 내 규소의 비율을 증가시켜 조립의 규소-리치 탄화규소 분말을 합성하는 것이 가능하도록 한다.As such, the silicon gas injected during the grain growth process increases the proportion of silicon in the powder to make it possible to synthesize granulated silicon-rich silicon carbide powder.

본 발명의 일 실시 예에 따라 제조되는 조립의 탄화규소 분말은 탄화규소 격자 내 탄소 중량의 비율이 30wt(중량)% 이하일 수 있다. 또한, 분말 내 불순물 함유량은 1ppm 이하이며, 분말 내 잔류 규소의 함유량이 200ppm이하일 수 있다. 또한, 입도(D50)가 0.5㎛ 내지 10.0㎛ 이거나, 100㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 또한, 산포(D90/D10)가 2 내지 5일 수 있다.
The silicon carbide powder of the granules manufactured according to an embodiment of the present invention may have a ratio of carbon weight in the silicon carbide lattice of 30 wt (wt)% or less. Further, the impurity content in the powder may be 1 ppm or less, and the content of residual silicon in the powder may be 200 ppm or less. In addition, the particle size (D 50 ) may be 0.5 μm to 10.0 μm, or 100 μm to 500 μm. In addition, the dispersion (D 90 / D 10 ) may be 2 to 5.

이하, 실험 예를 통하여 본 발명의 실시 예를 좀더 상세하게 설명한다. 실험 예는 본 발명의 실시 예를 좀더 명확하게 설명하기 위하여 제시한 것에 불과하며, 본 발명의 실시 예가 실험 예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail through experimental examples. Experimental examples are only presented to explain the embodiments of the present invention more clearly, and the embodiments of the present invention are not limited to the experimental examples.

아래 표 1은 일반적인 제조 방법으로 제조된 탄화규소 분말과 본 발명의 실시 예에 따른 제조 방법으로 제조된 탄화규소 분말들의 특성을 비교한 것이다. Table 1 below compares the properties of silicon carbide powders prepared by a general manufacturing method and silicon carbide powders produced by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

표 1. 특성 비교 결과Table 1. Property comparison results

Figure 112013079206709-pat00001
Figure 112013079206709-pat00001

비교 예Comparison example

비교예의 탄화규소 분말을 제조하기 위해, 규소원과 탄소원으로 각각 건식 실리카와 페놀 수지를 혼합하고, 혼합 분말을 850°C의 온도 조건에서 탄화시킨 후, 1700°C의 온도 조건을 3시간 유지하여 미립의 탄화규소 분말을 합성한다. 또한, 이를 이용하여 2100°C의 온도 조건에서 5시간 유지하는 입성장 공정을 진행하여 조립의 탄화규소 분말을 제조한다. In order to prepare the silicon carbide powder of the comparative example, the dry silica and the phenol resin were respectively mixed as a silicon source and a carbon source, and after carbonizing the mixed powder at a temperature condition of 850 ° C, the temperature condition of 1700 ° C was maintained for 3 hours. A particulate silicon carbide powder is synthesized. In addition, by using this, a grain growth process is maintained for 5 hours at a temperature of 2100 ° C to prepare a silicon carbide powder of granulation.

이렇게 제조된 조립의 탄화규소 분말은, 위 표 1에 도시된 바와 같이, 순도(분말 내 불순물 함유량)가 0.58 ppm이고, 분말 내 잔류 규소 함유량이 80ppm 이다. 또한, 분말의 입도(D50)가 259㎛이고, 산포(D90/D10)가 2.52이다. 또한, 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 30.5%로, 30%를 넘어선다. 여기서, 탄화규소 분말 내에 포함되는 불순물로는 알루미늄(Al), 붕소(B), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 크롬(Cr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V) 등이 포함될 수 있다. The granulated silicon carbide powder thus prepared has a purity (impurity content in the powder) of 0.58 ppm and a residual silicon content in the powder of 80 ppm, as shown in Table 1 above. In addition, the particle size (D 50 ) of the powder is 259 μm, and the dispersion (D 90 / D 10 ) is 2.52. In addition, the carbon weight in the silicon carbide lattice is 30.5%, exceeding 30%. Here, impurities contained in the silicon carbide powder include aluminum (Al), boron (B), calcium (Ca), cobalt (Co), chromium (Cr), iron (Fe), magnesium (Mg), and sodium (Na) , Nickel (Ni), titanium (Ti), tungsten (W), vanadium (V), and the like.

