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국문 요약

Cu와 CuO의 첨가에 따른 AlN의 저온소결 거동

AlN은 집적회로 기판과 package 재료에 유망한 소재다. 그러나 AlN은 강한 공유결합으로 인해 소결하기 어렵다. 따라서 소결 온도는 1800℃ 이상으로 매우 높다. 다층기판의 동시 소성을 활용하고 제조비용을 줄이기 위해서 소결온도를 낮추는 것이 필수적이다.

현재까지 CaF2, ...

국문 요약

Cu와 CuO의 첨가에 따른 AlN의 저온소결 거동

AlN은 집적회로 기판과 package 재료에 유망한 소재다. 그러나 AlN은 강한 공유결합으로 인해 소결하기 어렵다. 따라서 소결 온도는 1800℃ 이상으로 매우 높다. 다층기판의 동시 소성을 활용하고 제조비용을 줄이기 위해서 소결온도를 낮추는 것이 필수적이다.

현재까지 CaF2, 희토류 및 알칼리 토금속 산화물과 같은 소결 첨가제를 사용하여 소결 온도를 낮추고 치밀화를 시켰다. 이러한 경우, 액상 형성 온도 및 액상 특성은 소결에 매우 중요하다.

이러한 맥락에서 본 연구가 진행되었다. CaF2, CuO 및 Cu는 낮은 용융점 때문에 소결 첨가제로 선택되었다. N2 분위기, 1600℃에서 8 시간 소결을 진행 하면 98% 이상의 상대밀도가 얻어졌다. Cu를 사용한 Sample의 밀도는 CuO를 사용한 Sample의 밀도보다 높았다. 또한 X-ray 결과로부터 다음과 같은 공정 반응을 확인하였다. 우선 1000 ~ 1200℃에서(1) Cu-CuO2 (TE : 1065℃), Cu2O-CuO (TE : 1091℃), CuO-Al2O3 (TE : 1165℃) 다음으로 1400 ~ 1500℃에서 CaO-Al2O3 (TE : 1451℃)이러한 공정액상 반응을 확인하였다. 현재 시스템은 다른 시스템보다 낮은 액상 형성 온도를 갖는다. 이것이 1800℃보다 훨씬 낮은 온도에서 소결 된 이유다.

파단면의 미세구조에 기초하여, Cu를 첨가한 Sample의 입자 크기는 CuO를 첨가한 Sample의 입자 크기보다 미세했다. 액상소결 시스템의 경우, 대부분 입자 성장은 용해-재석출에 의해 진행된다. 이 프로세스는 확산 제어 및 계면 제어의 두 가지 메커니즘에 의해 진행된다. 미세조직상 입자의 형태를 고려하면, 본 시스템에서의 입자 성장은 확산 제어 메커니즘을 통해 진행되었다고 믿어진다. 이 경우 결정립 크기는 소결 중 존재하는 액상의 양에 따라 달라진다. Cu를 첨가 한 Sample보다 CuO를 첨가한 Sample의 입자 크기가 크기 때문에, 액상의 양은 Cu를 첨가했을 때 많다고 생각된다.


X-ray 결과에 근거하여 AlN은 주 상이었고 Cu 알루미네이트 및 Ca 알루미네이트와 같은 제 2상은 부수적인 상이었다. 이러한 결과는 깨끗한 입계를 가진 미세구조에 의해 입증 되었다. 이것은 입계 사이의 높은 접촉이 얻어 짐을 의미한다. 이 관점에서, 현재 시스템의 열전도율은 높을 것으로 예상된다.