KR20130023976A - 탄화규소 분말 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법은, 탄소원 및 규소원을 준비하는 단계; 상기 탄소원 및 상기 규소원이 반응하는 단계를 포함하고, 상기 탄소원은 설탕을 포함한다.

Description

탄화규소 분말 제조 방법{PREPARING METHOD OF SILICON CARBIDE POWDER}
본 기재는 탄화규소 분말 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기, 전자 산업분야 및 기계부품 분야에 있어서의 소재의 중요도는 매우 높아 실제 최종 부품의 특성 및 성능지수를 결정하는 중요한 요인이 되고 있다.
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.
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.
이러한 SiC 단결정 성장 시, 일반적으로 SiC 분말을 원료로 사용하는데, 통상 진행되는 SiC 단결정 성장 공정에 사용되는 SiC 분말은 저순도 분말 제조 공법인 acheson공법을 통해 제조한 뒤 원하는 입도로 분쇄하여 단결정 성장에 이용한다. 이 공법을 통해 제조된 SiC 분말의 합성률이 낮아 공정 효율이 떨어진다는 문제가 있다.
실시예는 합성률이 증대된 탄화규소 분말 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법은, 탄소원 및 규소원을 준비하는 단계; 상기 탄소원 및 상기 규소원이 반응하는 단계를 포함하고, 상기 탄소원은 설탕을 포함한다.
실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법에서는 탄소원으로써 설탕을 이용할 수 있다. 과립의 상기 설탕 분말 사이에 규소원인 미립의 산화규소 분말이 위치하여, 상기 설탕 분말 및 상기 산화규소 분말의 장입 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법에서는 상기 설탕이 녹아 액상으로 변하게 되고, 상기 액상으로 변한 설탕이 상기 규소원인 상기 산화규소 분말의 표면을 코팅할 수 있다. 상기 액상으로 변한 설탕은 상기 산화규소 분말들의 주위에 고르게 분포할 수 있다.
이로 인하여, 상기 탄화규소 분말 합성 시, 상기 규소원과 상기 탄소원이 고르게 혼합되어 반응성을 높일 수 있다. 또한, 상기 규소원과 상기 탄소원의 합성 수율을 높일 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법의 공정 흐름도이다.
도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법을 설명하기 위한 모식도들이다.
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.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법을 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법의 공정 흐름도이다. 도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법을 설명하기 위한 모식도들이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법은, 준비하는 단계(ST100) 및 반응하는 단계(ST200)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 준비하는 단계(ST100)에서 규소원(100) 및 탄소원(200)을 준비할 수 있다. 상기 규소원(100)은 산화규소를 포함할 수 있다. 즉, 상기 규소원(100)은 산화규소 분말을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법에서 상기 탄소원(200)은 설탕을 포함한다.
상기 산화규소 및 상기 설탕에 포함된 탄소의 중량비가 1.5 : 1 내지 2.5 : 1일 수 있다. 바람직하게는, 상기 산화규소 및 상기 설탕에 포함된 탄소의 중량비가 2 : 1일 수 있다.
구체적으로, 상기 산화규소 및 상기 설탕의 중량비가 63 : 100 내지 105 : 100 일 수 있다. 상기 중량비는 상기 설탕에 포함된 탄소를 고려하여 계산된 중량비이다. 즉, 상기 설탕에 포함된 상기 탄소는 약 42.2 % 이고, 이를 계산하여 상기 산화규소 및 상기 설탕에 포함된 상기 탄소의 중량비가 1.5 : 1 내지 2.5 : 1이 되도록 상기 설탕을 준비할 수 있다.
상기 준비하는 단계(ST100)에서는 상기 탄소원(200) 및 상기 규소원(100)을 반응 도가니 내에 장입할 수 있다. 즉, 상기 설탕 및 상기 산화규소 분말을 상기 반응 도가니 내에 장입할 수 있다. 이때, 상기 설탕 분말의 크기보다 상기 산화규소 분말의 크기가 작기 때문에, 도 2와 같이 상기 설탕 분말 사이에 상기 산화규소 분말이 위치하게 된다. 일반적으로, 미립 분말만을 장입할 경우, 입자간 마찰력과 정전기적 인력에 의해 장입 효율이 좋지 못하다. 또한, 과립 분말만을 장입할 경우, 비교적 우수한 장입 효율을 보이나, 과립 분말과 과립 분말 사이의 빈공간이 생기게 된다. 그러나 본 실시예에서는 과립의 상기 설탕 분말 사이에 미립의 상기 산화규소 분말이 위치하여, 상기 설탕 분말 및 상기 산화규소 분말의 장입 효율을 극대화할 수 있다.
이어서, 상기 반응하는 단계(ST200)에서는 상기 규소원(100) 및 상기 탄소원(200)의 반응이 일어난다.
상기 반응하는 단계(ST200)는 상기 탄소원(200)이 상기 규소원(100)을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 코팅하는 단계는 180 ℃ 내지 200 ℃에서 이루어질 수 있다. 상기 코팅하는 단계는 상기 설탕이 녹는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 도 3을 참조하면, 상기 코팅하는 단계에서는 상기 설탕이 녹아 액상으로 변하게 되고, 상기 액상으로 변한 설탕(201)이 상기 규소원(100)인 상기 산화규소 분말의 표면을 코팅할 수 있다. 상기 액상으로 변한 설탕(201)은 상기 산화규소 분말들의 주위에 고르게 분포할 수 있다.
이로 인하여, 상기 탄화규소 분말 합성 시, 상기 규소원(100)과 상기 탄소원(200)이 고르게 혼합되어 반응성을 높일 수 있다. 또한, 상기 규소원(100)과 상기 탄소원(200)의 합성 수율을 높일 수 있다.
이어서, 상기 반응하는 단계(ST200)는 상기 설탕이 탄화하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅하는 단계 이후, 상기 탄화하는 단계가 이루어질 수 있다.
상기 탄화하는 단계에서는 다음 화학식 1과 같은 반응이 일어날 수 있다.
화학식 1
C12H22O11 → 12C + 11H2O
도 4를 참조하면, 상기 탄화하는 단계에서는 탄화규소 분말의 합성 온도로 승온 중, 설탕에 포함된 유기물들의 승화가 일어날 수 있다. 즉, 상기 탄화하는 단계에서는 상기 탄소를 제외한 기타 유기물들의 승화가 일어날 수 있다.
상기 탄화하는 단계 이후, 상기 탄소 및 상기 산화규소 분말의 반응이 일어날 수 있다. 구체적으로, 다음 화학식 2 및 화학식 3을 통해 반응할 수 있다.
화학식 2
C + SiO2 -> SiO2 + 3C
화학식 3
SiO2 + 3C -> SiC + 2CO
상기 반응은 열탄소환원 반응(carbothermal reduction)이다. 상기 반응을 통해 탄화규소 분말(300)이 합성될 수 있다.
실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법에서는 탄소원(200)으로써 설탕을 이용할 수 있다. 과립의 상기 설탕 분말 사이에 규소원(100)인 미립의 산화규소 분말이 위치하여, 상기 설탕 분말 및 상기 산화규소 분말의 장입 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조 방법에서는 상기 설탕이 녹아 액상으로 변하게 되고, 상기 액상으로 변한 설탕이 상기 규소원(100)인 상기 산화규소 분말의 표면을 코팅할 수 있다. 상기 액상으로 변한 설탕은 상기 산화규소 분말들의 주위에 고르게 분포할 수 있다.
이로 인하여, 상기 탄화규소 분말 합성 시, 상기 규소원(100)과 상기 탄소원(200)이 고르게 혼합되어 반응성을 높일 수 있다. 또한, 상기 규소원(100)과 상기 탄소원(200)의 합성 수율을 높일 수 있다.
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.
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.

