KR20120130031A - Apparatus for forming silicon carbide - Google Patents
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Abstract
Description
본 기재는 실리콘 카바이드 제조장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to a silicon carbide manufacturing apparatus.
일반적으로, 전기, 전자 산업분야 및 기계부품 분야에 있어서의 소재의 중요도는 매우 높아 실제 최종 부품의 특성 및 성능지수를 결정하는 중요한 요인이 되고 있다.In general, the importance of the material in the electrical, electronics industry and mechanical parts field is very high, which is an important factor in determining the characteristics and performance index of the actual final component.
대표적인 반도체 소자 재료로 사용된 Si은 섭씨 100도 이상의 온도에 취약해 잦은 오작동과 고장을 일으키기 때문에, 다양한 냉각장치를 필요로 한다. Si이 이러한 물리적 한계를 보이게 됨에 따라, 차세대 반도체 소자 재료로서 SiC, GaN, AlN 및 ZnO 등의 광대역 반도체 재료가 각광을 받고 있다. Si, which is used as a representative semiconductor device material, is vulnerable to temperatures of more than 100 degrees Celsius, causing frequent malfunctions and failures, and thus requires various cooling devices. As Si shows such physical limitations, broadband semiconductor materials such as SiC, GaN, AlN, and ZnO are in the spotlight as next-generation semiconductor device materials.
여기서, GaN, AlN 및 ZnO 에 비해 SiC는 열적 안정성이 우수하고, 내산화성이 우수한 특징을 가지고 있다. 또한, SiC는 4.6W/Cm℃ 정도의 우수한 열 전도도를 가지고 있으며, 직경 2인치 이상의 대구경의 기판으로서 생산 가능하다는 장점이 있다. 특히, SiC 단결정 성장 기술이 현실적으로 가장 안정적으로 확보되어, 기판으로서 산업적 생산 기술이 가장 앞서있다.Here, compared to GaN, AlN and ZnO, SiC is excellent in thermal stability and excellent in oxidation resistance. In addition, SiC has an excellent thermal conductivity of about 4.6W / Cm ℃, has the advantage that can be produced as a large diameter substrate of 2 inches or more in diameter. In particular, SiC single crystal growth technology is most stably secured in reality, and industrial production technology is at the forefront as a substrate.
이러한 SiC 단결정 성장 시, 일반적으로 SiC 분말을 원료로 사용하는데, 상기 원료의 크기와 형상은 단결정의 품질에 중요한 영향을 미친다. 그러나, 열탄소환원법을 이용한 SiC 분말 합성 공정에서는 균일한 입도의 분말을 얻기 힘들다. In the SiC single crystal growth, generally SiC powder is used as a raw material, the size and shape of the raw material has an important effect on the quality of the single crystal. However, in the SiC powder synthesis process using the thermal carbon reduction method, it is difficult to obtain a powder of uniform particle size.
실시예는 균일한 실리콘 카바이드 분말을 제조할 수 있다.An embodiment can produce a uniform silicon carbide powder.
실시예에 따른 실리콘 카바이드 제조장치는, 실리콘 소스 및 카본 소스를 포함하는 원료를 수용하는 도가니; 및 상기 원료 내에 배치되는 가스 배출부를 포함한다.Silicon carbide manufacturing apparatus according to the embodiment, the crucible for receiving a raw material comprising a silicon source and a carbon source; And a gas discharge part disposed in the raw material.
실시예에 따른 실리콘 카바이드 제조장치는, 가스 배출부를 포함한다. 상기 가스 배출부는 원료의 반응으로 발생하는 가스를 원활하게 배출할 수 있다. 이로써, 상기 가스가 상기 원료에 미치는 영향을 줄일 수 있고, 도가니에서 합성되는 SiC 분말의 입도를 균일하게 할 수 있다.Silicon carbide manufacturing apparatus according to the embodiment includes a gas discharge. The gas discharge unit may smoothly discharge the gas generated by the reaction of the raw material. As a result, the influence of the gas on the raw material can be reduced, and the particle size of the SiC powder synthesized in the crucible can be made uniform.
특히. 상부에 위치한 SiC 분말의 입도와 하부에 위치한 SiC 분말의 입도의 차이를 줄여 입도의 균일성을 향상시킬 수 있다.Especially. It is possible to improve the uniformity of the particle size by reducing the difference between the particle size of the SiC powder located at the top and the particle size of the SiC powder located at the bottom.
