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핵심기술
실리콘 폐기물을 여러 영향을 고려한 부유선별과 leaching을 거쳐 캐스팅하기까지 방법 및 시스템 개발
최종목표
실리콘 회수 기술 개발로 실리콘 순도 3N (Casting이전)을 달성한다. 분리에 필요한 최적의 계면활성제를 선정하고, 산처리 방법에 대한 recipe를 확보하여 시스템을 개발하고, 실리콘 조형물을 얻기 위하여 캐스팅 장비를 제작하고 이를 바탕으로 4N이상의 순도를 갖는 실리콘 잉곳을 만든다.
개발내용 및 결과
폐 실리콘 슬러지를 분석한 결과 실리콘과 알루미나가 혼재되어 있는 상태

핵심기술
실리콘 폐기물을 여러 영향을 고려한 부유선별과 leaching을 거쳐 캐스팅하기까지 방법 및 시스템 개발
최종목표
실리콘 회수 기술 개발로 실리콘 순도 3N (Casting이전)을 달성한다. 분리에 필요한 최적의 계면활성제를 선정하고, 산처리 방법에 대한 recipe를 확보하여 시스템을 개발하고, 실리콘 조형물을 얻기 위하여 캐스팅 장비를 제작하고 이를 바탕으로 4N이상의 순도를 갖는 실리콘 잉곳을 만든다.
개발내용 및 결과
폐 실리콘 슬러지를 분석한 결과 실리콘과 알루미나가 혼재되어 있는 상태로 있음을 확인하였고 이를 부유선별법의 원리를 이용하여 실리콘과 알루미나 입자를 분리하고 leaching하여 3N 순도의 실리콘 슬러지를 얻는다. 이를 캐스팅하여 고순도인 4N grade 실리콘 잉곳을 얻었다.
기술개발배경
반도체 백그라인딩 공정에서 나오는 국내의 실리콘 폐기양은 국내 웨이퍼 생산량과 수입 웨이퍼의 소비량을 합한 규모 대비 60 - 90%가 폐기물로 버려지고 있으며, 이를 재활용하는 기술이 국내에 장착되어 있지 않은 관계로 폐기물로 버려져 환경을 오염시키고 희유금속임에도 불구하고 국외로 반출되는 일들이 발생하여 실리콘의 가격을 상승시키는 등의 문제점을 개선하기 위함
핵심개발기술의 의의
기존 기술 대비 원가경쟁력이 있는 기술의 개발 및 새로운 적용분야의 창출로 실리콘 폐기물의 실제 적용에 의의가 있으며, 전제 공정 및 개발을 국산화하여 자체 시장에 적용할 예정임.
적용분야
실리콘을 주재료로 사용하는 여러 가지 전자제품의 기판에 활용을 할 예정이며 특히 구체적으로는 엘이디용 서브마운트 기판과 조명용 방열기판에 실리콘의 장점인 탁월한 가공성과 IC와 열팽창계수가 비슷한 점을 이용한 고 신뢰도 확보가 중요한 기판 부분에 주로 활용할 계획이다.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 2
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 7
• 목차 ... 12
• 최종보고서 요약서 ... 16
• 제1장 서론 ... 19
• 제1절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 19
• 1. 사업추진 배경 ... 19
• 가. 태양광 기술 ... 19
• 나. 태양전지 산업 ... 22
• 1) 태양전지 산업 동향 ... 23
• 2) 태양전지의 종류 ... 24
• 가) 결정질 실리콘 전지 ... 24
• 나) 박막 태양전지 ... 24
• 다) 유기 태양전지 ... 24
• 라) 집광형 태양전지 ... 25
• 다. 실리콘 시장 현황 ... 25
• 라. 실리콘 원소재의 중요성 ... 27
• 2. 실리콘 잔여물의 수급 ... 30
• 가. 단결정 실리콘 웨이퍼 제조과정에서의 부산물 ... 30
• 나. 반도체 제조공정에서 발생되는 부산물 ... 31
• 3. 개발기술의 필요성 ... 33
• 제2절 국내·외 관련 기술의 현황 ... 36
• 1. 실리콘 제조 기술 현황 ... 36
• 가. 실리콘 제조 기술 ... 36
• 나. 실리콘 잉곳(Ingot) 제조 기술 ... 38
