SiC 입자강화 SiC/AC8A 금속복합재료의 굽힘시험 및 인장시험에 의한 기계적 특성

정동화 동아대학교 교육대학원 1995 국내석사

보다 우수한 특성을 가진 재료를 만들고자 하는 요구에 부응하기 위한 새로운 소재로서 복합재료 연구가 활발히 진행되어지고 있다. 복합재료는 비강도, 비탄성률, 내마모성 및 열적안전성 등이 우수하므로 항공기 및 자동차분야에 일부 실용화가 되고 있다. 그러나 제조시의 제현상들이 대단히 복잡하고 육안으로 발견할 수 없는 재료내부의 여러가지 결함들이 존재할 수가 있다. 따라서 복합재료의 제조에 앞서서 복합재료의 기계적 특성 및 강도등을 정확히 파악할 수 있는 평가방법이 필요하고 이론적 강도보다 실제강도가 저하하는 원인등을 파악하는 것이 복합재료를 결함없이 제조하는데 무엇보다 중요하다. 또한 금속복합재료를 구조용 재료로 사용하기 위해서 금속복합재료의 미시적 구조를 정확히 평가하는 것이 대단해 중요하다. 따라서 본 연구에서는 가압주조법에 의하여 SiC/AC8A 금속 복합재료를 제조하여, 재료의 굽힘시험과 인장시험, 그리고 SEM 관찰등에 의하여 복합재료의 강도와 파괴기구등을 파악하여 기계적 특성을 고찰하였고, 강화 입자의 입경과 입자함유율에 따른 복합재료의 탄성계수 및 인장강도를 구하여 그 결과를 기존에 제시된 여러 이론 복합모델식을 이용하여 이론 강도와 실제 강도, 이론 탄성계수를 비교, 검토하여 그 타당성을 검토하였다. 그 결과 인장강도 값에 있어서는 높은 입자함유율(35%)을 가진 재료에 있어서 이론값과 많은 차이를 나타내었고 탄성계수비는 이론값과 큰 차이가 없음을 나타내었다. It is attempted in this study to fabricate the SiC/AC8A metal composite material by squeeze casting method. In order to find out the strength and the fracture mechanism of the composite material, the mechanical properties were investigated by tensile test, bending test and SEM abservation etc. The Young's modulus and the tensile strength were obtained with respect to the particle size and fractional ratio. From the results, there was a big difference between the theoretical value and the experimental value for the specimen of 35% fractional ratio. However it was able to clarify the reason of the decrease in strength by SEM-photos. It is performed to review the feasibility of the results by comparing the theoretical value obtained from composition model equation and real experimented value From the results above, the conclusions are drawn as follows 1. The predicted value of Young's modulus of metal matrix composite is somewhat higher than that of Hayashi's eqilibrium equation, however it is very similar to those of linear composition equation(mixture rule 1) and simple composition equation(mixture rule 2). Therefor, these two models are feasible to estimate the mechanical properties of the material used in this study. 2. Under the condition of the sane fractional ratio, the Young's modulus is the highest for the case of particle size 11.44 pm and the tensile strength is maximum for 4.86㎛. This infers that the particle size does not affect the Young's modulus but strength 3. Under the condition of the same particle size, up to 30%, the tensile strength increase which the fractional ratio however, at 35% of fractional ratio, the tensile strength rapidly decrease. In addition, a non-uniform distribution of Sic is shown as the fractional ratio increase 4. On the fracture surface fracture shape of the matrix metal is dimple patteren, and as the fracture ratio increase, the strength decrease due to the fracture of particle, resulted from the intergraunlar coheviness, aid debonding. Thus, the fractional ratio is restricted to 30 % in this study.

