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실리콘 카바이드

Silicon carbide
"카보룬덤"이 여기로 방향을 바꾼다.코룬덤과혼동해서는 안 된다.
실리콘 카바이드
Sample of silicon carbide as a boule
실험실에서 개발한 합성 SiC 단결정
이름
선호 IUPAC 이름
실리콘 카바이드
기타 이름
카르보룬덤
모이산나이트
식별자
3D 모델(JSmol)
체비
켐스파이더
ECHA InfoCard 100.006.357 Edit this at Wikidata
EC 번호
  • 206-991-8
13642
메슈 실리콘+카르바이드
펍켐 CID
RTECS 번호
  • VW0450000
유니
  • InChi=1S/CSI/c1-2 checkY
    키: HBMJWWQQQIZIP-UHFFFAOYSA-N checkY
  • 키: HBMJWWQQQIZIP-UHFFFAOYAF
  • InChi=1/CSI/c1-2
  • [C-]#[Si+]
특성.
CSI
어금질량 40.096 g·190−1
외관 노란색에서 녹색으로, 청록색에서 청록색까지, 무지개빛 결정체[1]
밀도 3.16 g⋅cm−3(hex)[2]
녹는점 2,830 °C(5,130 °F, 3,100 K)[2] (손상)
용해성 물에 불용성, 용융 알칼리 및 용융 철에[3] 용해성
전자 이동성 ~900cm2/(VAX)(모든 폴리 유형)
자기 감수성(magnetic susibility)
 -12.8 × 10−6 cm3/m³[4]
2.55(일반적으로, 모든 폴리형)[5]
위험
GHS 라벨 표시:파이버[6]
GHS08: Health hazard
위험
H350i
P201, P202, P260, P261, P264, P270, P271, P280, P281, P302+P352, P304+P340, P305+P351+P338, P308+P313, P312, P314, P321, P332+P313, P337+P313, P362, P403+P233, P405, P501
NFPA 704(화재 다이아몬드)
1
0
0
NIOSH(미국 건강 노출 제한):
PEL(허용)
 TWA 15mg/m3(총량) TWA 5mg/m3(resp)[1]
REL(권장)
 TWA 10mg/m3(총량) TWA 5mg/m3(resp)[1]
IDLH(즉시 위험)
 N.D.[1]
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
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Infobox 참조 자료

실리콘 카바이드(SiC)는 카보룬덤(//kɑrbəˈrrrrrnd/m/)으로도 알려져 있으며 실리콘과 탄소를 함유한 경질 화학 화합물이다.반도체인 이것은 극히 희귀한 미네랄 모이사나이트로 자연에서 발생하지만, 연마재로 사용하기 위해 1893년부터 가루와 결정체로 대량 생산되었다.실리콘 카바이드의 알갱이는 소결하여 매우 단단한 세라믹을 형성할 수 있는데, 방탄조끼의 자동차 브레이크, 자동차 클러치, 세라믹 플레이트 등 높은 내구성을 필요로 하는 용도에 널리 사용된다.실리콘 카바이드의 큰 단일 결정체는 렐리 방식으로 재배할 수 있으며 합성 모이사나이트라고 알려진 보석으로 잘라낼 수 있다.

발광다이오드(LED)와 초기 라디오의 검출기 등 실리콘 카바이드의 전자적 응용은 1907년경 처음 시연됐다.SiC는 고온이나 고전압, 또는 둘 다에서 작동하는 반도체 전자 소자에 사용된다.

자연발생

모이사나이트 싱글 크리스털(크기 1mm)

자연적으로 발생하는 모이산나이트는 특정 유형의 운석, 고랑 퇴적물과 킴벌라이트에서만 미세한 양으로 발견된다.모이사나이트 보석을 포함해 전 세계에서 판매되는 실리콘 카바이드도 사실상 모두 합성품이다.

천연 모이사나이트는 1893년 아리조나에 있는 캐년 디아블로 운석의 작은 성분으로 처음 발견되었다.페르디난드 앙리 모이샨의 이름을 따서 이 물질은 1905년에 명명되었다.[7]모이산의 자연발생 SiC 발견은 당초 그의 샘플이 당시 이미 시중에 나와 있던 실리콘 카바이드 톱날 때문에 오염됐을 가능성이 있어 논란이 일었다.[8]

지구에서는 드물지만, 실리콘 카바드는 우주에서 현저하게 흔하다.탄소가 풍부한 항성 주변에서 흔히 볼 수 있는 스타더스트 형태인데, 이 스타더스트의 예는 원시(변하지 않은) 유성에서 자연 그대로의 상태로 발견되었다.우주와 운석들에서 발견되는 실리콘 카바이드들은 거의 독점적으로 베타 폴리모프다.카본질 콘드라이트 운석인 머치슨 운석(Murchison 운석)에서 발견된 SiC 곡물을 분석한 결과 탄소 및 실리콘의 비정상적인 동위원소 비율이 밝혀져 이들 곡물이 태양계 밖에서 발생했음을 알 수 있다.[9]

역사

초기 실험

실리콘 카바이드의 비시스템성, 인지도가 낮고 검증되지 않은 합성물은 다음과 같다.