• 1) 단결정 실리콘 잉곳 제조 기술 ... 39
• 2) 다결정 실리콘 잉곳 제조 기술 ... 41
• 2. 실리콘 슬러지 재활용 기술 동향5) ... 42
• 가. 분리회수 기술 ... 43
• 나. 제조 기술 ... 45
• 제3절 기술개발 시 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 46
• 1. 기대효과 ... 46
• 2. 사업성과 활용방안 ... 47
• 제2장 기술개발 내용 및 방법 ... 48
• 제1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 48
• 1. 주관 사업 ... 48
• 가. 최종 목표 ... 48
• 나. 평가 기준 및 평가 방법 ... 49
• 2. 위탁 사업 (고등기술연구원) ... 49
• 가. 최종 목표 ... 49
• 나. 평가 기준 및 평가 방법 ... 50
• 제2절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 50
• 1. 주관 기관 ... 50
• 가. 1차년도 개발 내용 및 개발 범위 ... 50
• 나. 2차년도 개발 내용 및 개발 범위 ... 52
• 2. 위탁 기관(고등기술연구원) ... 53
• 가. 1차년도 개발 내용 및 개발 범위 ... 53
• 나. 2차년도 개발 내용 및 개발 범위 ... 54
• 제3장 결과 및 사업화 계획 ... 55
• 제1절 연구개발 최종 결과 ... 55
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 55
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 56
• 가. 공정개발 ... 56
• 1) 전처리 및 고순도화 공정 기술개발 ... 56
• 2) 캐스팅 공정 기술개발 (실리콘 잉곳 제조) ... 56
• 나. 시스템 개발 ... 56
• 1) 부유선별기 제작 ... 56
• 2) 캐스팅 시스템 ... 56
• 다. 발표 실적 ... 56
• 1) 지식 재산권(특허) ... 56
• 2) 학회발표 ... 57
• 3. 기술개발 결과 ... 58
• 가. 폐 실리콘 슬러지 분석 ... 58
• 나. 실리콘과 알루미나의 분리를 위한 최적의 계면활성제 선정 ... 65
• 다. 계면활성제의 효과 부각을 위한 최적의 산화막 제거 공정 ... 67
• 라. 실리콘 추출 및 실리콘과 알루미나 분리 ... 73
• 1) 전리수에 의한 실리콘 및 알루미나의 분리 ... 73
• 2) 실리콘 및 알루미나 분리에 대한 pH의 영향 ... 74
• 3) 실리콘 및 알루미나 분리에 대한 과산화수소(H2O2)의 영향 ... 78
• 4) 실리콘 및 알루미나 분리에 대한 공기주입과 초음파의 영향 ... 79
• 5) AR(Aspect Ratio)에 따른 부유물과 침전물의 입자 움직임에 대한 영향 ... 82
• 마. 분리 공정 및 전·후처리 시스템의 구성 ... 84
• 1) 액상분급법에 의한 실리콘 및 알루미나의 분리 공정 ... 84
• 2) 부유선별법에 의한 실리콘 및 알루미나의 분리 공정 ... 89
• 3) Leaching 효과에 의한 고순도 실리콘의 회수 ... 101
• 바. 고순도 실리콘 분말의 진공용해 장치 설계 및 캐스팅 기술 개발 ... 107
• 사. 고체 실리콘 잉곳의 평가, 분석 및 판매 가능성 확인 ... 114
• 제2절 연구개발 추진 체계 ... 116
• - 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 116
• 제3절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 116
• 1. 시장 현황 ... 116
• 2. 사업화 전망 ... 118
• 부록 ... 120