Claims (8)

  1. 탄소원 및 규소원을 준비하는 단계;
    상기 탄소원 및 상기 규소원이 반응하는 단계를 포함하고,
    상기 탄소원은 설탕을 포함하는 탄화규소 분말 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 규소원은 산화규소를 포함하는 탄화규소 분말 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응하는 단계는 상기 탄소원이 상기 규소원을 코팅하는 단계를 포함하는 탄화규소 분말 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코팅하는 단계는 상기 설탕이 녹는 단계를 포함하는 탄화규소 분말 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코팅하는 단계는 180 ℃ 내지 200 ℃ 에서 이루어지는 탄화규소 분말 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반응하는 단계는 상기 설탕이 탄화하는 단계를 포함하는 탄화규소 분말 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 산화규소 및 상기 설탕에 포함된 탄소의 중량비가 1.5 : 1 내지 2.5 : 1인 탄화규소 분말 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 산화규소 및 상기 설탕의 중량비가 63 : 100 내지 105 : 100 인 탄화규소 분말 제조 방법.
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WO2017180083A1 (ru) * 2016-04-15 2017-10-19 Андрей ЦЫБА Способ промышленного производства нанопорошков sic и нанокомпозита sio-c высокого качества и комплекс для его реализации
RU2642660C2 (ru) * 2016-03-21 2018-01-25 ООО НПО "КвинтТех" Способ получения карбида кремния
CN111138206A (zh) * 2020-01-11 2020-05-12 西安交通大学 一种非晶碳修饰SiC纳米线连续三维网络结构吸波泡沫及其制备方法

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