도 1은 실시예에 따른 실리콘 카바이드 제조장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 실리콘 카바이드 제조장치에 포함되는 가스 배출부의 사시도 및 확대도이다.
도 4는 실시예에 따른 실리콘 카바이드 제조장치의 개념도이다.1 is an exploded perspective view of a silicon carbide manufacturing apparatus according to the embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cross section taken along AA of FIG. 1.
3 is a perspective view and an enlarged view of a gas discharge unit included in the silicon carbide manufacturing apparatus according to the embodiment.
4 is a conceptual diagram of a silicon carbide manufacturing apparatus according to an embodiment.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. In the description of embodiments, each layer, region, pattern, or structure may be “on” or “under” the substrate, each layer, region, pad, or pattern. Substrate formed in ”includes all formed directly or through another layer. Criteria for the top / bottom or bottom / bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. The thickness or the size of each layer (film), region, pattern or structure in the drawings may be modified for clarity and convenience of explanation, and thus does not entirely reflect the actual size.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 실리콘 카바이드 제조장치를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 실리콘 카바이드 제조장치의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 도 3은 실시예에 따른 실리콘 카바이드 제조장치에 포함되는 가스 배출부의 사시도 및 확대도이다. 도 4는 실시예에 따른 실리콘 카바이드 제조장치의 개념도이다.1 to 4, the silicon carbide manufacturing apparatus according to the embodiment will be described in detail. 1 is an exploded perspective view of a silicon carbide manufacturing apparatus according to the embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line A-A of FIG. 1. 3 is a perspective view and an enlarged view of a gas discharge unit included in the silicon carbide manufacturing apparatus according to the embodiment. 4 is a conceptual diagram of a silicon carbide manufacturing apparatus according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 실리콘 카바이드 제조장치는, 도가니(100), 가스 배출부(200) 및 상부 덮개(300)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the silicon carbide manufacturing apparatus according to the present exemplary embodiment includes a
상기 도가니(100)는 원료(140)를 수용할 수 있다. 상기 원료(140)는 실리콘 소스 및 카본 소스를 포함할 수 있다.The
상기 도가니(100)는 상기 원료(140)를 수용할 수 있도록 원통형 또는 사각 기둥의 형상을 가질 수 있다. The
상기 도가니(100)는 흑연으로 제작될 수 있다. 즉, 상기 도가니(100)는 상기 원료(140)들의 반응 온도 이상의 융점을 갖는 물질을 포함할 수 있다. The
상기 도가니(100)의 바닥면에는 고정홈(130)이 형성될 수 있다. 상기 고정홈(130)은 소정의 깊이를 가질 수 있다. 상기 고정홈(130)에 상기 가스 배출부(200)가 삽입될 수 있다. 상기 고정홈(130)은 상기 가스 배출부(200) 하단의 크기 및 모양과 대응될 수 있다. 또한, 상기 고정홈(130)은 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 상기 고정홈(130)은 상기 가스 배출부(200)가 이동하거나 이탈하는 것을 방지할 수 있다. A
상기 도가니(100)는 배출구(120)를 포함한다. 상기 배출구(120)는 상기 도가니(100)의 상부에 형성될 수 있다. 상기 배출구(120)는 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. The crucible 100 includes an
상기 배출구(120)는 상기 원료(140)의 반응으로 발생하는 반응 가스를 배출할 수 있다.The
상기 배출구(120)의 크기는 상기 도가니(100)의 크기 또는 상기 원료(140)의 양에 따라 달라질 수 있다. The size of the
상기 가스 배출부(200)는 상기 원료(140) 내에 배치될 수 있다. The
상기 가스 배출부(200)는 상기 원료(140)들의 반응으로 상기 원료(140)의 하부에서 발생하는 가스를 배출할 수 있다. The
상기 원료(140)인 실리콘 소스와 카본 소스의 반응으로 SiC 분말이 합성될 수 있다. 또한, 상기 반응으로 Si(v), SiO(v) 및 CO(v) 가스가 발생할 수 있다. SiC powder may be synthesized by the reaction between the silicon source and the carbon source, which is the
일례로, 상기 실리콘 소스와 상기 카본 소스의 반응은 다음의 단계에 따라 진행될 수 있다. For example, the reaction between the silicon source and the carbon source may be performed according to the following steps.
