세라믹 실리콘 카바이드 vs 반도체 실리콘 카바이드

탄화규소 (SiC)는 흥미로운 화합물입니다. 반도체 산업과 첨단 세라믹 제품에서 찾아볼 수 있습니다. 이 때문에 사람들은 이 둘을 같은 물질이라고 생각하기 때문에 종종 혼동합니다. 하지만 사실은 그렇지 않습니다. 탄화규소는 단단하고 내마모성이 뛰어난 첨단 세라믹과 효율적이고 에너지 절약적인 반도체로 모두 활용될 수 있습니다. 두 형태 모두 동일한 특성을 공유하지만, 화학적인 구성 성분에 따라, 두 물질은 산업 분야에서 완전히 다른 두 가지 역할을 수행합니다. 세라믹 탄화규소와 반도체 탄화규소는 결정 구조, 제조 공정, 성능 특성 및 응용 분야에서 상당한 차이를 보입니다.

원료 순도 요구 사항

세라믹 등급 탄화규소는 순도 요건이 비교적 낮습니다. 일반 산업용 제품의 경우 일반적으로 90%에서 98% 사이입니다. 고성능 구조용 세라믹은 98%~99.5%의 순도를 요구할 수 있습니다. 예를 들어, 반응 소결 SiC는 낮은 유리 규소 함량을 요구합니다. 이는 소량의 불순물을 허용하기 때문입니다. 경우에 따라 알루미나(Al₂O₃)나 이트리아(Y₂O₃)와 같은 소결 보조제가 첨가됩니다. 이러한 첨가제는 소결 성능을 향상시키고, 소결 온도를 낮추고 최종 제품의 밀도를 높이는 데 도움이 됩니다.

반도체급 탄화규소는 매우 높은 순도를 요구합니다. 기판 레벨 단결정 SiC는 ≥99.9999%(6N) 순도를 가져야 합니다. 일부 고급 응용 분야에서는 7N(99.99999%) 순도를 요구합니다. 불순물 농도, 특히 붕소(B), 알루미늄(Al), 바나듐(V)은 10¹⁶ atoms/cm³ 이하로 유지해야 합니다. 철(Fe)이나 붕소(B)와 같은 미량의 불순물도 전기적 성능에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 캐리어 산란, 절연파괴강도 감소, 그리고 소자 성능 및 신뢰성 저하로 이어집니다.

결정 구조 및 품질

세라믹 등급의 탄화규소는 일반적으로 다결정 분말 또는 소결체로 존재합니다. 이는 무작위로 배열된 작은 SiC 결정으로 구성됩니다. 결정 구조는 α-SiC 및 β-SiC와 같은 여러 결정 형태를 포함합니다. 단결정 유형에 대한 엄격한 요건은 없습니다. 재료의 밀도와 균일성에 중점을 둡니다. 내부 구조에는 결정립계와 작은 기공이 있습니다. 또한 알루미나나 이트리아와 같은 소결 보조제가 포함될 수 있습니다.

반도체급 실리콘 카바이드는 단결정 기판 또는 에피택셜층이어야 합니다. 결정 구조는 고도로 정렬되어 있으며, 특정 결정 유형을 제어해야 합니다. 4H-SiC 및 6H-SiC와 같은 고정밀 결정 성장 기술이 사용됩니다. 전자 이동도 및 밴드갭과 같은 전기적 특성은 결정 유형에 매우 민감합니다. 4H-SiC 결정 유형은 전력 소자에 적합하며, 높은 캐리어 이동도와 절연 파괴 강도를 제공합니다.

준비 과정

세라믹 등급 탄화규소의 제조 공정은 비교적 간단합니다. 분말 제조, 성형, 그리고 소결을 포함합니다. 이 공정은 "벽돌 소성"과 유사합니다. 일반적으로 미크론 크기의 산업용 SiC 분말을 바인더와 혼합합니다. 이 혼합물을 성형합니다. 그런 다음 고온(1600°C~2200°C)에서 소결합니다. 이 과정에서 입자 간 확산이 일어나 재료의 밀도가 높아집니다. 일반적으로 90% 이상의 밀도면 충분합니다. 이 공정은 정밀한 결정 성장 제어를 필요로 하지 않습니다. 성형 및 소결의 안정성과 일관성에 중점을 둡니다. 이러한 유연성 덕분에 복잡한 모양의 부품 생산이 가능합니다. 원료 순도 요구 사항은 비교적 낮습니다.