Cryogenic-Reactive Proton Assisted Etching Mode를 기반으로 하는 SiC Dry Etching 특성 연구

이수성 고려대학교 대학원 2026 국내석사

Silicon Carbide (SiC) is a material with excellent properties such as a wide bandgap, critical electric field, and thermal conductivity, as well as a representative wide bandgap (WBG). It is being studied as a next-generation power semiconductor device to replace silicon. However, due to the strong bonding energy and extremely high chemical stability of Si-C, plasma dry etching is essential in the etching process. Due to the low etch rate of chlorine-based gas systems, SiC is generally etched using fluorine-based gases with SF6 conditions. SF6 contains greenhouse gases with a global warming potential (GWP) 23,500 times higher, and its long atmospheric lifetime significantly contributes to global warming. Therefore, the development of an environmentally friendly alternative process technology is necessary. Therefore, in this study, to replace the existing fluorine-based gases with high global warming potentials, we introduced environmentally friendly HCl gas, which has a global warming potential close to zero. We also utilized an inductively coupled plasma (ICP) system to conduct an in-depth study on the SiC dry etching characteristics in a cryogenic environment. In this experiement, we investigated the etching characteristics of SiC substrates by controlling the mixing ratio according to the substrate surface temperature measured using an IR spectrometer and the H2 addition as etching variables. We also measured the radical changes within the plasma using Optical Emission Spectroscopy (OES). The surface changes and roughness (RMS) after etching were observed and analyzed using AFM and FE-SEM. The experimental results showed that while the general chemical reaction of dry etching follows Arrhenius equation, the SiC etch rate tends to increase as the substrate temperature decreases. When the substrate surface temperature was maintained at 20℃, the etch rate was 417.6 nm/min, which was significantly higher than the 129.6 nm/min when the substrate surface temperature was increased above 100℃. This is believed to be the result of the Cryogenic Reactive Proton Assisted Etching mechanism, in which H+ (proton) generated from the HCl plasma can penetrate the substrate surface and remain there for a slightly longer time as the substrate temperature decreases, inducing a catalytic reaction that breaks the Si-C bond energy and lowers the activation energy of volatile products. The surface roughness after etching was reduced compared to before etching, showing improved surface properties. This is analyzed to be due to the etching progress caused by the combination of Hydrogen radicals and Carbon converting into the volatile product CCl4, CH4. However, when H2 gas was added excessively, the generation of Cl radicals was suppressed and the chemical reaction of H radicals became more dominant, resulting in a decrease in the etch rate and an increase in surface roughness. Therefore, this research investigated advanced etching mechanisms to improve etch rates while minimizing surface damage on SiC substrates, utilizing an environmentally friendly HCl/H2 - based Inductively Coupled Plasma system. SiC(Silicon Carbide)는 넓은 밴드갭, 임계 전계, 열전도 등의 우수한 특성과 대표적인 와이드 밴드 갭(WBG)을 가지는 물질로, Silicon을 대신하여 차세대 전력 반도체 소자로 연구되고 있다. 하지만 Si-C의 강한 결합에너지와 매우 높은 화학적 안정성 때문에 식각 공정에서 플라즈마 건식 식각은 필수적이다. Chlorine 기반의 가스 시스템의 낮은 식각률로 인하여 SiC는 일반적으로 SF6 조건을 가지는 Fluorine 기반의 가스를 사용하여 식각한다. SF6는 지구 온난화 지수(GWP)가 2만 3500배나 높은 온실가스를 내포하고 있어서 대기 중 수명이 길어 지구 온난화에 미치는 악영향이 매우 크기 때문에 대체할 수 있는 친환경적인 공정 기술 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 높은 온난화 지수를 가지는 기존의 불소 (Fluorine)계열 가스를 대체하기 위해, 지구온난화 지수가 0에 가까운 친환경적인 HCl 가스를 도입하였고, 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 시스템을 활용하여 극저온(Cryogenic) 환경에서의 SiC 건식 식각 특성에 대해 심도 있게 고찰하였다. 본 연구의 실험은 IR Spectrometer를 통해 측정한 기판 표면 온도 변화와 H2 첨가에 따른 혼합 비율을 식각 변수로 조절하여 SiC 기판의 식각 특성을 조사하였고, Optical Emission Spectroscopy(OES)로 플라즈마 내부의 라디칼 변화를 측정하였다. 식각 후 표면 변화와 거칠기(RMS)는 AFM과 FE-SEM으로 관찰 및 분석이 되었다. 실험 결과, 건식 식각의 일반적인 화학적 반응은 Arrhenius 관계를 따르는 반면에 기판 온도가 낮아질수록 SiC의 식각률이 증가하는 경향이 확인되었다. 기판 표면 온도를 20℃로 유지하였을 때 식각률은 417.6 nm/min으로, 기판 온도가 100℃이상 상승했을 때 129.6nm/min보다 상당히 높은 식각률을 보였다. 이는 기판 온도가 낮아질수록 HCl 플라즈마에서 생성된 H+ (Proton)이 기판 표면에 입사하여 조금 더 긴 시간 체류할 수 있고, Si-C 결합에너지를 끊고 휘발성 생성물의 활성화 에너지를 낮추는 촉매 반응을 유도하는 Cryogenic Reactive Proton Assisted Etching 메커니즘이 작용한 결과로 판단된다. 식각 후 표면 거칠기는 식각 전보다 감소하여 개선된 표면 특성을 보였다. 이는 수소 라디칼과 C(탄소)가 결합하여 휘발성 생성물인 CCl4, CH4로 변환되어 식각이 진행된 것으로 분석된다. 그러나 H2 가스를 과잉으로 첨가하게 되면 Cl 라디칼 생성이 억제되고 H라디칼의 화학반응이 더 우세하여 식각률이 감소하고 표면 거칠기가 증가되는 형상이 확인되었다. 따라서 본 연구는 GWP 지수가 무시할 수 있는 수준인 HCl/H2기반의 ICP 플라즈마 시스템을 이용하여, SiC 기판 표면의 식각 손상률 최소화 및 개선된 식각률 메커니즘 기술을 고찰하였다.

