1. 탄화규소 소개
탄화규소(SiC)는 실리콘과 탄소의 화합물로, 뛰어난 경도, 열전도도, 내열성으로 잘 알려져 있습니다. 반도체, 연마재, 세라믹, 고성능 전자 제품 등 다양한 산업 분야에 폭넓게 활용되고 있습니다.
2. 역사와 발견
SiC는 19세기 후반 미국 화학자 에드워드 애치슨이 합성 다이아몬드를 개발하려던 중 처음 발견했습니다. 그는 대신 매우 단단하고 열적으로 안정적인 물질을 합성했고, 이를 연마재로 최초로 상업적으로 활용하게 되었습니다.
3. 탄화규소의 특성
3.1 물리적 특성
- 매우 단단함(모스 경도 9.5, 다이아몬드 바로 아래)
- 높은 녹는점(~2,730°C)
- 우수한 열전도도
- 가볍고 강도가 높다
3.2 화학적 특성
- 산화 및 화학적 부식에 강함
- 고온 환경에서도 안정적
- 물과 대부분의 산에 녹지 않음
3.3 전기적 특성
- 고전력 응용 분야에 적합한 넓은 밴드갭(~3.26 eV)
- 높은 파괴전압
- 반도체 및 전력 전자 분야에 적합
4. 탄화규소 제조 공정
탄화규소는 주로 애치슨 공정을 통해 제조되는데, 이 공정은 규사와 탄소(일반적으로 코크스)의 혼합물을 전기로에서 가열하는 방식입니다. 이를 통해 고순도 SiC 결정이 생성됩니다.
4.1 일반적인 제조 방법
- 애치슨 프로세스: 연마재와 내화물용 대량 SiC를 생산합니다.
- 기상 증착: 고순도 반도체급 SiC에 사용됩니다.
- 반응 결합: 산업용 SiC 세라믹을 형성합니다.
5. 탄화규소의 응용
5.1 연마재 및 절삭 공구
SiC는 매우 단단하기 때문에 연삭 휠, 사포, 절삭 공구에 널리 사용됩니다.
5.2 전자 및 반도체
탄화규소는 열 안정성이 높고 밴드갭이 넓어 전력 전자, MOSFET, 고주파 장치에 적합합니다.
5.3 자동차 및 항공우주
SiC 기반 소재는 고성능 엔진과 항공우주 응용 분야를 위한 경량 세라믹 부품에 사용됩니다.
6. 실리콘 카바이드의 장점
- 뛰어난 경도와 내구성
- 뛰어난 열적 및 전기적 특성
- 마모, 산화 및 극한 온도에 강함
- 친환경적이고 에너지 효율적인 응용 분야
7. 실리콘 카바이드의 미래 동향
전기 자동차, 5G 기술, 고전력 반도체에 대한 수요가 증가함에 따라 SiC 산업은 앞으로 몇 년 안에 상당한 성장이 예상됩니다.
