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실리콘카바이드의 결정성장과 디바이스 개발 현황

전문가 제언: ○ SiC는 고온에서도 기계적 강도가 낮아지지 않고 부식성이 약하기 때문에 반도체 구조재료로 선호하는 결정체이다. 그런데 SiC 결정 자체가 폴리형태(결정다형)로 되는 물성이기 때문에 재료로 알맞은 구조를 선택하는 것이 어렵다. SiC의 분말을 고온으로 가열, 증발하는 SiC 입자증기를 적당한 압력과 불활성기체 또는 탄화수소가스로 운반하여 SiC 입자성장을 하여 고 순도의 결정성장을 수행하고 있다. 이것이 흔하게 이용하는 소결에 의한 성장방법이다. 이 방법에 의하여 성장한 결정에는 규소 탄소가 혼입하여 결정결함이 많이 생기는 것을 막는 것이 소결결정을 얻는 기술이다.

○ 소결방법 이외에도 Si 융액법, SiC 승화법 등이 있는데 모두 디바이스를 위한 대형 단결정을 얻는 만족한 방법은 아니다. 최대가 외경 35mm 정도이며, 결정을 필요로 하는 소재는 대형 단결정 사용을 피하는 경향이 있다. 그래서 기판에 해당하는 결정체의 적층성장(epitaxy)를 형성하여 소재로 사용하는 추세로 나아가고 있다. 적층성장에는 액상, 기상 그리고 최근에는 분자선 적층성장법이 선호를 받고 있다.

○ 컴퓨터 또는 컴퓨터 수요자를 위하여 원거리 전송이 가능한 고전압 파워반도체 디바이스의 요구가 최근 급증하고 있는 것은 사실이다. 이를 위하여 넓은 밴드 갭 반도체 재료의 개발이 시급해지고 있다. 현재 여기에 가장 알맞은 반도체 재료가 실리콘 카바이드이다. 이 재료는 오래 전부터 차세대의 파워장치로 선전되어 있었다. SiC 단결정 제조기술이 현재로는 이 분야에서 가장 촉망 받는 기술로 인정받고 있다. 이 단결정은 400~1,200V의 범위에서 10kV, 15kHz의 파워 스위치 능력을 가지고 있는 고전압 고주파수의 파워 디바이스의 개발로 이어지게 될 것이다. 현재 이 재료에 대한 용도개발에 세계적인 이목이 집중되어 있는 것은 사실이다. 우리는 결정성장 기술이 전혀 없이 디바이스 이외에는 선도적인 역할은 하기 힘들 것이다.

저자: Tsunenobu Kimoto
자료유형: 학술정보