태양열 집광용 튜브형태의 SiCf/Si/SiC 복합체 제조

유현우 영남대학교 일반대학원 2015 국내석사

SiCf/SiC composites are one of the most attractive materials for applications under extreme conditions, such as aerospace, gas turbines, advanced fission reactors, and fusion reactors. It has high temperature resistance, good thermo-chemical stability, thermal conductivity, oxidation resistance. SiCf/SiC is one of the most promising heat exchanger applications of the solar absorber for a concentrating solar power(CSP) plants, which generate electricity by direct concentration of solar radiation to produce steam or hot air for turbine operations at high temperature. In this study, tubular Si-infiltrated SiCf/Si/SiC has been fabricated by electrophoretic deposition (EPD) and hot pressing, using three different types of inner porous Si/SiC foams wound SiC fabric. EPD was performed under a 10V DC electric field for 1 hour after adjusting the suspension pH to 4 by using β-SiC powder and carbon power with ab average size of about 52nm and 35nm, respectively. The SiC/C slurry was fully infiltrated in deep void by EPD combine with ultrasonication even if SiC fabric was densely wound on the Si/SiC foam surface. Si-infiltration was performed at 1550°C without pressure for 10mins in vacuum atmosphere after EPD. All microstructure of tubular SiCf/Si/SiC samples showed highly dense skin and tightly connected between foam and skin at interface. The composition of skin layer was 63.2 - 66.2, 32.7 - 35.3 and 0.8 - 2.7 wt% of β-SiC, free Si and SiO2, respectively, and showed an average flexural strength of 160MPa. The SiO2 layer was formed around 6 - 14μm by oxidation test at 1400 and 1600°C for 24hours in air for preventing further oxidation. Also heat transfer was increased by approximately 6 times compared with SiCf/SiC sample without Si/SiC foam. As a result, SiCf/Si/SiC composites would be possible to use solar absorber application. SiCf/SiC 복합재료 (섬유강화 탄화규소 복합재료)는 고온강도가 우수하고, 열전도도가 높고, 열 팽창률이 낮기 때문에 내열 재료로서 우수한 특성을 가지고 있기 때문에 이러한 우수한 특성 때문에 SiCf/SiC 복합재료가 열 교환기, 가스터빈 그리고 핵융합로와 같은 극한의 조건에서 사용할 수 있는 구조재료로 매우 각광받고 있다. SiCf/SiC 는 집광형 태양열 발전에 있어서 사용되는 집열장치는 태양빛을 반사시켜 집열하고, 가열된 열매체(molten salt, 액체 금속 등)를 증기발생기로 보내 고온의 증기를 발생시키는 열 교환기로 사용할 수 있는 물질로 각광받고 있다. 이번 실험에서는 내부에는 세 가지의 다른 형태의 Si/SiC foam을 사용하였고 foam의 외부를 SiC fabric으로 감은 샘플을 사용하여 전기영동법과 hot pressing을 이용하여 SiCf/Si/SiC 복합체를 만들었다. 전기영동법은 β-SiC 와 탄소 분말을 사용하여 만든 서스펜션의 pH를 4로 조절한 뒤 10V의 직류 전기장을 1시간 동안 흘려주어 SiC fabric 내부에 SiC/C의 슬러리들을 잘 침착 하였다. 전기영동법을 통해 슬러리들을 침착 후 hot pressing을 이용하여 Si-infiltration을 진공 분위기에서 1550°C에서 10분간 열처리를 하였다. Skin층의 free Si, β-SiC, SiO2의 상분율은 각각 32.7 - 35.3, 63.2 - 66.2, 그리고 0.8 - 2.7 wt%를 가지며, 굽힘 강도는 160Mpa값을 가진다. 산화 실험에서는 복합체의 표면에6-14 µm 두께로 SiO2부동화층을 형성하고 있으며, 더 이상의 산화를 막아주는 역할을 한다. 또한, 열전도성 실험에 있어서 내부가 비어있는 튜브형태의 샘플보다 이번 실험을 통해 제작한 SiCf/SiC 복합체의 샘플이 6배나 높은 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 종합적인 미세구조적, 물리적, 산화 특성들을 볼 때 복합기법들이 SiCf/SiC를 기반으로 하는 태양열 집광장치를 만드는데 있어서 적합하다고 생각 할 수 있다.

