폐실리콘 슬러지의 재활용(再活用) 기술(技術)에 관한 특허동향(特許動向) 분석(分析)

길대섭,장희동,강경석,한혜정,Kil, Dae-Sup,Jang, Hee-Dong,Kang, Kyung-Seok,Han, Hye-Jung 한국자원리싸이클링학회 2008 資源 리싸이클링 Vol.17 No.4

Silicon wafer is used in making semiconductor device of various forms in the semiconductor industry. Silicon wafer is produced by cutting silicon ingot and sludge containing silicon results from cutting process. The amount of silicon sludge is increasing owing to the usage of semiconductor device in many industry sectors. These days the recycling technologies of the waste silicon sludge has been widely studied from view point of economy and efficiency. In this study, patents on the recycling technologies of the waste silicon sludge were analyzed. The range of search was limited in the open patents of USA, European Union, Japan, and Korea up to september, 2007. Patents were collected using key-words and filtered by filtering criteria. The trend of the patents was analyzed by the years, countries, companies, and technologies. 반도체 산업에서는 다양한 형태의 반도체 소자를 제조하기 위하여 실리콘 웨이퍼가 사용되고 있다. 실리콘 웨이퍼는 실리콘 잉곳의 절단으로부터 만들어지며 이 공정에서 실리콘 슬러지가 발생한다. 반도체 소자의 사용처가 점점 증가함에 따라 실리콘 슬러지의 발생량 또한 증가하고 있는 실정이다. 최근 경제적 측면과 효율성 측면에서 폐실리콘 슬러지의 재활용 기술이 폭넓게 연구되고 있다. 본 연구에서는 폐실리콘 슬러지의 재활용에 관한 특허 기술을 분석하였다. 분석범위는 2007년 9월까지 미국, 유럽연합, 일본과 한국에서 출원 및 공개된 특허로 제한하였다. 특허들은 전체적으로 검색어를 사용하여 수집되었고, 기준 기술 이외의 것을 여과하였다. 특허기술의 경향은 년도와 국가별, 기업 및 관련기술 분야별로 분석되었다.

에어로졸 자기조립에 의한 실리카 나노분말의 표면개질

길대섭,장희동,장한권,조국,김선경,오경준,최진훈,Kil, Dae-Sup,Jang, Hee-Dong,Chang, Han-Kwon,Cho, Kuk,Kim, Sun-Kyung,Oh, Kyoung-Joon,Choi, Jin-Hoon 한국재료학회 2010 한국재료학회지 Vol.20 No.2

Surface modification of silica nanoparticles was investigated using an aerosol self assembly. Stearic acid was used as surface treating agent. A two-fluid jet nozzle was employed to generate an aerosol of the colloidal suspension, which contained 20 nm of silica nanoparticles, surface modifier, and ethyl alcohol. Powder properties such as morphology, specific surface area and pore size distribution were analyzed by SEM, BET and BJH methods, respectively. Surface properties of the silica power were analyzed by FT-IR. The OH bond of the $SiO_2$ surface was converted to a C-H bond. It was revealed that the hydrophilic surface changed to a hydrophobic one due to the aerosol self assembly. Morphology of the surface treated powder was nanostructured with lots of pores having an average diameter of around $2\;{\mu}m$. Depending on the stearic acid concentration (0.25 to 1.0 wt%), the pore size distribution of the particles and the degree of hydrophobicity ranged from 1.5 nm to 180 nm and 29.6% to 50.2%, respectively.

석탄회로부터 제조된 $\beta-Sialon$의 고온산화반응

길대섭,김원백,이재천,장희동,Kil Dae-Sup,Kim Won-Baek,Lee Jae-Chun,Jang Hee-Dong 한국자원리싸이클링학회 2003 資源 리싸이클링 Vol.12 No.5