실험 예1.Experimental Example 1.

실험 예1의 탄화규소 분말을 제조하기 위해, 규소원과 탄소원으로 각각 건식 실리카와 페놀 수지를 혼합하고, 혼합 분말을 850°C의 온도 조건에서 탄화시킨 후, 1700°C의 온도 조건을 3시간 유지하며 규소계 가스인 SiH4가스를 10sccm 주입하여 미립의 탄화규소 분말을 합성한다. 또한, 이를 이용하여 2100°C의 온도 조건에서 5시간 유지하는 입성장 공정을 진행하여 조립의 탄화규소 분말을 제조한다.In order to prepare the silicon carbide powder of Experimental Example 1, dry silica and a phenol resin were respectively mixed as a silicon source and a carbon source, and the mixed powder was carbonized at a temperature condition of 850 ° C, and then the temperature condition of 1700 ° C was 3 hours. While maintaining, the silicon-based gas, SiH4 gas, is injected at 10 sccm to synthesize fine silicon carbide powder. In addition, by using this, a grain growth process is maintained for 5 hours at a temperature of 2100 ° C to prepare a silicon carbide powder of granulation.

이렇게 제조된 조립의 탄화규소 분말은, 위 표 1에 도시된 바와 같이, 순도(분말 내 불순물 함유량)가 0.97 ppm이고, 분말 내 잔류 규소 함유량이 153ppm 이다. 또한, 분말의 입도(D50)가 2.27㎛이고, 산포(D90/D10)가 3.2이다. 또한, 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 29.1%로, 비교 예에 비해 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 감소하였다. 즉, 분말 내 규소의 비율이 증가하였다. The granulated silicon carbide powder thus prepared, as shown in Table 1 above, has a purity (impurity content in the powder) of 0.97 ppm and a residual silicon content in the powder of 153 ppm. In addition, the particle size (D 50 ) of the powder is 2.27 μm, and the dispersion (D 90 / D 10 ) is 3.2. In addition, the carbon weight in the silicon carbide lattice was 29.1%, and the carbon weight in the silicon carbide lattice was reduced compared to the comparative example. That is, the proportion of silicon in the powder increased.

실험 예2Experimental Example 2

실험 예2의 탄화규소 분말을 제조하기 위해, 규소원과 탄소원으로 각각 건식 실리카와 페놀 수지를 혼합하고, 혼합 분말을 850°C의 온도 조건에서 탄화시킨 후, 1700°C의 온도 조건을 3시간 유지하며 규소계 가스인 SiH4가스를 50sccm 주입하여 미립의 탄화규소 분말을 합성한다. 또한, 이를 이용하여 2100°C의 온도 조건에서 5시간 유지하는 입성장 공정을 진행하여 조립의 탄화규소 분말을 제조한다.In order to prepare the silicon carbide powder of Experimental Example 2, dry silica and a phenol resin were respectively mixed as a silicon source and a carbon source, and the mixed powder was carbonized at a temperature condition of 850 ° C, and then the temperature condition of 1700 ° C was 3 hours. While maintaining, the silicon-based gas, SiH4 gas, is injected at 50 sccm to synthesize fine silicon carbide powder. In addition, by using this, a grain growth process is maintained for 5 hours at a temperature of 2100 ° C to prepare a silicon carbide powder of granulation.