방전플라즈마 소결에 의한 자기 통전식 SiC계 세라믹 발열체 개발

고태헌 원광대학교 대학원 2009 국내석사

The composites were fabricated by adding 0, 15, 30, 45vol.% ZrB₂ powders as a second phase to SiC matrix. The Physical, mechanical and electrical properties of electroconductive SiC ceramic composites by spark plasma sintering(SPS) were investigated. Reactions between β-SiC and ZrB₂ were not observed in the microstructures and the phase analysis of the electroconductive SiC ceramic composites. The relative density of mono β-SiC, β-SiC+15vol.%ZrB₂, β-SiC+30vol.%ZrB₂ and β-SiC+45vol.%ZrB₂ composites are respectively 99.24%, 87.53%, 96.41% and 98.11%. Phase analysis of the electroconductive SiC ceramic composites by XRD revealed mostly of β-SiC, ZrB₂ and weakly of ZrO₂ phase. The flexural strength showed the lowest of 114.44MPa for composite added with 15vol.% ZrB₂ powders and showed the highest of 210.75MPa for composite no added with ZrB₂ powders at room temperature. The trend of the mechanical properties of the electroconductive SiC ceramic composites is accorded with the trend of the relative density. The electrical resistivity of the electroconductive SiC ceramic composites decreased with increased ZrB₂ contents. The electrical resistivity of mono β-SiC, β-SiC+15vol.%ZrB₂, β-SiC+30vol.%ZrB₂ and β-SiC+45vol.%ZrB₂ composites are respectively 4.57×10^(-1), 2.13×10^(-1), 2.68×10^(-2) and 1.99×10^(-2)Ω·㎝ at room temperature. The electrical resistivity of mono β-SiC and β-SiC+15vol.%ZrB₂ are negative temperature coefficient resistance(NTCR) in temperature ranges from 25℃ to 100℃. The electrical resistivity of mono β-SiC+30vol.%ZrB₂ and β-SiC+45vol.%ZrB₂ are positive temperature coefficient resistance(PTCR) in temperature ranges from 25℃ to 100℃. It is convinced that β-SiC+30vol.%ZrB₂ composites by SPS for heater or ignitors can be applied. 복합체는 SiC에 2차상인 ZrB₂ 0, 15, 30, 45vol.%를 첨가하여 제작되었다. 방전 플라즈마 소결에 의한 자기 통전식 SiC 세라믹 복합체의 물리적, 기계적, 전기적 특성을 조사하였다. 미세구조와 자기통전 SiC 세라믹 복합체의 상 분석을 보았을 때 β-SiC와 ZrB₂사이의 반응은 관찰되지 않았다. 단일 β-SiC, β-SiC+15vol/%ZrB₂, β-SiC+30vol.%ZrB₂, β-SiC+45%ZrB₂ 복합체의 상대밀도는 각각 99.24%. 87.53%, 96.41%, 98.11% 이다. XRD에 의한 자기통전 SiC 세라믹 복합체의 상분석은 주로 β-SiC, ZrB₂가 나타났고, 미량의 ZrO₂상이 분포되어 있다. 곡강도는 15vol.%의 ZrB₂ 분말가 첨가된 복합체에서 114.44MPa로 가장 낮게 나타났고, 실온에서 ZrB₂ 분발을 첨가하지 않은 복합체에서 210.75MPa로 가장 높게 나타났다. 자기통전 SiC 세라믹 복합체 기계적 특성의 경향은 상대밀도의 경향과 일치한다. 자기통전 SiC 세라믹 복합체의 전기저항률은 ZrB₂ 함유량의 증가에 따라 감소된다. 단일 β-SiC, β-SiC+15vol/%ZrB₂, β-SiC+30vol.%ZrB₂, β-SiC+45%ZrB₂ 복합체는 각각 실온에서 4.57×10¹, 2.13×10¹, 2.68×10², 1.99×10²[Ω·㎝]dlek. 25℃ 에서 100℃의 온도 범위에서 전기 저항률은 단일 β-SiC, β-SiC+15vol/%ZrB₂은 NTCR, β-SiC+30vol.%ZrB₂, β-SiC+45%ZrB₂은 PTCR이다. SPS에 의한β-SiC+30vol.%ZrB₂ 복합체가 발열체 또는 고전압 펄스 발생기로 응용 될 수 있다고 확신한다.

