[보고서]Beta-SiC 분말을 이용한 단결정 성장 기술개발

김영희

Beta-SiC 분말을 이용한 단결정 성장 기술개발 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	한국세라믹기술원
연구책임자	김영희
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2013-07
과제시작연도	2012
주관부처	산업통상자원부
사업 관리 기관	한국산업기술진흥원
등록번호	TRKO201300032174
과제고유번호	1415127959
사업명	산업기술국제협력
DB 구축일자	2014-01-13
키워드	β-탄화규소 분말.알콕사이드전구체.단결정.LED 기판.전력소자.β- SiC Powder.Alkoxide Precursor.Single crystal growing.LED substrate.Power device.

초록 ▼

핵심기술
-고순도 β-SiC 분말를 제조하기 위한 전구체 개발
-β-SiC 분말 입도를 제어를 위한 thermocycle 기술을 개발함
-고품위 SiC 단결정 성장기술
최종목표
Beta- SiC particle size: >100㎛, SiC powder purity: 99.999%, N,B, Al impurity: 10ppm
Surface Area: < 5m²/g, SiC single crystal diameter: 3 inch, Defect Density: 2/cm²
Micropipe density :< 50/cm², Dislocation density:< 500~800/cm²
개발내용 및 결과
-PVT방법을 이용하여 고품위 SiC 단결정을 제조하기 위하여 고순도 β-SiC 분말를 제조하고 입도를 제어하는 기술을 개발함.
- Silica와 carbon의 반응이 원자레벨에서 이루어지도록 하기 위해 phenyl기를 포함하고 있는 PTMS(Phenyl- trimethylsilicate)를 TEOS(Tetraethylorthosilicate)와 함께 출발 물질로 하여 SiC 전구체를 제조하고 SiC 전구체를 Ar 분위기의 1800℃에서 열처리 하여 β-SiC분말을 합성하였다. β-SiC 분말의 수율이 낮은점을 개선하고자 중간단계의 열처리 과정을 추가하여 진행하였고 그 결과 수율을 65%에서 최대 85%까지 증가시킬 수 있었으며 이결과를 특허 출원하였다. 또한 입자 사이즈를 조절하기 위해 만들어진 β
-SiC 분말의 thermal cycling 과정을 통하여 순도 99.999%의 45㎛ ~ 200㎛ 입도 분포를 가지는 β-SiC 분말을 얻었다.
- 위 분말을 단결정 성장에 적용시켜본 결과 Micro pipe density가 2.1 cm^-2~3.8cm^-2인 3 inches 4H type SiC wafer를 얻을 수 있었음.
기술개발 배경
-전체 소비 에너지의 30 ~ 35%에 달하는 전기에너지 분야에서의 효율화 및 절약기술의 개발이 필수로 되고 있으며 이 분야에서 SiC-반도체를 이용한 전력반도체소자 (power semiconductor devices)의 개발이 요구됨.
핵심개발 기술의 의의
- 전력반도체, LED 기판 등으로 SiC 단결정 기판이 주목받고 SiC 기판을 사용한 제품시장이 확대되고 있는 추세에 맞추어 초고순도 SiC 분말 시장도 급격히 증가 할 것으로 기대된다. 현재 SiC 분말은 전량 수입에 의존하고 있는데 부가가치가 높은 고순도 SiC 개발은 국내 소재 산업의 활성화뿐만 아니라 미래 경쟁력 제고 및 세계시장 선점 측면에서 중요하다고 할 것이다.
적용 분야
-Power device, Hybride car, LED substrate, PV inverters

목차 Contents

표지 ... 2
제출문 ... 3
기술개발사업 최종보고서 초록 ... 4
<기술개발사업 주요 연구성과> ... 8
목차 ... 14
제 1 장 서론 ... 15
제 1 절 과제의 개요 ... 15
제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 18
제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 18
제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 19
제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 21
제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 21
제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 22
제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 22
3.1 연구개발 추진 일정 ... 22
3.2 연구개발 추진 실적 ... 23
제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 116
- 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 116
제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망(당초 기술개발 시작 시점의 조사와 변화된 것 위주로 기술) ... 117
제 4 절 고용 창출 효과 ... 117
제 5 절 자체보안관리진단표 ... 118
부 록 : 시험성적서, 특허, 논문 겉표지 등 ... 119
1. 정제전 β-SiC 분말의 순도 분석 ... 119
2. 정제후 β-SiC 분말의 순도 분석 ... 120

