실리콘 카바이드(SiC)란 무엇인가? 관련 기술과 생산기업

1. 실리콘 카바이드(SiC)란?

정의

• 실리콘 카바이드(SiC)는 탄화 규소로, 실리콘(Si)과 탄소(C) 원자가 결합된 화합물입니다.
• 높은 내열성과 경도를 가지며, 반도체와 내구성 재료로 폭넓게 사용됩니다.

특징

1. 내열성: 2,700℃ 이상의 고온에서도 안정성을 유지.
2. 내구성: 높은 강도와 내마모성.
3. 전기적 특성: 넓은 밴드갭(3.26eV)으로 고전압, 고온에서 안정적으로 작동.
4. 열전도성: 높은 열전도율로 열 방출이 뛰어남.
5. 화학적 안정성: 산화나 부식에 강함.

용도

• 반도체: 고효율 전력 변환 장치(전기차, 태양광 인버터, 산업용 전력 변환기).
• 원자로 연료 코팅: TRISO 연료에서 방사성 물질 격리를 위한 코팅 재료.
• 기계 부품: 고온 환경의 엔진, 터빈, 절삭 공구.
• LED: 광전자 장치의 기판 소재로 사용.

---

2. 만드는 방법

실리콘 카바이드는 주로 아크로 방식이나 화학 기상 증착(CVD) 과정을 통해 제작됩니다.

1) 아크로 방식

• 과정:
  1. 실리카(SiO₂)와 탄소(C)를 혼합.
  2. 전기로에서 고온(2,000℃ 이상)으로 가열하여 반응.
  3. SiC 결정을 생성.
• 장점:
  • 대량 생산에 적합.
  • 비교적 낮은 비용.
• 단점:
  • 결정 품질이 낮아 고급 응용 분야에는 제한적.

2) 화학 기상 증착(CVD)

• 과정:
  1. SiCl₄(실리콘 테트라클로라이드)와 CH₄(메탄)를 반응.
  2. 고온 환경에서 SiC 박막을 성장.
• 장점:
  • 고순도, 높은 품질의 SiC 제작.
  • 반도체용 웨이퍼 제조에 적합.
• 단점:
  • 고비용, 생산 속도가 느림.

3) 첨단 방법

• 액체상 성장(Liquid Phase Growth):
  • Si와 C를 용해하여 고품질 단결정을 성장.
• 3D 프린팅:
  • 정밀 부품 제작을 위한 SiC 성형 기술.

---

3. 관련 기술

1) 반도체

• SiC는 기존 실리콘(Si)보다 높은 전력 효율과 열 안정성을 제공하여 고전압 반도체 기술에 적용.
• 전기차, 태양광, 5G 통신용 전력 반도체에 필수적.

2) 방사선 차폐

• SiC의 내열성과 방사선 내성은 원자로 연료 코팅 및 차폐 응용에 이상적.

3) LED 기판

• SiC는 LED 및 고출력 광전자 기기의 기판으로 사용.

4) 복합 재료

• SiC는 금속, 세라믹과 혼합하여 항공, 자동차, 국방 산업의 경량 고강도 부품 제작에 활용.

---

4. 주요 생산 기업

1) 반도체용 SiC 생산

• Wolfspeed: SiC 웨이퍼와 전력 반도체의 글로벌 리더.
• Rohm: 일본의 반도체 제조업체로 SiC 기반 전력 반도체 개발.
• STMicroelectronics: 유럽 기반으로 전력 반도체 시장에서 SiC 제품 선도.

2) 원자력 및 고온 소재

• CoorsTek: 고온 내구성 부품 제조.
• Kyocera: SiC 기반 기계 부품과 열 교환기 제작.
• General Atomics: TRISO 연료용 SiC 코팅 개발.

3) 기계 및 구조 소재

• Morgan Advanced Materials: 고온 내구성 SiC 부품.
• 3M: SiC 기반 복합 재료와 코팅.

---

5. 결론

실리콘 카바이드(SiC)는 그 높은 내구성과 전기적 특성으로
반도체, 원자력, LED, 복합 소재 등 다양한 산업에서 핵심 재료로 사용됩니다.
제조 공정의 복잡성과 비용 문제가 있지만,
기술 발전과 생산 효율성 향상을 통해 SiC의 활용 가능성은 계속 확대될 것입니다.