Study on Gate Oxide Reliability for SiC CMOS

박휘승 포항공과대학교 반도체대학원 2026 국내석사

SiC CMOS offers a much wider bandgap than Si, enabling reliable operation at high temperatures for various applications. However, due to the unique thermal oxidation process of SiC, carbon clusters are formed at the SiC gate oxide interface, unlike in conventional Si/SiO₂ interface. In addition, the interface trap density (Nit) at the SiC/SiO₂ interface is known to be about two orders of magnitude higher than that of Si/SiO₂. Carbon and oxygen related contaminants on the SiC substrate are known to be reduced by hydrogen plasma treatment. Nitrogen based post oxidation annealing has been reported to effectively reduce interface traps at the SiC/SiO₂ interface. We were particularly interested in how the gate oxide interface would be affected when hydrogen plasma treatment is used as a pre- treatment and NO-gas post-oxidation annealing is subsequently applied as a post-treatment. In this study, we therefore evaluated the gate oxide reliability of SiC MOSFETs under two processing conditions: a post-oxidation treatment alone and a combined pre- and post-treatment scheme. Electrical characterizations were performed using conventional I–V/C–V measurements, Nit extraction based on the charge pumping method, and BTI measurements to evaluate the trap characteristics. As a result, we found that hydrogen plasma treatment generates fixed oxide charge, leading to a negative shift in VTH for both SiC NMOS and PMOS devices, and also introduces additional donor-like traps at the gate oxide interface.

SiC 사업 마케팅 전략에 관한 연구

이한기 호서대학교 기술경영전문대학원 2018 국내석사

High-energy-beam induced amorphous structures in SiC and their recrystallization processes

배인태 Osaka University 2004 해외박사

SiC is a compound material having a great potential for the application of electronic devices capable of operation at high power, high temperature, and harsh environments as well as nuclear system due to its excellent physical properties such as high thermal conductivity, large breakdown fields, resistance to chemical attack. For both of the application mentioned above, knowledge on radiation effects of SiC is of great importance. To dope the material to p- or n-type for electronic application, ion implantation is indispensable process, since the conventional diffusion based technique cannot be applied due to very low impurity diffusivity in SiC. For nuclear application, knowledge on the radiation characteristics of SiC is essential, because long-term operation under radiation environments inevitably leads to amorphization of SiC by accumulation of radiation-induced defects. It end up causing degradation of the material and determines the ultimate performance of the material. On the basis of the prerequisites mentioned above, ion and electron irradiation effects on SiC were investigated as follows. In chapter 1 are explained the previous researches as a background of this work. Chapter 2 gives the detailed procedure of pair-distribution function analysis which is used to estimate atomistic structural details of amorphous materials. In chapter 3, atomistic short range order structure of ion beam induced amorphous SiC (α-SiC) were examined using TEM. Pair-distribution functions, g(γ), extracted by electron diffraction patterns reveal the existence of C-C and Si-Si homonuclear bonds as well as Si-C heteronuclear bond in the first coordination shell of ion beam induced a-SiC. It indicates that the short range order structure of amorphous SiC is not chemically ordered. Upon annealing, substantial difference within second coordination shell was observed in g(γ). The peak intensities associated with Si-C heteronuclear bonds become higher, while those corresponding to C-C and Si-Si become lower simultaneously. It suggests that chemical order of α-SiC within short range order distance develops upon annealing. Molecular dynamics simulation confirms the experimental results. Based on this result, it can be deduced that α-SiC featuring highly chemically ordered short range order structure in previous studies may correspond to a fully relaxed α-SiC. Our results are the first to reveal the existence of C-C and Si-Si homonuclear bonds in amorphous Si using a diffraction technique. We also examined the effect of scattering vector on pair-distribution function analysis and found that previous diffraction studies are not enough to locate the C-C homonuclear bonds in α-SiC. In chapter 4, the effects of radiation damage and impurity concentration on solid phase epitaxial regrowth of α-SiC together with microstructures of recrystallized layer were investigated. Full epitaxial recrystallization took place in low-dose sample, while retardation of recrystallization was observed in high-dose sample. Pair-distribution function analyses and energy dispersive x-ray spectroscopy results suggested that the retardation of recrystallization in high-dose implanted sample is attributed to two factors: (ⅰ) more chemically disordered structure, and (ⅱ) higher Xe concentration in high-dose specimen. A complete epitaxial regrowth of 6H-SiC successfully occurred in 2h-annealed low-dose sample with two domains: (ⅰ) domain Ⅰ grown epitaxially onto substrate, and (ⅱ) domain Ⅱ having twin relationship with respect to substrate. In chapter 5, electron irradiation effects on 6H-SiC were examined using a TEM equipped with a field emission gun. At room temperature, complete amorphization of 6H-SiC was induced under 200 and 300 keV. The amorphized area is under transformation from amorphous SiC to amorphous silicon as the electron fluence increases. At temperatures ranging from 200 to 600℃, no amorphization occurs, but crystalline silicon was induced by high electron fluence irradiation. It was found that preferential knock-on of carbon atoms are attributed to the phase transitions from crystalline SiC and amorphous Si (or crystalline Si). Though much study has been done in the present work, there are still many things needed to be investigated in the research field of ion beam modification of SiC. For example, quantitative analysis of short range order sturucture in ion-beam-induced amorphous SiC can provide much deep insight into atomistic structural properties as well as their changes followed by relaxation process. For this work, elastically scattered electron intensity should be extracted, so that TEM equipped with energy-filter is required. Besides, the role of radiation damage and impurity concentration may be handled separately if solid phase epitaxy experiment performed by fixing one of the two factors.