표/그림 (65)

표 Fig. 1 β-SiC powder and SiC Semiconductors
표 Fig. 2 Acheson process (a) furnace (b) furnace of cross sectional view
표 Fig. 3 Structures of (a) α-SiC (b) β-SiC
표 Fig. 4 PTMS(Phenyl- trimethylsilicate)과 TEOS를 이용한 β-SiC 분말 제조 과정
표 Fig. 5 PTMS와 TEOS를 이용하여 제조한 전구체의 FT-IR data
표 Fig. 6 Proposed structure of SiC precursor
표 Fig. 7 PTMS와 TEOS를 이용하여 제조한 b-SiC 분말의 XRD data
표 Fig. 8 PTMS와 TEOS를 이용하여 제조한 b-SiC 분말의 SEM image
표 Fig. 9 PTMS와 TEOS를 이용하여 제조한 b-SiC 분말을 1800oC6시간 annealing후의 FE-SEM data
표 Fig. 10 PTMS와 TEOS를 이용하여 제조한 b-SiC 분말의 입도분포와 1800oC6시간 annealing후의 입도 분포
표 Fig. 11 Thermo cycle 후 얻은 입자 사이즈별 b-SiC 분말의 입도 분포도
표 Fig.12 SEM images of the β-SiC powders after thermocycle from 1800oC ~2030oC
표 Fig.13 TEM images of the β-SiC powders (a) KICET SiC powder prepared at 1800oC (b) Commercial product
표 Fig. 14 Carbothermal reaction중 온도에 따른 생성물의 Simulation data
표 Fig. 15 Solid NMR data of SiC precursors (a) PTMS와 TEOS로부터 제조된 전구체 (b) Phenolic resin과 TEOS로부터 제조된 전구체
표 Fig. 16 분쇄시간에 따른 실리콘 분말 입도 분포
표 Fig. 17 SiC 분말의 (a) 입도 분석 결과 및 (b) XRD 분석 결과
표 Fig. 18 SiC 분말의 SEM 분석 결과
표 Fig. 20 2차년도에 사용한muffule furnace사진
표 Fig. 21 3차년도 Scale up 실험
표 Fig. 22 3차년도 Scale up 실험
표 Fig. 23 3차년도에 사용한 고온진공반응로 (세라믹기술원 test bed) 사진
표 Fig. 24 Scale up하여 제조한 β-SiC 분말
표 Fig. 25 β-SiC 분말을 사용하여 성장시킨 4 inches 4H SiC wafer
표 Fig.1 AFM image of (0001) Si face SiC wafer after CMP.
표 Fig. 2 Cross-polarized image of 2 inch 6H-SiC wafer.
표 Fig.3 X-ray map of the wafer showing FWHM of the substrate peak.
표 Fig.4 Nomarski contrast image of (0001) Si face SiC wafer after KOH etching.(2x2mm2)
표 Fig .5 Optical image of the surface morphology (as-grown) of the 6H-SiC crystal,(0001) Si-face, (3.5x3.5mm2).
표 Fig. 6 Optical image of the as-grown (0001)Si-face after KOH etching at 450°C,20min.,(0,5x0,4mm2).
표 Fig. 7 Optical image of the polished 6H-SiC (Si- face) wafers after KOH etching at 450°C, 20min.(0,25x0,2 mm2).
표 Fig. 8 Optical image of the surface morphology of the 6H-SiC crystal.(C-face).(3,5x3,5mm2).
표 Fig. 1 Cross-polarized image of 2-inch 6H-SiC wafer
표 Fig. 2 X-ray map of the wafer showing FWHM of the substrate peak
표 Fig. 3 Nomarski contrast image of SiC wafer (0001) Si face after KOH etching.
표 그림1. X-ray rocking curve of 6H-SiC (0006) plane.
표 그림2. Raman peak of the 6H SiC single crystal wafer
표 그림3. Photoluminescence spectrum of a 6H-SiC single crystal measured at room temperature
표 그림 4. Optical microscope image (a) and SEM image (b) of micropipe etched pit in 450℃ KOH for 20 minutes.
표 그림5. AFM images and data of 6H SiC wafer after CMP
$그림6. TEM and nano beam diffraction images of 6H SiC wafer.$ 표 그림6. TEM and nano beam diffraction images of 6H SiC wafer.
표 그림7. Temperature dependence of thermal conductivity of 6H single crystal wafer.
표 그림8. Bandgap value of 6H single crystal wafer
표 그림9. 성장온도에 따른 단결정 SiC의 특성 비교 분석 결과
표 그림10. Raman spectroscopy를 통한 단결정 SiC 웨이퍼의 결정상 확인 결과
표 그림11. 단결정 SiC 웨이퍼의 X-ray rocking curves 및 반치폭
표 그림12. (a) 성장 온도 변화에 따른 SiC의 결정상 변화 mapping (b) 온도에 따른 SiC의 주요결정다형들
표 그림 13. 성장온도와 위치에 따른 SiC 단결정 웨이퍼의 열 응력 분석 결과
표 그림 14. 같은 성장공정 조건으로 만든 단결정 4H SiC의 기본적인 특성비교
표 그림 15. 4H 단결정 SiC의 위치에 따른 결정성 평가 결과
표 그림 16. TOF-SIMS를 통한 4H SiC 웨이퍼내의 불순물 측정 결과
표 그림 17. Raman spectroscopy를 통한 각 웨이퍼의 N concentration 비교 분석
표 그림 18. 각 웨이퍼의 특성에 따른 전기적 저항 비교 분석
표 그림 19. 정제 전후의 SiC powder의 크기 및 구조변화
표 그림 20. 정제 전후의 SiC powder의 화학적 성분 변화
표 그림 21. 정제 전의 powder를 이용하여 성장 시킨 SiC wafer의 X-ray rocking curves 및 반치폭
표 그림 22. 정제 후의 powder를 이용하여 성장 시킨 SiC wafer의 X-ray rocking curves 및 반치폭
표 그림 23. X-ray Topography의 측정 원리 및 측정 방법
표 그림 24. Topography방법을 통한 단결정 SiC wafer결함 분석
표 그림 25. topography방법을 통한 단결정 SiC wafer 결함 분석
표 그림 26. 정제 전후 SiC powder를 이용하여 성장시킨 단결정 SiC wafer 결함 비교
표 그림 27. 위치에 따른 SiC ingot의 열 응력 분석 결과
표 그림 28. 정제한 β-SiC powder로 성장 시킨 단결정 4H SiC ingot
표 그림 29. 단결정 4H SiC ingot의 위치에 따른 wafer의 결함분포 분석
표 그림 30. high quality 3인치 단결정 4H SiC wafer의 특성