국내의 화력발전소에서 발생되는 Fly ash와 활성탄을 원료로 사용하여 환원질화방법에 의해 $\beta$-Sialon 분말을 합성하였다. 분말합성은 $1,450^{\circ}C$에서 10시간 동안 질소분위기에서 합성하였으며, 또한 소결체 제조는 $1,550^{\circ}C$에서 3시간 동안 관상로에서 소결하였다. 본 실험에서 합성된 $\beta$-Sialon의 z value는 2.15이었으며 XRD 분석결과 $\beta$-Sialon 이외에 소량의 $SiO_2$와 $_FeSi{x}$ 가 일부 확인되었다. $\beta$-Sialon 소결체는 20시간 동안의 고온산화 결과 1,31$0^{\circ}C$까지는 열적으로 매우 안정하나 $1,360^{\circ}C$ 부근에서는 급격한 무게의 증가를 나타냈다. $1,360^{\circ}C$에서 10시간 고온산화 후 산화층은 mullite로 상전이가 일어났다. $\beta$-Sialon is synthesized by carbo-thermal reduction and nitriding (CTRN) method, using the Fly ash from power plant. $\beta$-Siaion is synthesized at $1,450^{\circ}C$ for 10 hours, and sintered at $1,550 ^{\circ}C$ for 3 hours in nitrogen atmosphere. The XRD analytical results show that the sintered $\beta$-Sialon contains $SiO_2$ and $FeSi_{x}$ of inter-metallic compound. The sintered $\beta$-Sialon is stable against the oxidation at the temperature of 1,31$0^{\circ}C$ for 20 hours. The weight of the sample increases rapidly by oxidation reaction at $1,360^{\circ}C$. The oxide scale is consisted with mullite phase when it is oxidized at the temperature of $1,360 ^{\circ}C$ for 10 hours.

특허(特許)와 논문(論文)으로 본 실리콘 슬러지의 재활용(再活用) 기술(技術) 동향(動向)

장희동,길대섭,장한권,조영주,조봉규,Jang, Hee-Dong,Kil, Dae-Sup,Chang, Han-Kwon,Cho, Young-Ju,Cho, Bong-Gyoo 한국자원리싸이클링학회 2012 資源 리싸이클링 Vol.21 No.4

반도체 및 태양광 산업에서는 반도체 소자 및 솔라셀을 제조하기 위하여 실리콘 웨이퍼가 사용되고 있다. 실리콘 웨이퍼는 실리콘 잉곳의 절단으로부터 만들어지며 이 공정에서 실리콘 슬러지가 발생한다. 반도체 소자의 사용처가 점점 증가함에 따라 실리콘 슬러지의 발생량 또한 증가하고 있는 실정이다. 최근 경제적인 측면과 효율성에 관한 측면에서 실리콘 슬러지의 재활용 기술이 폭넓게 연구되고 있다. 본 연구에서는 실리콘 슬러지의 재활용 기술에 대한 특허와 논문을 분석하였다. 분석범위는 1982년~2011년까지의 미국, EU, 일본, 한국의 등록/공개된 특허와 SCI 논문으로 제한하였다. 특허와 논문은 키워드를 사용하여 수집하였고, 기술의 정의에 의해 필터링하였다. 특허와 논문의 동향은 연도, 국가, 기업, 기술에 따라 분석하여 나타내었다. Silicon wafer for making semiconductor devices and solar cell is used in the semiconductor and solar industry, respectively. Silicon wafer is produced by cutting with silicon ingot and sludge contains silicon occurs from cutting process. Generation of silicon sludge is increasing on developing all industry sectors which have need of semiconductor device. These days it has been widely studied for the recycling technologies of the silicon sludge from view points of economy and efficiency. In this paper, patents and paper on the recycling technologies of the silicon sludge were analyzed. The range of search was limited in the open patents of USA (US), European Union (EU), Japan (JP), Korea (KR) and SCI journals from 1982 to 2011. Patents and journals were collected using key-words searching and filtered by filtering criteria. The trends of the patents and journals was analyzed by the years, countries, companies, and technologies.

[환경] 비산회로부터 회수한 미연탄소분의 전자현미경을 이용한 특성분석

안양규(Yang-kyu Ahn),길대섭(Dae-Sup Kil) 한국분석과학회 2002 분석과학 Vol.15 No.6

실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체 제조 및 리튬이온전지 응용

김찬미,김선경,장한권,길대섭,장희동,Kim, Chan Mi,Kim, Sun Kyung,Chang, Hankwon,Kil, Dae sup,Jang, Hee Dong 한국화학공학회 2018 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.56 No.1