SiC/Si 이종접합박막의 투과전자현미경 분석 및 RMS 성장에 관한 연구

박철주 전남대학교 대학원 1996 국내석사

RMS (reactive magnetron sputtering) 방법으로 3C-SiC/Si carbonized layer를 성장시키기위해 Ar-CH₄ 플라즈마에 H₂ 첨가 효과, precursor 및 온도 변화 효과 등을 조건으로 실험하였으며 투과전자현미경 (TEM; transmission electron microscopy)을 이용하여 박막의 특성을 성장조건과 관련하여 고찰하였다. RMS성장에서 Ar-CH₄ 플라즈마를 사용할 때 PyC (pyrocarbon)이 형성되는 현상은 공정압력을 15mTorr이하로 낮추거나 H₂를 첨가하여 CH₄ 농도를 10 vol.%정도 까지 감소시키면 억제되었다. Diluted C₃H_8 (1% in H₂) 을 사용하여 기판온도 1050 ℃, RF power 100W, 혼합가스유량 10sccm 조건에서 carbonization하여 수 nm의 Si 표면을 3C-SiC로 변환할 수 있었으며 EDXS 분석결과 박막에 존재하는 산소량이 감소하였다. CVD 방법으로 성장시킨 SiC/Si 이종접합박막의 계면 몇 결정 내부에서 결정학적 결함의 거동, 결함의 종류 및 성장된 박막결정의 우선방위를 투과전자현미경을 이용하여 조사하였다. CVD방법에 의해 성장된 SiC/Si 이종접합박막에는 precursor 종류와 무관하게 {111}면들과 평행하게 분포하고 있는 면결함들이 관찰되었다. Precursor로 HMDS를 사용하여 CVD 성장시킨 SiC/Si(100) 이종접합박막은 약 50-100nm 크기의 결정립이 약 10° 정도 방위차이를 가지고 성장되었으며 박막두께가 증가함에 따라 SiC 박막의 (200) 우선방위가 감소하여 결정성이 저하되었다. Precursor로 TMS를 사용하여 RTCVD 성장시킨 시료의 전자회절도형을 해석하여 (111)면에 많은 미세쌍정결함이 존재하는 것을 확인하였다. 회절도형에서 전형적으로 관찰되는 extra spots은 쌍정결정에서 이중회절이 일어난 결과임을 알 수 있었으며 주로 면결함이 규칙적으로 반복되고 있는 영역에서 관찰되었다. 3C-SiC/Si(111) carbonized layers have been grown by RMS (reactive magnetron sputtering) technique. Effects of growth conditions such as reaction temperature and RF power on the quality of carbonized layers were investigated by transsmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The formation of pyrocarbon (PyC) was observed to be suppressed by using 10 vol.% CH₄ in H₂ and/or lowering the total gas pressure below 15 mTorr. Plan view TEM micrographs showed that the films grown at 950℃ using Ar-CH₄ plasma consist of polycrystalline SiC with significant oxygen content, which was substantially decreased by using diluted propane gas (0.98 vol.% C₃H_8) in H₂, At the reaction temperature of 1050℃, Si surface was successfully converted into 3C-SiC film with relatively small oxygen content. SiC/Si heterostructures grown by chemical vapor deposition (CVD) were characterized by TEM observations, to investigate interfacial structural defects and preferred orientations within the SiC films. All the studied SiC films contained a high density of planar defects, such as microtwins, propagating throughout the films. In the case of films grown at 1100℃ using hexamethyldisilane (HMDS) as a precursor, 3C-SiC films were obtained with relatively smooth interfaces to Si (100) substrates. The 3C-SiC showed a (200) preferred orientation to the Si substrate, which gradually deteriorated as the epilayer thickness increases. The films grown at 1100℃ using tetramethylsilane (TMS) contained a high density of microtwins of which the habit planes were parallel to Si (111) planes.