1 단계 : Stage 1 :
SiO2(v) + CO(v) = SiO(v) + CO2(v) SiO 2 (v) + CO (v) = SiO (v) + CO 2 (v)
C(s) + CO2(v) = 2CO(v) C (s) + CO 2 (v) = 2CO (v)
SiO(v) + 2C(s) = SiC(s) + CO(v) SiO (v) + 2C (s) = SiC (s) + CO (v)
SiO2(s) + 3C(s) = SiC(s) + 2CO(v) SiO 2 (s) + 3C (s) = SiC (s) + 2CO (v)
2 단계 : Step 2:
2SiO2(s) + SiC(s) = 3SiO(v) + CO(v)2SiO 2 (s) + SiC (s) = 3SiO (v) + CO (v)
상기 1 단계 및 상기 2 단계의 전체 반응은 다음과 같다. The overall reaction of the first step and the second step is as follows.
SiO2(s) + C(s) = SiO(v) + CO(v) SiO 2 (s) + C (s) = SiO (v) + CO (v)
발생된 SiO(v)와 CO(v)는 다음과 같은 반응을 거치면서 SiC로 합성된다. The generated SiO (v) and CO (v) are synthesized into SiC through the following reaction.
SiO(v) + 3CO(v) = SiC(s) + 2CO2(v) SiO (v) + 3CO (v) = SiC (s) + 2CO 2 (v)
그리고 이 반응에서 발생된 CO2(v)는 다음과 같은 반응으로 분해된다. And CO 2 (v) generated in this reaction is decomposed into the following reaction.
2CO2(v) + 2C(s) = 4CO(v) 2CO 2 (v) + 2C (s) = 4CO (v)
이상의 전체 반응식은 다음과 같다.The overall reaction scheme is as follows.
SiO2(s) + 3C(s) = SiC(s) + 2CO(v) 이와 같은 반응에 의해 SiC 분말을 제조하고 있다.SiO 2 (s) + 3 C (s) = SiC (s) + 2 CO (v) A SiC powder is prepared by such a reaction.
그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 반응에 의해 SiC 분말을 제조 할 수 있다. However, the embodiment is not limited thereto, and SiC powder may be manufactured by various reactions.
상기 가스 배출부(200)는 상기 도가니(100)의 바닥면으로부터 연장되는 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 가스 배출부(200)는 기둥 형상을 가질 수 있다. 더 구체적으로, 상기 가스 배출부(200)는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니므로, 상기 가스 배출부(200)는 플레이트 및 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. The
상기 가스 배출부(200)의 직경(R) 및 길이(L)는 상기 도가니(100)의 크기 및 수용되는 원료(140)의 양에 따라 다양하게 형성될 수 있다. The diameter R and the length L of the
상기 가스 배출부(200)는 상기 고정홈(130)에 삽입될 수 있다. 이로써, 상기 가스 배출부(200)는 상기 도가니(100)의 바닥면에 고정될 수 있다. The
상기 가스 배출부(200)는 상기 원료(140)를 관통할 수 있다. 또한, 상기 가스 배출부(200)는 상기 원료(140)의 상면로부터 돌출될 수 있다. 이로써, 상기 가스 배출부(200)를 통과한 가스가 상기 원료(140)에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다. The
상기 가스 배출부(200)는 서로 이격되는 다수 개의 다공성 흑연 기둥들을 포함할 수 있다. 즉, 상기 가스 배출부(200)는 상기 도가니(100) 내에서 복수 개 배치되어 상기 Si(v), SiO(v) 및 CO(v) 가스의 배출이 원활하게 진행되도록 할 수 있다. 또한, 상기 가스 배출부(200)는 상기 도가니(100)의 크기 및 상기 원료(140)의 투입량에 따라 다양한 개수로 포함될 수 있다.The
도 3을 참조하면, 상기 가스 배출부(200)는 다수 개의 기공(220)들을 포함할 수 있다. 상기 가스 배출부(200)는 흑연을 포함할 수 있다. 즉, 상기 가스 배출부(200)는 다공성의 흑연 재질일 수 있다. 상기 가스 배출부(200)의 기공(220)들을 통해, 상기 Si(v), SiO(v) 및 CO(v) 가스가 용이하게 통과할 수 있다. 이로써, 상기 도가니(100)에서 합성되는 SiC 분말의 입도를 균일하게 할 수 있다. 특히. 상부에 위치한 SiC 분말의 입도와 하부에 위치한 SiC 분말의 입도의 차이를 줄여 입도의 균일성을 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 3, the