리튬이온전지의 음극재로 높은 이론적인 용량과 낮은 방전 전위 및 무독성을 가진 실리콘이 높은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 리튬이온전지의 고효율 음극재로 활용을 위한 실리콘-탄소나노튜브-탄소(Si-CNT-C) 복합체를 제조하였다. 복합체 제조를 위해서는 에어로졸 자기조립과 후 열처리 공정을 사용하였다. 제조된 Si-CNT-C 복합체는 구형이었으며 평균 입자크기는 $2.72{\mu}m$이었다. 복합체의 크기는 실리콘 및 탄소나노튜브의 농도가 증가할수록 커지는 것을 확인하였다. Si-CNT-C 복합체는 탄소나노튜브와 글루코스에서 탄화된 탄소가 실리콘 입자들을 중심으로 표면에 부착된 형태이었다. 제조된 Si-CNT-C 복합체는 전기화학 분석을 통해 순수한 실리콘보다 우수한 사이클 성능을 보여주고 있음을 확인하였다. Silicon has attracted extensive attention due to its high theoretical capacity, low discharge potential and non-toxicity as anode material for lithium ion batteries. In this study, Si-CNT-C composites were fabricated for use as a high-efficiency anode material in a lithium ion battery. Aerosol self-assembly and post-heat treatment processes were employed to fabricate the composites. The morphology of the Si-CNT-C composites was spherical and an average particle size was $2.72{\mu}m$. The size of the composite increased as concentration of Si and CNT increased in the precursor solution. In the Si-CNT-C composites, CNT and C carbonized from glucose were attached to the surface of Si particles. Electrochemical measurement showed that the cycle performance of Si-CNT-C composites was better than that of silicon particles.

$\textrm{TiH}_2$ 분말의 소결

김원백,최국선,서창열,길대섭,하호,Kim, Won-Baek,Choi, Good-Sun,Suh, Chang-Youl,Kil, Dae-Sup,Ha, Ho 한국재료학회 1999 한국재료학회지 Vol.9 No.3

티타늄 수소화물(TiH$_2$) 분말을 원료로 사용하여 Ti 소결체를 제조하였다. 원료분말은 수소화-탈수소화법(HDH법)에 의해 제조한 상용분말이었으며 비교를 위해 동일한 입도를 갖는 Ti 분말도 함께 소결하였다. $TiH_2$는 소결체의 밀도를 현저하게 촉진하였으며 $TiH_2$$\longrightarrow$$Ti+H_2$의 탈수소반응에 의해 생성되 청정한 Ti분말이 소결을 촉진하기 때문인 것으로 판단된다. 같은 이유로 $TiH_2$소결체의 산소농도는 Ti 소결체보다 낮게 나타났다. 소결체의 잔류수소는 소결온도가 증가함에 따라 감소하였으며 $1200^{\circ}C$ 이상에서는 5 ppm 이하의 낮은 값을 나타냈다. 소결체의 경도는 소결밀도 및 산소량에 비례하는 것으로 나타났다. $TiH_2$분말의 cubic$\longrightarrow$tetragonal 변태온도는 X-선 회절분석 결과 $16~20^{\circ}C$ 구간으로 밝혀졌다.

Synthesis of Tetramethylorthosilicate (TMOS) and Silica Nanopowder from the Waste Silicon Sludge

장희동,장한권,조국,길대섭,Jang, Hee-Dong,Chang, Han-Kwon,Cho, Kuk,Kil, Dae-Sup The Korean Institute of Resources Recycling 2007 資源 리싸이클링 Vol.16 No.5