이렇게 제조된 조립의 탄화규소 분말은, 위 표 1에 도시된 바와 같이, 순도(분말 내 불순물 함유량)가 0.92 ppm이고, 분말 내 잔류 규소 함유량이 180ppm 이다. 또한, 분말의 입도(D50)가 1.32㎛이고, 산포(D90/D10)가 3.6이다. 또한, 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 28.7%로, 비교 예에 비해 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 감소하였다. 즉, 분말 내 규소의 비율이 증가하였다. The granulated silicon carbide powder thus prepared has a purity (impurity content in the powder) of 0.92 ppm and a residual silicon content in the powder of 180 ppm, as shown in Table 1 above. In addition, the particle size (D 50 ) of the powder was 1.32 μm, and the dispersion (D 90 / D 10 ) was 3.6. In addition, the carbon weight in the silicon carbide lattice was 28.7%, and the carbon weight in the silicon carbide lattice was reduced compared to the comparative example. That is, the proportion of silicon in the powder increased.

실험 예3.Experimental Example 3.

실험 예3의 탄화규소 분말을 제조하기 위해, 규소원과 탄소원으로 각각 건식 실리카와 페놀 수지를 혼합하고, 혼합 분말을 850°C의 온도 조건에서 탄화시킨 후, 1700°C의 온도 조건을 3시간 유지하며 미립의 탄화규소 분말을 합성한다. 또한, 합성된 미립의 탄화규소 분말을, 2100°C의 온도 조건을 5시간 유지하며 규소계 가스인 SiH4가스를 10sccm 주입하여 입성장시킴으로써 조립의 탄화규소 분말을 제조한다.In order to prepare the silicon carbide powder of Experimental Example 3, dry silica and a phenol resin were respectively mixed as a silicon source and a carbon source, and the mixed powder was carbonized at a temperature condition of 850 ° C, and then the temperature condition of 1700 ° C was 3 hours. To maintain and synthesize fine silicon carbide powder. In addition, the synthesized silicon carbide powder is granulated by maintaining the temperature condition of 2100 ° C for 5 hours and injecting and growing the SiH4 gas, which is a silicon-based gas, at 10 sccm to give grain growth.

이렇게 제조된 조립의 탄화규소 분말은, 위 표 1에 도시된 바와 같이, 순도(분말 내 불순물 함유량)가 0.42 ppm이고, 분말 내 잔류 규소 함유량이 120ppm 이다. 또한, 분말의 입도(D50)가 232㎛이고, 산포(D90/D10)가 2.6이다. 또한, 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 29.9%로, 비교 예에 비해 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 감소하고 분말 내 규소의 비율이 증가하였다. The granulated silicon carbide powder thus prepared has a purity (impurity content in the powder) of 0.42 ppm and a residual silicon content in the powder of 120 ppm, as shown in Table 1 above. In addition, the particle size (D 50 ) of the powder is 232 μm, and the dispersion (D 90 / D 10 ) is 2.6. In addition, the carbon weight in the silicon carbide lattice was 29.9%, compared to the comparative example, the carbon weight in the silicon carbide lattice was reduced and the proportion of silicon in the powder was increased.

실험 예4.Experimental Example 4.

실험 예4의 탄화규소 분말을 제조하기 위해, 규소원과 탄소원으로 각각 건식 실리카와 페놀 수지를 혼합하고, 혼합 분말을 850°C의 온도 조건에서 탄화시킨 후, 1700°C의 온도 조건을 3시간 유지하며 미립의 탄화규소 분말을 합성한다. 또한, 합성된 미립의 탄화규소 분말을, 2100°C의 온도 조건을 5시간 유지하며 규소계 가스인 SiH4가스를 50sccm 주입하여 입성장시킴으로써 조립의 탄화규소 분말을 제조한다.In order to prepare the silicon carbide powder of Experimental Example 4, dry silica and a phenol resin were respectively mixed as a silicon source and a carbon source, and the mixed powder was carbonized at a temperature condition of 850 ° C, followed by a temperature condition of 1700 ° C for 3 hours. To maintain and synthesize fine silicon carbide powder. In addition, the granulated silicon carbide powder is maintained by maintaining the temperature condition of 2100 ° C for 5 hours, and the silicon-based gas of SiH4, which is a silicon-based gas, is injected and grown by 50 sccm to prepare granulated silicon carbide powder.