  • 세사르-만수엣 데프레츠가 모래에 내장된 탄소봉을 통해 전류를 흘려보내는 것(1849년)
  • 로버트 시드니 마스덴이 흑연 도가니에 녹은 은에 실리카를 녹인 것(1881)
  • 폴 슈에첸베르거의 흑연 도가니에 실리콘과 실리카 혼합물 가열(1881)
  • 알버트 콜슨이 에틸렌의 흐름 아래서 실리콘을 가열하는 것 (1882년).[10]

대규모 생산

H. J. Round의 LED 실험 복제

1890년 에드워드 굿리치 애치슨에게 대규모 제작이 인정된다.[11]애치슨은 철제 그릇에 점토(알루미늄 규산염)와 분말 콜라(탄소)를 섞은 것을 달구어 인공 다이아몬드를 준비하려 하고 있었다.그는 카르보룬덤을 형성한 블루 크리스탈을 코런덤과 비슷한 탄소, 알루미늄의 새로운 화합물이라고 믿고 불렀다.모이산은 또한 녹은 실리콘에서 탄소를 분해하고, 탄화칼슘과 실리카의 혼합물을 녹이고, 전기 용해로에서 실리카를 탄소로 환원하는 등 여러 경로로 SiC를 합성했다.

애치슨은 1893년 2월 28일 실리콘 카바이드 분말을 만드는 방법을 특허를 얻었다.[12]애치슨은 또한 오늘날에도 SiC가 만들어지고 있는 전기 배치 용해로를 개발하여 카보룬덤 회사를 설립하여 처음에는 연마재로 사용하기 위해 벌크 SiC를 제조하였다.[13]1900년, 그 회사는 법관의 결정이 "광석 및 기타 물질을 백열적 방법으로 감소시킨 것에 대해" 설립자들에게 "전반적으로" 우선권을 주었을 때 전기 제련 및 알루미늄 회사와 합의하였다.[14]애치슨은 녹은 코룬덤(알루미나)에 탄소를 용해하려다가 탄소와 코런덤의 화합물이라고 믿었던 단단하고 푸른 흑색의 결정체의 존재를 발견했다고 한다.또 하나의 매우 단단한 물질인 코룬덤(Mohs scale)에 비유하여 이 물질의 이름을 '카보룬덤(carborundum)'이라고 지었을지도 모른다.

SiC를 처음 사용한 것은 연마제였다.그 뒤를 전자 어플리케이션이 이었다.20세기 초에는 최초의 라디오에서 실리콘 카바이드(carbide)가 검출기로 사용되었다.[15]1907년 Henry Joseph Round는 SiC 결정체에 전압을 가하고 음극에서 노란색, 녹색, 주황색 방출을 관찰함으로써 최초의 LED를 생산했다.그 효과는 이후 1923년 소련에서 O. V. 로제프에 의해 재발견되었다.[16]

생산

합성 SiC 결정 지름 3 mm

천연 모이사나이트가 극히 드물기 때문에 대부분의 실리콘 카바이드들은 합성이다.실리콘 카바이드도 연마재로 사용되며, 반도체와 다이아몬드도 보석 품질로 유사하다.실리콘 카바이드 제조를 위한 가장 간단한 공정은 1,600 °C(2,910 °F)에서 2,500 °C(4,530 °F) 사이의 고온에서 아치슨 흑연 전기 저항 용해로에 실리카 모래와 탄소를 결합하는 것이다.식물성 물질의 미세한 SiO2 입자(예: 쌀 껍질)는 유기성 물질의 과잉 탄소를 가열하여 SiC로 변환할 수 있다.[17]실리콘 금속과 페로실리콘 합금 생산의 부산물인 실리카 흄도 1500℃(2,730℃)에서 흑연으로 가열하면 SiC로 전환할 수 있다.[18]

애치슨 용해로에서 형성된 물질은 흑연 저항기 열원으로부터의 거리에 따라 순도에 따라 달라진다.무색, 연한 황색, 녹색 결정체는 순도가 가장 높으며 저항기와 가장 가까운 곳에서 발견된다.색은 저항기에서 더 먼 거리에서 파란색과 검은색으로 변하며, 이 어두운 결정들은 덜 순수하다.질소와 알루미늄은 일반적인 불순물로 SiC의 전기전도도에 영향을 미친다.[19]

합성 SiC 렐리 결정체

순수 실리콘 카바이드(silicon carbide)는 렐리 공정을 통해 만들 수 있는데,[20] 이 공정은 SiC 파우더를 2500℃의 아르곤 가스에서 고온의 실리콘, 탄소, 실리콘 디카바이드(SiC2), 이실리콘 카바이드(SiC2)로 승화시키고, 약간 차가운 기질에서 최대 2×2cm 크기의 플라크 같은 단일 결정체로 재입자를 만든다.[21]이 공정은 주로 6H-SiC상(높은 성장 온도 때문에)의 고품질 단일 결정체를 산출한다.

