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승화방법에 의한 SiC 단결정 성장

전문가 제언: ○ SiC는 압력에 따라 승화온도가 현저히 다르다. 1기압에서는 2500℃, 감압에서는 2000℃부근에서 분해와 승화가 일어난다. 기상중의 성분은 Si, Si2C, SiC2이다. 저온부에서 SiC가 재결정되어 나온다. 승화방법은 루리(Lely)법으로 불리고 있다. 이 방법은 고 순도, 고품질의 소형(1mm3정도)단결정을 얻는 유일한 방법이다.

○ 최근에는 결정씨앗을 사용하는 개량 형이 보급되어 인치크기의 대형단결정이 얻어지게 되었다. 재래 승화 법의 성장장치는 외경 100mm, 길이 150mm정도의 흑연용기 안에 다공질 흑연의 격실을 설치, 격실과 용기내벽사이에 고 순도 SiC의 결정분말을 충전한다. 1기압의 Ar분위기에서 2200~2600℃에서 결정을 성장한다.

○ 결정씨앗을 사용해서 감압한 상태에서 SiC를 승화해서 대형 벌크 단결정을 성장하기 시작한 것은 1978년경이다. 당시의 성장장치는 외경 35mm, 내경 20mm정도의 흑연도가니에 SiC분말을 15g정도 충전하고 흑연도가니 뚜껑의 중앙하부에 도가니 내경보다 약간 작은 두께 1mm정도의 결정씨앗 판을 설치하여 결정을 성장하기 시작하였다.

○ 특허에 소개하는 성장방법은 종전의 성장장치의 내부를 약간 보완한 장치를 선보이는 정도이다. 도가니내부에서 생기는 Si, Si2C, SiC2불순물을 제거하여 고품질의 SiC단결정을 얻었다는 것은 높이 평가할 만한 기술이다. 다형인 4H-, 6H-형 SiC(육방정계; 청색SiC)단결정은 성장하기 쉽기 때문에 씨앗도 다형을 사용하는 것이 좋다.

○ 중소기업에서 연마제 용도로 오래전부터 SiC를 생산하고 있다. 광전소재 기판용 SiC의 생산은 한국에는 없는 것으로 알고 있다. 대학과 연구기관에서 SiC결정성장에 대한 연구는 활발하게 진행되고 있다. SiC연구와 산업화가 가장 발달한 나라는 일본이다. 한국에서도 LG이노택이 고 순도SiC 생산을 추진하고 있는 것으로 알고 있다.
key words; 1. 승화에 의한 결정성장 2. SiC단결정 3. 온도구배 4. 6H-형 SiC 5. 15R-형 SiC

저자: Gupta, Arinash, K. et al.
자료유형: 특허정보