Ni / 3C-SiC Ohmic 접합의 전기 및 미세구조적 특성에 관한 연구

김인회 明知大學校 大學院 1998 국내석사

SiC는 우수한 전자포화속도, 항복시 높은 전기장세기, 높은 열전전도로 인해 고주파, 고출력, 고온용 소재로 관심을 받고 있다. 소자의 전력 이득은 소자 활성층의 ohmic 접합특성에 직접적인 연관이 있기 때문에 SiC에 있어서 이상적인 ohmic 접합재료와 그 특성에 관한 연구가 소자제작에 앞서 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에선 TLM 방법을 통해 3C-SiC의 ohmic 특성을 조사하였다. 3C-SiC epi층에 표준사진식각공정을 통해 직사각형 TLM pattern을 서로 다른 거리를 두고 형성 하였다. Ohmic metal로는 Ni이 사용되었고 Ni를 증착 후 Ar 분위기에서 서로 다른 온도와 시간으로 열처리를 시행하였다. I-V 측정을 통해 접촉저항 및 접촉고유저항을 계산하고 접합계면의 미세구조적 성분특성을 TEM, SEM, AES로 관찰하여 전기적 특성과의 상관관계를 분석하였다. 열처리를 하지 않은 contact와 저온(350, 400, 450℃)에서 30분간 열처리를 한 후의 I-V 특성은 schottky 거동을 보였고 750∼1030℃에서 30분간 열처리를 한 후에는 ohmic 특성으로 전환되었다. 이 때 접촉고유저항값은 10^(-2)∼10^(-4)Ω·㎠의 범위였다. 750℃ 이상에서 열처리 후 Ni / 3C-SiC 계면에 silicide가 생성되고 주변에 carbon 층이 형성되어 silicide를 완전히 둘러싸고 있는 것을 확인하였다. 열처리 온도가 증가함에 따라 조립형 silicide가 조밀해지고 Ni /3C-SiC의 접촉특성이 향상됨을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 Ni / 3C-SiC contact의 전기적 특성은 열처리에 따라 형성되는 silicide와 carbon의 거동에 지배를 받는다고 결론지을 수 있다. The interest in SiC for the application of high frequency, high power, and high temperature devices is increasing due to excellent properties such as high electron saturation velocity, high electric field strength at breakdown, and high thermal conductivity. Power gain of devices is directly related to the ohmic contact and the characteristics of ohmic contact must be investigated prior to the device fabrication. In this study, the ohmic characteristics of SiC was investigated through use of TLM method. Standard photolithographic technique was used to produce the rectangular TLM pattern with contact pad of 200×70um in size and with different distances. Ni was employed as an ohmic metal. The contact was evaporated followed by Ar-atmospheric annealing under different temperatures and time. The contact resistance and the specific contact resistance were calculated from the measured I-V data and the electrical chracteristics-microstructure relation has been established using TEM, SEM, and AES. It was shown from the I-V measurement that both as-deposited contact and low temperature(350, 400, 450℃) annealed contact exhibit schottky characteristics. After annealing at 750∼1030℃ for 30min. the contact characteristics was conveyed to ohmic. In this case the values of the specific contact resistance were in the range 10^(-2)∼10^(-4)Ω㎠. After annealing above 750℃ the silicide was formed at the Ni/3C-SiC interface and the silicide was fully surrounded by the carbon layer. With annealing temperatures, the silicide layer becomes denses and the ohmic characteristics was improved. From this study, it was concluded that the electrical properties of Ni/3C-SiC contact is dominated by the behavior of silicide and carbon layer formed by the annealing procedure.