이렇게 제조된 조립의 탄화규소 분말은, 위 표 1에 도시된 바와 같이, 순도(분말 내 불순물 함유량)가 0.52 ppm이고, 분말 내 잔류 규소 함유량이 127ppm 이다. 또한, 분말의 입도(D50)가 244.2㎛이고, 산포(D90/D10)가 2.6이다. 또한, 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 29.6%로, 비교 예에 비해 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 감소하고 분말 내 규소의 비율이 증가하였다. The granulated silicon carbide powder thus prepared has a purity (impurity content in the powder) of 0.52 ppm and a residual silicon content in the powder of 127 ppm, as shown in Table 1 above. In addition, the particle size (D 50 ) of the powder is 244.2 µm, and the dispersion (D 90 / D 10 ) is 2.6. In addition, the carbon weight in the silicon carbide lattice was 29.6%, compared to the comparative example, the carbon weight in the silicon carbide lattice was reduced and the proportion of silicon in the powder was increased.

실험 예5.Experimental Example 5.

실험 예5의 탄화규소 분말을 제조하기 위해, 규소원과 탄소원으로 각각 건식 실리카와 페놀 수지를 혼합하고, 혼합 분말을 850°C의 온도 조건에서 탄화시킨 후, 1700°C의 온도 조건을 3시간 유지하며 규소계 가스인 SiH4 가스를 10sccm 주입하여 미립의 탄화규소 분말을 합성한다. 또한, 합성된 미립의 탄화규소 분말을, 2100°C의 온도 조건을 5시간 유지하며 규소계 가스인 SiH4가스를 10sccm 주입하여 입성장시킴으로써 조립의 탄화규소 분말을 제조한다.In order to prepare the silicon carbide powder of Experimental Example 5, dry silica and a phenol resin were respectively mixed as a silicon source and a carbon source, and the mixed powder was carbonized at a temperature condition of 850 ° C, followed by a temperature condition of 1700 ° C for 3 hours. While maintaining, SiS4 gas, a silicon-based gas, is injected at 10 sccm to synthesize fine silicon carbide powder. In addition, the synthesized silicon carbide powder is granulated by maintaining the temperature condition of 2100 ° C for 5 hours and injecting and growing the SiH4 gas, which is a silicon-based gas, at 10 sccm to give grain growth.

이렇게 제조된 조립의 탄화규소 분말은, 위 표 1에 도시된 바와 같이, 순도(분말 내 불순물 함유량)가 0.74 ppm이고, 분말 내 잔류 규소 함유량이 185ppm 이다. 또한, 분말의 입도(D50)가 241.2㎛이고, 산포(D90/D10)가 2.19이다. 또한, 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 28.6%로, 비교 예에 비해 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 감소하고 분말 내 규소의 비율이 증가하였다. The granulated silicon carbide powder thus prepared, as shown in Table 1 above, has a purity (impurity content in the powder) of 0.74 ppm and a residual silicon content in the powder of 185 ppm. In addition, the particle size (D 50 ) of the powder is 241.2 μm, and the dispersion (D 90 / D 10 ) is 2.19. In addition, the carbon weight in the silicon carbide lattice was 28.6%, compared to the comparative example, the carbon weight in the silicon carbide lattice was reduced and the proportion of silicon in the powder was increased.

실험 예6.Experimental Example 6.

실험 예6의 탄화규소 분말을 제조하기 위해, 규소원과 탄소원으로 각각 건식 실리카와 페놀 수지를 혼합하고, 혼합 분말을850°C의 온도 조건에서 탄화시킨 후, 1700°C의 온도 조건을 3시간 유지하며 규소계 가스인 SiH4 가스를 50sccm 주입하여 미립의 탄화규소 분말을 합성한다. 또한, 합성된 미립의 탄화규소 분말을, 2100°C의 온도 조건을 5시간 유지하며 규소계 가스인 SiH4가스를 50sccm 주입하여 입성장시킴으로써 조립의 탄화규소 분말을 제조한다.In order to prepare the silicon carbide powder of Experimental Example 6, dry silica and a phenol resin were respectively mixed as a silicon source and a carbon source, and after carbonizing the mixed powder at a temperature condition of 850 ° C, the temperature condition of 1700 ° C was 3 hours. While maintaining, the silicon-based gas SiH4 gas is injected at 50 sccm to synthesize fine silicon carbide powder. In addition, the granulated silicon carbide powder is maintained by maintaining the temperature condition of 2100 ° C for 5 hours, and the silicon-based gas of SiH4, which is a silicon-based gas, is injected and grown by 50 sccm to prepare granulated silicon carbide powder.