반도체급 실리콘 카바이드의 제조 공정은 훨씬 더 복잡합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다. 고순도 분말 제조단결정 기판 성장, 에피택셜층 증착, 그리고 소자 제조. 단결정 기판은 일반적으로 물리 기상 수송(PVT) 기술을 사용하여 성장됩니다. 이 기술은 고온(2200°C~2400°C)과 고진공 조건을 필요로 합니다. 결정의 무결성을 보장하기 위해서는 온도 구배(±1°C)와 압력을 정밀하게 제어해야 합니다. 이후 화학 기상 증착(CVD) 기술을 사용하여 에피택셜층을 성장시킵니다. 이 공정은 클래스 10 클린룸과 같은 초청정 환경에서 진행되어야 합니다. 재료 성능을 유지하려면 오염을 방지해야 합니다. 이 공정은 매우 정밀하며, 엄격한 원료 순도(>99.9999%) 및 장비 표준이 요구됩니다.

비용 차이와 시장 집중도

세라믹 등급의 탄화규소는 가격이 저렴합니다. 산업용 SiC 분말과 더 간단한 제조 공정을 사용합니다. 톤당 가격은 일반적으로 수천 위안에서 수만 위안에 이릅니다. 시장 적용 범위는 광범위하며, 주로 연마재, 내화재, 기타 비용에 민감한 산업을 대상으로 합니다.
반도체급 실리콘 카바이드는 매우 비쌉니다. 기판 준비 공정이 길고, 결함 제어가 까다로우며, 수율이 낮습니다. 6인치 기판은 수천 달러에 달할 수 있습니다. 이 시장은 전력 반도체 소자와 RF 부품 등 첨단 전자 분야에 집중되어 있습니다. 전기차 및 5G 통신과 같은 산업의 급속한 성장으로 시장 수요가 급증하고 있습니다.

응용분야

세라믹 등급의 탄화규소는 "산업용 강자"입니다. 주로 구조재로 사용되며, 높은 경도와 내마모성 등 우수한 기계적 성질을 가지고 있습니다. 또한 고온 저항성과 내산화성 등 뛰어난 열적 성질을 가지고 있습니다. 연마재(연삭 휠, 사포), 내화재(로 라이닝), 내마모성/내식성 부품(펌프 본체, 파이프 라이닝)에 널리 사용됩니다.

반도체급 실리콘 카바이드는 "전자 분야의 엘리트"입니다. 넓은 밴드갭 반도체 특성을 활용하여 전자 기기에 독보적인 장점을 제공합니다. 전기차용 인버터나 전력망용 컨버터와 같은 전력 소자에서는 전력 변환 효율을 높이고 에너지 손실을 줄입니다. 5G 기지국이나 레이더와 같은 RF 기기에서는 반도체 SiC가 작동 주파수와 신호 전송 성능을 향상시킵니다. 또한 청색 LED 기판과 같은 광전자 소자에도 사용되어 밝은 청색 광원을 구현합니다.

에픽 파우더

결론적으로, Epic Powder는 세라믹 및 반도체 등급 실리콘 카바이드 생산 발전에 중요한 역할을 합니다. 볼 밀, 제트 밀, 분급기와 같은 최첨단 분쇄 장비를 제공함으로써 Epic Powder는 다양한 응용 분야에서 엄격한 순도, 구조 및 성능 요건을 충족하는 원료를 공급합니다. 당사의 맞춤형 솔루션은 세라믹부터 반도체에 이르기까지 다양한 산업을 지원하며, 소재 가공 분야에서 최고 수준의 기준을 제공하고 다양한 분야의 기술 발전을 촉진합니다.