SiC 소재의 드릴 가공을 위한 다이아몬드 전착 공구의 설계 최적화에 관한 연구

최상준 대구대학교 대학원 2020 국내박사

With the advent of the fourth era of big data and electric vehicles, the importance of high-performance semiconductors is ensured at high temperatures. As a result, the material change of the semiconductor component material from the existing silicon and ceramics to the SiC has occurred, but there are many difficulties in processing the SiC of the high hardness material. Diamond electro-deposition drill for processing SiC material is a tool for fixing diamond particles by depositing nickel metal through electro-plating. It has less sharp edges and less abrasion, so grinding efficiency of hard materials is good. However, due to the pores and cracks on the surface of the tool, the particle bearing capacity is weakened, and the life of the tool is very short due to rapid dropping of particles. In addition, due to the lack of research on the optimum processing conditions of diamond electro-deposition drill, machining is performed in the field according to the expert's standards. In this paper, a 1.3 layer electro-deposition and chip discharge slot was devised to compensate for the shortcomings of the diamond electro-deposition core drill. The effects of processing conditions were analyzed to derive the optimum processing conditions, and the correlation between workability such as grinding torque, surface roughness, and particle dropping rate generated during SiC processing was analyzed. Based on this, we confirmed the possibility of analytically analyzing the grinding process of diamond electro-deposited core drill using cutting FEM, and optimized the shape of the tool to facilitate chip evacuation using cutting FEM. The demand for hardened parts is increasing gradually in various fields, accelerating the development and application of hardened materials such as SiC. As the importance of hard materials increases, the demand for diamond tools for machining hard materials will increase. In addition to the diamond electro-deposition core drill for machining hard materials, the necessity of diamond electro-deposition of various tools such as end mills and inserts will be expanded. It is intended for use in developing electro-deposition tools 빅데이터, 전기 자동차 등의 4차산업 시대의 도래함에 따라 고온에서 안정성이 보장되며 고성능인 반도체의 중요성이 커지고 있다. 그에 따라 반도체 부품 소재가 기존 실리콘, 세라믹에서 SiC로 소재변경이 일어났나 고경도 소재인 SiC의 가공에 많은 어려움이 발생한다. SiC 소재를 가공하기 위한 다이아몬드 전착 드릴은 다이아몬드 입자를 전기 도금을 통해 니켈 금속을 석출시켜 고정시킨 공구이다. 예리한 인선과 편마모가 적어 고경도 소재의 연삭 가공 효율이 좋다. 그러나 공구표면의 기공, 크랙으로 인해 입자 지지력이 약해져 입자의 빠른 탈락으로 공구의 수명이 매우 짧다. 또한 다이아몬드 전착 드릴의 최적 가공 조건 연구가 부족하여 숙련자의 기준에 의해 현장에서 가공이 이루어지고 있다. 본 논문에서는 이러한 다이아몬드 전착 코어 드릴의 단점을 보완하기 위한 1.3층 전착과 칩 배출 slot을 고안하였다. 그리고 가공 조건 영향을 분석하여 최적 가공 조건을 도출하고 SiC 가공 시 발생되는 연삭 토크와 표면 거칠기, 입자탈락률 등의 가공성의 상관관계를 분석하였다. 이 내용을 토대로 절삭 FEM을 활용하여 다이아몬드 전착 코어 드릴의 연삭 공정을 해석적으로 분석하는 것의 가능성을 확인하였으며, 절삭 FEM을 활용하여 칩 배출이 원활하도록 공구의 형상을 최적화하였다. 현재 다양한 분야에서 고경도 부품의 수요가 점차 증가해 가고 있어 SiC와 같은 고경도 소재의 개발과 적용 분야의 확산이 가속화되고 있다. 고경도 소재의 중요성이 확대됨에 따라 고경도 소재의 가공을 위한 다이아몬드 공구의 수요도 증가할 것으로 보인다. 고경도 소재 가공을 위한 다이아몬드 전착 코어 드릴뿐만 아니라 엔드밀, 인서트 등의 다양한 공구가 다이아몬드 전착이 될 필요성이 확대될 것이며 본 연구에서 절삭 FEM을 활용한 연삭 메커니즘의 해석을 확대 적용하여 다양한 형태의 다이아몬드 전착 공구 개발에 사용하고자 한다.