이렇게 제조된 조립의 탄화규소 분말은, 위 표 1에 도시된 바와 같이, 순도(분말 내 불순물 함유량)가 0.49 ppm이고, 분말 내 잔류 규소 함유량이 192ppm 이다. 또한, 분말의 입도(D50)가 238.1㎛이고, 산포(D90/D10)가 2.48이다. 또한, 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 28.1%로, 비교 예에 비해 탄화규소 격자 내 탄소 중량이 감소하고 분말 내 규소의 비율이 증가하였다.
The granulated silicon carbide powder thus prepared, as shown in Table 1 above, has a purity (impurity content in the powder) of 0.49 ppm and a residual silicon content in the powder of 192 ppm. In addition, the particle size (D 50 ) of the powder is 238.1 μm, and the dispersion (D 90 / D 10 ) is 2.48. In addition, the carbon weight in the silicon carbide lattice was 28.1%, compared to the comparative example, the carbon weight in the silicon carbide lattice was reduced and the proportion of silicon in the powder was increased.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 미립의 탄화규소를 합성하는 합성 공정 및 미립의 탄화규소 분말을 입성장시켜 조립의 탄화규소 분말을 제조하는 입성장 공정 중 어나 하나의 공정이 행해지는 동안 규소계 가스를 주입함으로써, 규소-리치 탄화규소 분말을 얻을 수 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, any one of the synthetic process of synthesizing particulate silicon carbide and the particle growth process of producing granular silicon carbide powder by grain growth of particulate silicon carbide powder are performed While, silicon-rich silicon carbide powder can be obtained by injecting a silicon-based gas.

일반적으로, 단결정 성장 시 시드(seed)를 제외한 대부분의 소모품이 흑연(Graphite)으로 이루어지며, 이로 인해 승화된 가스에서 탄소-리치(Carbon- rich) 분위기가 형성될 수 있다. 탄소-리치 분위기가 형성되는 경우, 탄소 클러스터(carbon cluster)가 결정 내부에 탄소 함유물(carbon inclusion)을 야기하여 폴리타입(polytype)이나 다는 결함(defect)으로 전환될 수 있다. In general, most of the consumables, except for seeds, are made of graphite during single crystal growth, and thus a carbon-rich atmosphere may be formed in the sublimated gas. When a carbon-rich atmosphere is formed, the carbon cluster may cause carbon inclusion inside the crystal, which may be converted into a polytype or other defect.

또한, 단결정 성장 초기에 규소 가스의 손실(loss)이 발생하는데, 이는 결정 성장률 저하를 가져올 수 있으며, 불안정한 화학양론계수(stoichiometry)를 형성하여 성장 초기가 중요한 탄화규소 단결정의 품질 저하를 가져올 수 있다. In addition, loss of silicon gas occurs in the early stage of single crystal growth, which may lead to a decrease in crystal growth rate, and formation of unstable stoichiometry, which may lead to a decrease in the quality of a silicon carbide single crystal in which growth is important. .

따라서, 본 발명의 실시 예에 따라서 제조되는 규소-리치 탄화규소 분말을 이용하여 단결정 성장 시, 탄소로 인한 결함을 억제하고 안정적인 화학양론계수를 형성함으로써 고품질의 단결정 성장이 가능하다. Therefore, when growing a single crystal using a silicon-rich silicon carbide powder prepared according to an embodiment of the present invention, high-quality single crystal growth is possible by suppressing defects caused by carbon and forming a stable stoichiometric coefficient.

