CVC법에 의한 SiC 합성 기술

CVC법에 의한 SiC 합성 기술 

반도체의 고집적화에 따라 많은 열이 발생하므로 효과적인 냉각을 위해서 열전도

도가 높고 전기 절연성이 높은 탄화규소의 사용이 증가하고 있다. 열확산율은 구리

보다도 우수하며 특히 반도체 chip에 사용 시 수직방향 뿐만 아니라 수평방향으로

의 방열성이 요구되므로 탄화규소는 그 중요성이 증가하고 있다. 그 이외에 필요한

물성은 기판과의 열팽창계수의 유사성, 반도체 공정 중에서의 강도 및 산이나 알칼

리에 대한 내구성 등이 있다.

SiC 원료의 제조법으로서 카보런덤사가 개발한 실리카와 코크스를 환원반응을 통

하여 α형 SiC를 합성하는 방법이 상용화되었으나 고순도의 원료를 얻는 데는 한계

가 있다. 이는 고상 원료의 혼합공정에 기인하며 모든 실리카 성분이 환원되지 않

아 미반응 실리카와 탄소가 잔류하게 되어 불산을 이용한 실리카 제거와 산화에 의

한 탄소 제거가 필요하다(11).

최근 일본의 Bridgestone사에서는 알콕사이드 화합물 용액과 유기 올리고머 용액을

출발물질로 이용하는 신규 precursor법에 의해 탄화규소를 합성하였다. 규소원 액체

와 탄소원 액체를 가수분해와 중합한 후 이것을 건조 및 탄화함으로써 실리카와 탄

소의 혼합물을 얻을 수 있는데 혼합물을 열탄소환원하여 탄화규소 분체를 얻는다.

이 방법에 의해 각 금속 불순물의 함유량은 ppm 이하의 수준으로 낮출 수 있다.

CVC(chemical vapor condensation)법은 가스응축법(inert gas condensation method)

의 포집기술과 CVD법 또는 에어로졸법의 장점을 합쳐 나노분말을 합성하는 방법이

다(12). <그림 4>와 같이 전구체를 증발 및 반응시키는 부분과 형성된 나노분말을 포

집하는 부분으로 구성된다.

CVC법은 화염 또는 반응로 속으로 초기 원료인 금속 유기물 전구체를 통과시켜

전구체를 열분해 시키고, 열분해에 의해 활성화된 금속원자를 다른 가스와 반응시

켜 산화물, 질화물, 탄화물 등의 나노분말을 제조할 수 있는 방법이다.

고순도 SiC는 전량 수입에 의존하며 광전소자, 반도체, 에너지 산업용 소재의 응용

확대에 따라 급격한 성장이 예상되어 SiC 입자의 저온 합성 기술이 주목을 끌고 있

다.

저온에서 SiC 나노입자를 합성하는 기술로 탈염소중합과 CVC 법을 이용하는 방법

을 보면 Dichloromethylphenylsilnae(MPDS) monomer로 부터 탈염소중합에 의해

Polymethylphenylsilane(PMPS)를 합성한 후, 열분해 방법으로 저분자량

및 고분자량 (604~6390 g/mol)의 Polyphenylcarbosilane(PPCS)를 합성시킨다.

합성된 저분자량의 polyphenylcarbosilane을 이용하여 CVC 방법으로 100nm 크기의

균일한 SiC 나노입자 제조가 가능하다. 1200℃에서 SiC 나노입자가 생성되고, 얻어

진 분말의 주결정상은 β-SiC이다.