종래에는, 상기 SiC 분말 합성 시, 상기 Si(v), SiO(v) 및 CO(v) 가스의 배출이 용이하지 않아 분말의 입도가 불균일하였다. 이는 상기 SiC 분말 합성 시, 상기 Si(v), SiO(v) 및 CO(v) 가스의 배출이 원활한 상부의 SiC 분말이 하부의 SiC 분말에 비해 입도가 크기 때문이다. 이는 상기 원료(140)의 양이 증대하거나 상기 도가니(100)의 크기가 대형화될수록 분말 입도의 불균일은 심해진다. Conventionally, when the SiC powder is synthesized, the Si (v), SiO (v) and CO (v) gases are not easily discharged, and thus the particle size of the powder is uneven. This is because, when the SiC powder is synthesized, the SiC powder in the upper portion of which the Si (v), SiO (v) and CO (v) gas is smoothly discharged is larger than the lower SiC powder. This is because the increase in the amount of the
따라서, 본 실시예를 통해, 대용량의 원료(140) 또는 대형화된 도가니(100)를 통한 SiC 분말 합성 시에도 SiC 분말의 입도를 균일하게 할 수 있다. Therefore, according to the present embodiment, even when the SiC powder is synthesized through the large-
이어서, 상기 상부 덮개(300)는 상기 도가니(100)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 상부 덮개(300)는 상기 도가니(100)를 밀폐시킬 수 있다. 따라서, 상기 도가니(100) 내에서 원료(140)의 반응이 용이하게 일어날 수 있다. 상기 상부 덮개(300)는 흑연을 포함할 수 있다.Subsequently, the
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The features, structures, effects and the like described in the foregoing embodiments are included in at least one embodiment of the present invention and are not necessarily limited to one embodiment. In addition, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. It can be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments may be modified. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
Claims (9)
상기 원료 내에 배치되는 가스 배출부를 포함하는 실리콘 카바이드 제조장치.A crucible containing a raw material including a silicon source and a carbon source; And
Silicon carbide manufacturing apparatus comprising a gas discharge portion disposed in the raw material.
상기 가스 배출부는 다수 개의 기공들을 포함하는 실리콘 카바이드 제조장치.The method of claim 1,
The gas discharge unit comprises a plurality of pores silicon carbide manufacturing apparatus.
상기 가스 배출부는 다수 개의 기공들이 형성된 흑연을 포함하는 실리콘 카바이드 제조장치.The method of claim 1,
The gas discharge unit comprises a silicon carbide manufacturing apparatus comprising a plurality of pores formed graphite.
상기 가스 배출부는 상기 원료로부터 돌출되는 실리콘 카바이드 제조장치.The method of claim 1,
And the gas discharge part protrudes from the raw material.
상기 가스 배출부는 상기 도가니의 바닥면으로부터 연장되는 실리콘 카바이드 제조장치.The method of claim 1,
The gas discharge unit is silicon carbide manufacturing apparatus extending from the bottom surface of the crucible.
상기 가스 배출부는 기둥 형상을 가지는 실리콘 카바이드 제조장치.The method of claim 1,
The gas discharge unit has a silicon carbide manufacturing apparatus having a columnar shape.
상기 도가니의 바닥면에는 고정홈이 형성되고,
상기 가스 배출부는 상기 고정홈에 삽입되는 실리콘 카바이드 제조장치.The method of claim 1,
A fixing groove is formed on the bottom surface of the crucible,
The gas discharge unit is inserted into the fixing groove silicon carbide manufacturing apparatus.
상기 가스 배출부는 상기 원료를 관통하는 실리콘 카바이드 제조장치.The method of claim 1,
The apparatus for producing silicon carbide penetrating the gas outlet portion.
상기 가스 배출부는 서로 이격되는 다수 개의 다공성 흑연 기둥들을 포함하는 실리콘 카바이드 제조장치.The method of claim 1,
The gas discharge unit comprises a plurality of porous graphite pillars spaced apart from each other silicon carbide manufacturing apparatus.
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