또한, 초기 규소 가스의 손실을 보상하여 보다 효율적인 분말 승화가 가능하여 단결정의 고속 성장이 가능한 효과가 있다. 또한, 탄소 대비 규소의 비율(Si/C ratio)이 높아6H-탄화규소 단결정을 성장시키는데 유리하다.
In addition, by compensating for the loss of the initial silicon gas, more efficient powder sublimation is possible, and thus there is an effect that high-speed growth of a single crystal is possible. In addition, the ratio of silicon to carbon (Si / C ratio) is high, which is advantageous for growing 6H-silicon carbide single crystals.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You can understand that you can.

Claims (8)

탄소원과 규소원을 혼합하여 혼합분말을 준비하는 혼합 단계;
상기 혼합분말을 열처리하여 미립의 탄화규소 분말을 합성하는 열처리 단계;
상기 미립의 탄화규소 분말을 열처리하여 조립의 탄화규소 분말을 형성하는 입성장 단계를 포함하고,
상기 열처리 단계는,
상기 혼합분말을 600°C 내지 1200°C에서 열처리하는 탄화공정과,
상기 혼합분말을 1300°C 내지 1900°C에서 열처리하는 합성공정을 포함하고,
상기 합성공정은 상기 혼합분말에 불활성 가스인 아르곤과 규소계 가스를 주입하는 탄화규소 분말 제조방법에 의하여 제조되며,
불순물 함유량이 1ppm 이하이고, 탄화규소 격자 내 탄소의 중량 비율이 30% 이하인 탄화규소 분말.
A mixing step of preparing a mixed powder by mixing a carbon source and a silicon source;
A heat treatment step of heat-treating the mixed powder to synthesize fine silicon carbide powder;
And a particle growth step of heat-treating the fine silicon carbide powder to form granulated silicon carbide powder,
The heat treatment step,
Carbonization process for heat-treating the mixed powder at 600 ° C to 1200 ° C,
It includes a synthetic process for heat treatment of the mixed powder at 1300 ° C to 1900 ° C,
The synthesis process is produced by a method of manufacturing silicon carbide powder in which argon and silicon-based gases, which are inert gases, are injected into the mixed powder,
Silicon carbide powder having an impurity content of 1 ppm or less and a weight ratio of carbon in the silicon carbide lattice of 30% or less.
제1항에 있어서,
상기 탄화규소 격자 내 탄소의 중량 비율이 28% 이상 30% 미만인 탄화규소 분말.
According to claim 1,
Silicon carbide powder in which the weight ratio of carbon in the silicon carbide lattice is 28% or more and less than 30%.
제1항에 있어서,
상기 불순물 함유량이 0.5ppm 이하인 탄화규소 분말.
According to claim 1,
Silicon carbide powder having the impurity content of 0.5 ppm or less.
제1항에 있어서,
상기 탄화규소 분말 내 잔류 규소의 함유량이 200ppm 이하인 탄화규소 분말.
According to claim 1,
Silicon carbide powder having a residual silicon content of 200 ppm or less in the silicon carbide powder.
제1항에 있어서,
입도(D50)가 100㎛ 내지 500㎛ 인 탄화규소 분말.
According to claim 1,
Silicon carbide powder having a particle size (D 50 ) of 100 μm to 500 μm.
제1항에 있어서,
입도(D50)가 0.5㎛ 내지 10.0㎛ 인 탄화규소 분말.
According to claim 1,
Silicon carbide powder having a particle size (D 50 ) of 0.5 μm to 10.0 μm.
제5항 또는 제6항에 있어서,
산포(D90/D10)가 2 내지 5인 탄화규소 분말.
The method according to claim 5 or 6,
Silicon carbide powder having a dispersion (D 90 / D 10 ) of 2 to 5.
제1항에 있어서,
상기 규소계 가스는 SiH4인 탄화규소 분말.
According to claim 1,
The silicon-based gas is SiH 4 silicon carbide powder.
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