폐실리콘 슬러지로부터 테트라메틸오쏘실리케이트(TMOS)와 실리카 나노분말을 제조하였다. 먼저, 실리카 나노분말의 전구체인 TMOS를 폐실리콘 슬러지로부터 촉매 화학반응에 의해 합성하였다. TMOS의 합성실험에서 반응온도가 $130^{\circ}C$ 이상에서는 반응시간이 5시간 경과 시 반응온도에 무관하게 100%의 반응율을 나타내었다. 그러나 $150^{\circ}C$ 이상에서는 초기 반응속도가 빨라졌다. 메탄올 주입속도를 0.8 ml/min에서 1.4 ml/min로 증가시에는 3시간 경과 후에는 반응율이 변화하지 않았다. 이와 같이 합성된 TMOS로부터 화염분무열분해법에 의해 실리카 나노분말을 제조하였다. 제조된 실리카 나노분말은 구형이며, 무응집 형태이었다. 평균입자 크기는 전구체의 주입속도 및 농도변화에 따라 9 nm에서 30 nm로 변화하였다. Tetramethylorthosilicate (TMOS) and silica nanopowder were synthesized from the waste silicon sludge containing 15% weight of silicon powder. TMOS, a precursor of silica nanopowder, was firstly prepared from the waste silicon sludge by catalytic chemical reaction. The maximum recovery of the TMOS was 100% after 5 hrs regardless of reaction temperature above $130^{\circ}C$. But the initial reaction rate became faster while the reaction temperature was higher than $150^{\circ}C$. As the methanol feedrate Increased from 0.8 ml/min to 1.4 ml/min, the yield of reaction was not varied after 3 hrs. Then, silica nanopowder was synthesized from the synthesized TMOS by flame spray pyrolysis. The morphology of as-prepared silica nanopowder was spherical and non-aggregated. The average particle diameters ranged from 9 nm to 30 nm and were in proportional to the precursor feed rate, and precursor concentration.

티타늄의 소결특성에 미치는 산소함량의 영향

최종석,이동희,최국선,길대섭,서창열,김원백,하호,Choe, Jong-Seok,Lee, Dong-Hi,Choi, Good-Sun,Kil, Dae-Sup,Suh, Chang-Youl,Kim, Won-Baek,Ha, Ho 한국재료학회 2000 한국재료학회지 Vol.10 No.7

스폰지 티타늄으로부터 수산호-탈수소화법(HDH)법으로 제조된 부말에 고상탈산법(DOSS)을 적용시켜 만든 산소 농도 범위 1980~8450 ppm, 입경 $25\mu\textrm{m}$ 내외의 불규칙 티타늄 분말의 성형 및 소결성을 조사하였다. 250MPa의 가압력으로 냉간압축성형한 결과, 성형밀도는 69.0%~62.3% 범위 내에 있었고 산호함량 증가에 따라 직선 또는 완만하게 감소하였다. 이러한 경향은 티타늄 분말의 경도변화로 설명할 수 있었다. 최고 7%까지의 차이를 보였던 성형밀도에도 불구하고 $1100^{\circ}C$에서 2시간동안 소결한 결과, 산소함량에 무관하게 소결밀도는 90.5$\pm$0.5%를 보였으며, 결정립의 크기는$60\mu\textrm{m}$ 내외의 균일하였고, 가공크기 및 분포도 유사하였다. 소결체의 경도에 미치는 산소의 영향은 실험범위 내에서 VHN(sintered)=135.5+64.3$\times$(wt%$O_2$)의 실험식을 얻었다. 소결체의 파단면 관찰한 결과, 연성에서 취성파괴로의 천이는 소결체에의 산소함량이 2987~5582ppm 사이에서 일어나는 것으로 나타났다. The compacting and sintering behavior of titanium powders containing oxygen in the range of 1980~8450 ppm was examined. The powders were prepared by the hydride-dehydride (HDH) and by the deoxidation by solid state(DOSS) methods. Their compaction density ranged from 69.0% to 62.3% and decreased with the increase in the oxygen content. It was explained by the effect of oxygen on the hardness of powders. Unlike the compaction density, the oxygen content did not affect the apparent density greatly being 90.5$\pm$0.5% after sintering at $1100^{\circ}C$ for 2 hours. Their average grain size was $60\mu\textrm{m}$ and the size and distribution of pores were about the same for all cases. The hardness of sintered samples showed a linear increase with oxygen and could be expressed as VHN(sintered)= 135.5+64.3$\times$$(wt{\%}O_2)$ The exami-nation of fracture surface revealed that the ductile-brittle transition occurs at oxygen contents of 2987~5582 ppm.

실리카 전구물질 순도에 미치는 규질이암의 열처리 및 산 침출 조건의 영향

조국 ( Kuk Cho ),장한권 ( Han Kwon Chang ),길대섭 ( Dae Sup Kil ),서용재 ( Yong Jae Suh ),박진호 ( Jin Ho Park ),장희동 ( Hee Dong Jang ) 한국광물학회 2007 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.20 No.4