실리콘 카바이드 구조 및 응용 분야

탄화규소(SiC)는 매우 강하고 내구성이 뛰어난 소재로, 몇 가지 독특한 전기적 특성을 가지고 있습니다.

결정질 탄소는 서로 공유 결합된 조밀하게 밀집된 구조로 결정화되는 것을 볼 수 있습니다. 탄소 원자는 각 모서리에 탄소 원자 4개와 실리콘 원자 4개가 있는 두 개의 기본 배위 사면체를 형성하며, 이 사면체는 모서리를 통해 연결되어 폴리타입이라고 하는 다형 구조를 형성합니다.

물리적 속성

실리콘 카바이드는 모스 경도 등급이 9~10으로 알루미나와 다이아몬드 사이에 속하는 매우 단단한 소재입니다. 실리콘 카바이드는 연삭 및 가공 작업, 산업용 용광로, 절삭 공구, 펌프 및 로켓 모터의 내마모성 부품, 스케이트보드의 내마모성 그립 테이프뿐만 아니라 카보룬덤 판화(알루미늄 판에 카보룬덤 그릿을 바른 다음 롤링 베드 프레스(산)를 사용하여 종이에 인쇄하는 공정)에서 현대의 연마 재료로 광범위하게 사용됩니다.

합성 폴리카보네이트는 반응 결합 또는 소결 공정을 사용하여 합성적으로 생산할 수 있으며, 후자는 표면 확산을 방지하고 입자 경계 에너지를 수정하기 위해 소결 보조제로 0.5% 탄소 또는 0.5% 붕소를 첨가하여 성능을 향상시킵니다(산).

SiC는 다양한 기계적 특성을 지닌 인상적인 산업용 세라믹으로, 다양한 산업 환경에서 매우 유용하게 사용됩니다. 열전도율이 높고 열팽창률이 낮기 때문에 지상 전기 자동차 구동 시스템의 전력 전자장치에 사용되는 경우가 그 어느 때보다 많아졌습니다. 또한 SiC의 전기적 특성은 전기차용 트랙션 인버터 및 충전소용 DC/DC 컨버터와 같은 고전압 애플리케이션에서도 기존 실리콘 반도체를 대체할 수 있습니다.

화학적 특성

실리콘 카바이드에 질소와 인을 도핑하면 n형 반도체를 만들 수 있고, 베릴륨, 붕소, 알루미늄, 갈륨을 도핑하면 p형 반도체를 만들 수 있습니다. 실리콘 카바이드는 촘촘하고 대칭적인 구조로 인해 도핑에 이상적인 플랫폼을 제공합니다.

내화 소재는 단단하고 부서지기 쉬우며 열 전도성이 있습니다. 고온과 전압을 견딜 수 있으며 열팽창 계수가 낮아 온도 변화가 심한 애플리케이션에 사용할 때 이점을 제공합니다.

천연 모이사나이트(Csi3SiO6)는 운석과 킴벌라이트에서 찾을 수 있지만, 오늘날 판매되는 대부분의 실리콘 카바이드는 합성 실리콘입니다. 녹색에서 검은색 결정 입자부터 전력 전자 애플리케이션에 사용되는 6인치 SiC 웨이퍼에 이르기까지 다양한 형태로 제공되며, 불산과 황산을 제외한 유기산과 알칼리의 부식에 저항하는 화학적 불활성이며 물이나 기타 용매에는 불용성이지만 NaOH 또는 KOH와 같은 용융 알칼리에는 용해됩니다.

전기적 특성

실리콘 카바이드(SiC)는 전기를 전도하는 금속과 전기를 전도하지 않는 절연체 사이에 위치한 반도체 소재입니다. SiC의 전기적 특성은 온도와 구성 성분의 불순물에 따라 달라지며, 저온에서는 절연체처럼 작동하고 고온에서는 전도성이 두드러집니다. 알루미늄, 붕소 또는 갈륨 불순물을 첨가하여 자유 전하 캐리어를 증가시키고 SiC를 P형 반도체로 전환하면 SiC 전도도를 더욱 향상시킬 수 있습니다.

점토는 내마모성과 제동 강도를 높여주는 세라믹 플레이트부터 높은 열전도율과 낮은 팽창 계수로 고온 응용 분야에 사용할 수 있는 세라믹 플레이트에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 매력적인 소재로 활용되는 물리 화학적 특성을 가지고 있습니다.

또한 고유한 밴드갭 덕분에 기존 실리콘 기반 전자 장치보다 더 높은 전압과 주파수에서 작동할 수 있어 다이오드, 트랜지스터, 사이리스터와 같은 전력 장치에 완벽한 소재입니다.

열 속성

실리콘 카바이드(SiC)는 열적 특성이 뛰어난 무기 세라믹으로 다양한 용도에 적합합니다. 실리콘 카바이드는 경도로 인한 내마모성 부품 및 연마재, 열에 대한 저항성과 낮은 열팽창으로 인한 내화물 및 세라믹, 극한의 온도에서 전기를 전도하는 전자 제품 등 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.

SiC는 원자의 절반이 실리콘으로 대체된 다이아몬드 입방정 결정 구조로 인해 열 전도성이 뛰어난 효과적인 열 전도체입니다. SiC는 전자가 원자가 밴드와 전도 밴드 사이를 쉽게 이동할 수 있는 효율적인 밴드갭이 특징으로, 전자가 밴드 간 간극을 통과하는 데 과도한 에너지가 필요한 절연체에 비해 전자가 쉽게 이동할 수 있습니다.

SiC의 결정 구조는 폴리타입으로 알려진 다양한 형태를 취할 수 있습니다. 각 폴리타입은 특정 적층 순서로 쌓인 층으로 구성되어 독특한 원자 배열을 이루며, 이로 인해 SiC는 매우 높은 비열과 낮은 열팽창 계수를 갖습니다.