초록 ▼

□연구의 목적 및 내용
소자의 고집적화에 따라 열에 의한 성능/수명저하 문제가 심각함. 특히 5G용 전자기기 및 초고집적 반도체 등 차세대 전자기기/부품에서는 현재 사용되는 방열 소재의 한계를 뛰어넘는 소재 적용이 필수적임. 이를 위해 다양한 소재가 연구되고 있으나 열적 비등방성, 고비용 등의 문제를 가지고 있음. 본 연구에서는 이를 극복하고자 촉매를 이용하여 등방성의 고열전도도(단일 소재 700W/mK, 방열 패드 적용 시 30W/mK 이상)를 가지는 입방정 질화 붕소(cBN)의 양상적용 가능 저온/저압 합성 공정을 개발하려

□연구의 목적 및 내용
소자의 고집적화에 따라 열에 의한 성능/수명저하 문제가 심각함. 특히 5G용 전자기기 및 초고집적 반도체 등 차세대 전자기기/부품에서는 현재 사용되는 방열 소재의 한계를 뛰어넘는 소재 적용이 필수적임. 이를 위해 다양한 소재가 연구되고 있으나 열적 비등방성, 고비용 등의 문제를 가지고 있음. 본 연구에서는 이를 극복하고자 촉매를 이용하여 등방성의 고열전도도(단일 소재 700W/mK, 방열 패드 적용 시 30W/mK 이상)를 가지는 입방정 질화 붕소(cBN)의 양상적용 가능 저온/저압 합성 공정을 개발하려고자 함.

□연구개발성과
본 연구에서 제안하는 촉매를 통한 입방정 질화 붕소의 저압/저온 합성에 대해 탐구하였음. 입방정 질화 붕소의 저압/저온 합성의 메커니즘을 헤테로 에피텍시와 다형성 상변환의 두가지 방법으로 나누어 연구를 진행하였음. 헤테로 에피텍시의 경우에는 크게 금속, 세라믹 그리고 액상 촉매의 세가지로 나누어 진행하였음. 질화 붕소의 전구체와의 반응을 통해 1000도에서 반응을 통해서 금속에서는 Cu, 세라믹에서는 AlN, SiO₂ 액상 촉매 중에서는 Sn에서 cBN 합성 가능성을 확인하였음. 추가적으로 다른 촉매에 대해서도 연구를 진행하였으나 이에 대한 분석은 추후에 진행할 예정임.
다형성 상변환에 대한 연구는 Halid 계열과 금속 촉매 두가지로 진행하였음. 이 경우에는 촉매의 유효성에 대해서 검증하지 못하였지만 salt 형태가 아닌 다른 형태(기상 또는 금속을 직접 활용하는 경우)에는 추가적인 검증이 필요한 상활임. 또한 이론적으로는 충분히 가능함으로 이에 대한 추가 연구가 필요한 상황임.
또한 헤테로 에피텍시에서 유효한 촉매로 검증한 Cu와 SiO2의 경우에는 제1원리를 기반으로 한 시뮬레이션을 통해서 촉매 표면에서의 질소와 붕소의 결합을 통해서 cBN의 형성에너지가 감소하는 것을 검증하였음.

□연구개발성과의 활용계획(기대효과)
본 연구의 성과를 통하여, 기존 cBN 합성 공정의 문제점을 해결하고, 대량생산을 통해 cBN 이 가지는 특유의 다양한 물성들과 가능성을 실질적으로 응용할 수 있을 것임. 대표적으로 방열소재에 적용할 수 있으며, 이는 ‘5G 전자기기’, ‘고집적 반도체소자’, ‘전기자동차 배터리’ 등에 활용됨으로서, 빠른 속도로 확대되는 관련 시장에서의 우위를 점할 수 있음. 기술적으로는 기초 소재 공정기술 개발을 통한 원천특허의 확보 및 다양한 연구 분야에 적용이 가능할 것이며, 산업적으로는 차세대 소재산업 국산화를 통해 기존의 무역 판도를 전환하고 공정 국산화를 통해 국가 경쟁력을 강화할 수 있음. 또한 사회적으로 연구 분야 확장을 통한 일자리 창출과 관련 산업 활성화를 통해 생산 활동을 증가시킬 수 있을 것으로 기대됨.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 목차 ... 5
• 1. 연구 개발 과제의 개요 ... 6
• 가. cBN의 특성 ... 6
• 나. 방열소재로의 응용 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 13
• 가. 원천 기술 확보를 위한 특허 선행 조사 ... 13
• 나. 타 특허 대비 본 연구의 차별점 ... 20
• 다. 선기획 과제 수행 결과 ... 22
• 라. 산업화 가능성에 대한 평가 ... 58
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 63
• 가. 목표 ... 63
• 나. 목표 달성여부 ... 63
• 다. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책 ... 63
• 4. 연구 결과 활용 방안 및 기대효과 ... 63
• 1) 연구개발 결과의 활용 방안 ... 63
• 2) 기대 효과 ... 64
• 3) 국내외 네트워크 형성 ... 65
• 붙임. 참고문헌 ... 68
• 끝페이지 ... 68