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1. 실리콘카바이드 소개



실리콘카바이드(SiC, 탄화규소)는 4족 원소로 이루어진 화합물반도체로, 특별한 물리화학적 성질로 인해 다양한 소자에 사용된다(실리콘카바이드 모습 예, 그림 1). 실리콘과 탄소 간 강한 화학적 결합으로 인해 화학결합력이 4.6eV로 물리화학적으로 매우 강한 재료이다. 게다가 재료의 구조에 따라 밴드갭이 2.3~3.3eV로 변화되며, 전기적으로 고전압에 일반 실리콘보다 10배 이상 견딜 수 있으며, 열전도도 3배 이상 높기 때문에 고전압과 고열이 발생하는 전자소자에 사용

1. 실리콘카바이드 소개



실리콘카바이드(SiC, 탄화규소)는 4족 원소로 이루어진 화합물반도체로, 특별한 물리화학적 성질로 인해 다양한 소자에 사용된다(실리콘카바이드 모습 예, 그림 1). 실리콘과 탄소 간 강한 화학적 결합으로 인해 화학결합력이 4.6eV로 물리화학적으로 매우 강한 재료이다. 게다가 재료의 구조에 따라 밴드갭이 2.3~3.3eV로 변화되며, 전기적으로 고전압에 일반 실리콘보다 10배 이상 견딜 수 있으며, 열전도도 3배 이상 높기 때문에 고전압과 고열이 발생하는 전자소자에 사용되기에 매우 적합하다[1, 2].



또한 전기가 흐르는 상태에서 실리콘카바이드가 실리콘보다 전기적 저항이 지수가 하나 정도 차이가 날 정도로 작아 전기 손실이 적어서 최종적으로 얻을 수 있는 전기효율이 실리콘보다 높아진다. 재료의 밴드갭이 작아질 경우(예, 게르마늄 0.7eV, 실리콘 1.1eV) 온도가 높아지면 전기적 에너지 장벽이 낮아지게 됨에 따라 누설전류가 급격하게 증가하는 단점이 있지만, 실리콘카바이드는 밴드갭이 넓어 온도가 300도까지 올라가더라도 전기적 특성을 유지할 수 있다[1].



다양한 넓은 밴드갭을 갖는 재료들이 있지만, 그중 실리콘카바이드가 좀 더 특별하다. 그 이유는 p-타입 혹은 n-타입 반도체를 위한 도핑이 상대적으로 쉽고, 실리콘카바이드가 거의 유일하게 실리콘옥사이드를 자연적으로 표면에 생성시키는 재료이기 때문이다. 실리콘옥사이드는 반도체에 기반한 스위칭 소자를 만들기 위한 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 구조를 만들기 위해 필수적인 절연층이다. 그렇기 때문에 실리콘옥사이드가 자연적으로 생성될 수 있다는 것은 소자 개발에 있어 매우 큰 장점으로 작용한다.



이러한 장점 때문에 실리콘카바이드가 전력 반도체소자 관련하여 많은 연구개발이 이뤄지고 있다. 쇼트키 에너지장벽을 이용한 다이오드, 태양광 인버터, 산업용 모터 컨트롤러, 에어컨, 자동차 부품 컨트롤러 등에서도 사용되고 있다[3].



이러한 많은 장점으로 수요가 증가하고 있지만, 고품질 실리콘카바이드 크리스털을 만드는 것은 매우 어려워, 기판의 가격이 높고 생산량이 적어서 실리콘카바이드 기반의 소자 개발의 발전을 더디게 하고 있다. 실리콘카바이드는 다양한 구조로 적층될 수 있고, 이 다양한 구조를 Polytypism이라고 부른다[4]. 이러한 많은 결정구조로 인해 특정 구조의 단결정 실리콘카바이드를 얻는 것이 매우 어렵다.



본 보고서에서는 실리콘카바이드의 주요 결정구조에 대해 알아보고, Bulk 혹은 박막 성장법에 대해 살펴볼 예정이다. 추가적으로 실리콘카바이드 관련 기업들을 정리해보았다.



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