초록 ▼

질화알루미늄(AIN)은 높은 열전도성과 절연성, 상대적으로 낮은유전상수 등의 특성으로 인해 가장 유망한 세라믹스 기판재료 중의 하나로 주목받고 있는물질이다. 그러나 치밀한 소결체를 얻기 위하여 고온(약 1900℃)이 요구되고, 소결체의 열전도도는 불순물의 함량에 매우 민감하다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 저온소결, 높은 열 전도도를 위한 원료물질로서, 고순도, 초미립 AIN분말을 합성하는 연구가 활발히 행해지고 있다. 초미립 분말은 고온을 이용하여 기상으로 물질을 기화시키고 기상으로부터빠른 quenching

질화알루미늄(AIN)은 높은 열전도성과 절연성, 상대적으로 낮은유전상수 등의 특성으로 인해 가장 유망한 세라믹스 기판재료 중의 하나로 주목받고 있는물질이다. 그러나 치밀한 소결체를 얻기 위하여 고온(약 1900℃)이 요구되고, 소결체의 열전도도는 불순물의 함량에 매우 민감하다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 저온소결, 높은 열 전도도를 위한 원료물질로서, 고순도, 초미립 AIN분말을 합성하는 연구가 활발히 행해지고 있다. 초미립 분말은 고온을 이용하여 기상으로 물질을 기화시키고 기상으로부터빠른 quenching에 의하여 제조된다.본 실험에서는 열플라즈마에 의해 알루미늄 덩어리를 증발시켜 질화알루미늄 초미립자를 합성하였다. 열플라즈마 하에서 알루미늄이 증발되는 과정과 증발된 알루미늄이 반응해 질화알루미늄 초미립자가 합성되는 과정을 고찰하였고 다음과 같은 결과를 얻었다.열플라즈마에 의해 해리된 질소 원자 또는 질소 분자가 급속히 용융 알루미늄 속으로 용해되고, 과포화 된 질소는 외부로 방출되면서 다량의 알루미늄 증기를 동반하게 된다. 이때증발된 알루미늄과 주위의 반응가스와의 반응에 의하여 질화알루미늄이 합성되었다.질화알루미늄의 전환율을 높이기 위하여 반응가스로 질소와 암모니아를 각각 주입시켜반응성을 관찰하였다. 반응가스로 주입한 질소는 전환율의 향상에 기여하지 못했고, 암모니아를 주입시켰을 때 전환율은 급격히 향상되었으며, 암모니아의 유량을 증가시킴에 따라완전히 질화알루미늄으로 전환되었다.또한 암모니아를 여러 온도 영역에서 주입시켜 반응성을 관찰하였다. 암모니아를 고온영역에 주입시켰을 때 보다 저온영역에 주입시킨 경우 반응을 더욱 크게 나타났다. 이러한 원인은 질화알루미늄의 생성자유에너지에 근거하여 해석한 결과, 고온에서는 암모니아가 반응성이 낮은 질소로 쉽게 분해되기 때문이다. 따라서 반응율을 높이기 위하여 암모니아가 질소로 분해하는 반응을 억제시켜 알루미늄과 최대로 반응할 수 있도록 반응가스 주입위치를 결정하였다.합성된 분말의 형태는 STEM, XRD 분석결과, hexagonal의 polycrystslline으로 입경30nm의 초미립자로 분석되어 졌다. 또한 반응기구의 고찰로부터 본 공정이 다른 초미립분말의 합성에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼

Aluminum nitride(AIN) is attracted material as one of the mostpromissing for ceramic substrates because its good properties such as high thermalconductivity, high electrical resistivity, and relatively low dielectrical constant.However, a high temperature(about 1900℃) is necessary to

Aluminum nitride(AIN) is attracted material as one of the mostpromissing for ceramic substrates because its good properties such as high thermalconductivity, high electrical resistivity, and relatively low dielectrical constant.However, a high temperature(about 1900℃) is necessary to obtain a fully dense sinteredbody. Moreover, the thermal conductivity is extremely sensitive to impurity contents.To avoid these problems, studies were made on the use of high-purity ultrafineAIN powder as a raw materials for low-temperature sintering and high thermalconductivity. Ultrafine powder can be prepared through rapid quenching of materialsfrom the vapor phase, using a high-temperature source for vaporing the materials intothe vapor phase.In this paper, ultrafine AIN powder was synthesized by evaporation of Al bulk bythermal plasma. The mechanism of AIN syntehsis and the evaporation process of Albulk in thermal plasma was studied. And the following results were obtiained.Atomic nitrogen dissociated in thermal plasma or activated nitrogen molecular with Alvapor. AIN powder was synthesized by the reaction of Al vapor and reaction gas inatmosphere.To increase the conversion of Al to AIN, reactivity was investigated by injectionof nitrogen and ammonia as reacting gas. It was known that nitrogen gas injected asa reactant did not contribute to conversion. Conversion was highly increased asincreasing ammonia gas flow rate.Reactivity was also investigated for different temperature regions of ammonia gasinjection. Reactivity of ammonia gas injected at low temperature region was betterthan that of ammonia injected at high temperature region. It is reason that ammoniagas dissociate to non-activated nitrogen easily at high temperature region. And it isanlayzed by Gibbs' free energy of formation in thermodynamics. Therefore injectingpositions of ammonia gas was determined to suppress dissociating of ammonia tonitrogen in order to increase of Al to AIN.By the STEM photograph and XRD diffraction patterns, powder synthesizedconsists of hexagonal phase with average diameters of 30nm. Also, it is hoped thatthis process can be applicated widely for syntheses of other ultrafine powders.

목차 Contents

• 1. 서론...7
• 1-1. 연구배경...7
• 1-2. 연구목적...8
• 2. 연구방법...11
• 2-1. 실험장치...11
• 2-2. 실험장치 및 조건...11
• 2-3. 분석방법...11
• 3. 결과 및 고찰...14
• 3-1. 알루미늄의 증발과정...14
• 3-2. 질화알류미늄 초미립자의 전환율 제어...16
• 3-3. 합성된 분말의 형태 관찰...28
• 4. 결론...32
• 5. 인용문헌...33