과제명(ProjectTitle) :	-
연구책임자(Manager) :	-
과제기간(DetailSeriesProject) :	-
총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
키워드(keyword) :	-
과제수행기간(LeadAgency) :	-
연구목표(Goal) :	-
연구내용(Abstract) :	-
기대효과(Effect) :	-

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 제목(한글), 저자명(한글), 발행일자, 전자원문, 초록(한글), 초록(영문) 관리번호, 제목(한글), 제목(영문), 저자명(한글), 저자명(영문), 주관연구기관(한글), 주관연구기관(영문), 발행일자, 총페이지수, 주관부처명, 과제시작일, 보고서번호, 과제종료일, 주제분류, 키워드(한글), 전자원문, 키워드(영문), 입수제어번호, 초록(한글), 초록(영문), 목차
저장형식	Text(ASCII format) Excel format
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

Beta-SiC 분말을 이용한 단결정 성장 기술개발 원문보기

초록 ▼

목차 Contents

표/그림 (65)

표/그림 (65)

연구자의 다른 보고서 :

참고문헌 (25)

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

이 보고서와 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

Beta-SiC 분말을 이용한 단결정 성장 기술개발 원문보기

초록 ▼

목차 Contents

표/그림 (65) 모든 표/그림 보기

표/그림 (65) 슬라이드로 보기

연구자의 다른 보고서 :

김영희 (7)

참고문헌 (25)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

이 보고서와 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

표/그림 (65)

표/그림 (65)