흑연 십자가형에서 유도 가열과 관련된 수정 릴리 공정은 기존 릴리 공정보다 81배 큰 단면을 가진 직경 4인치(10cm)의 단일 결정체를 생산한다.[22]

큐빅 SiC는 보통 실레인, 수소, 질소의 화학적 증기 증착(CVD)의 더 비싼 공정에 의해 성장한다.[19][23]호모이피탁시알과 이단피탁시알 SiC 층은 기체와 액체상 접근방식을 모두 사용하여 성장할 수 있다.[24]

복잡한 형태의 SiC를 형성하기 위해 사전 세라믹 폴리머를 1000–1100 °C의 온도에서 열분해를 통해 세라믹 제품을 형성하는 전구체로 사용할 수 있다.[25]그러한 방식으로 실리콘 카바이드의 획득을 위한 전구 물질에는 폴리카르보실레인, 폴리(메틸실린), 폴리실라제 등이 있다.[26]세라믹 전 중합체의 열분해를 통해 얻은 실리콘 카바이드 물질은 고분자 유도 세라믹 또는 PDC로 알려져 있다.세라믹 전 중합체의 열분해효과는 비교적 낮은 온도에서 불활성 대기에서 가장 흔히 이루어진다.CVD 공정에 비해 세라믹에 열화되기 전에 폴리머를 다양한 형태로 형성할 수 있기 때문에 열분해 방법이 유리하다.[27][28][29][30]

SiC는 또한 다이아몬드 와이어 톱을 사용하거나 레이저를 사용하여 단일 결정체를 절단하여 웨이퍼로 만들 수 있다.SiC는 전력 전자제품에 쓰이는 유용한 반도체다.[31]

구조 및 특성

주요 기사:실리콘 카바이드 폴리모르프
주요 SiC 폴리 유형의 구조.
SiC3Cstructure.jpg
SiC4Hstructure.jpg
SiC6Hstructure.jpg
(β)3C-SiC 4H-SiC (α)6H-SiC
실리콘 카바이드, 입체 현미경으로 찍은 이미지

실리콘 카바이드에는 약 250개의 결정체가 존재한다.[32]세라믹 전 고분자의 불활성 대기 열분해를 통해 유리형 아모르퍼스 형태의 실리콘 카바이드도 생성된다.[33]SiC의 다형성은 다형이라고 불리는 유사한 결정 구조를 가진 대가족이 특징이다.그것들은 2차원에서 동일하고 3차원에서 다른 동일한 화학 화합물의 변형이다.따라서 일정한 순서에 따라 쌓이는 층으로 볼 수 있다.[34]

알파 실리콘 카바이드(α-SiC)는 가장 흔히 접하는 폴리모프로서 1700 °C 이상의 온도에서 형성되며 육각 결정 구조(우르츠아이트와 유사)를 가지고 있다.아연 혼합 결정 구조(다이아몬드와 유사)로 베타 수정(β-SiC)은 1700 °C 미만의 온도에서 형성된다.[35]최근까지 베타 형태는 알파 형태에 비해 표면적이 높아 이질적인 촉매에 대한 지원으로 사용하려는 관심이 증가하고 있지만 상업적 용도는 상대적으로 적었다.

주 SiC 폴리타입의[5][27] 특성
폴리타입 3C(β) 4H 6H(α)
결정구조 아연 혼합물(큐빅) 육각형 육각형
스페이스 그룹 T2d-F43m C46v-P63mc C46v-P63mc
피어슨 기호 cF8 hP8 hP12
격자 상수(å) 4.3596 3.0730; 10.053 3.0810; 15.12
밀도(g/cm3) 3.21 3.21 3.21
밴드갭(eV) 2.36 3.23 3.05
벌크 계수(GPA) 250 220 220
열전도도(W⋅m−1⋅K−1)

@ 300 K(온도 의존성 참조)

 360 370 490

순수 SiC는 무색이다.공산품의 갈색에서 검은색은 철의 불순물에서 비롯된다.[citation needed]이 결정체의 무지개 같은 광택은 표면에 형성되는 이산화규소의 수용층의 박막 간섭 때문이다.

SiC(약 2700 °C)의 높은 승화 온도는 베어링과 용해로 부품에 유용하다.실리콘 탄화물은 알려진 온도에서 녹지 않는다.그것은 또한 화학적으로 매우 불활성적이다.열전도율이 높고 전기장 파괴 강도가 높고 최대 전류 밀도가 높아 고출력 소자의 실리콘보다 유망한 전자제품에서 반도체 재료로 쓰일 관심이 높다.[37]SiC는 또한 열팽창 계수(4.0 × 10−6/K)가 매우 낮으며 열팽창 불연속성을 야기할 위상 전이가 발생하지 않는다.[19]

전기 전도도

실리콘 카바이드(Silicon Carbide)는 반도체로 질소나 인에 의해 도핑 n형, 베릴륨, 붕소, 알루미늄, 갈륨에 의해 p형 등이 가능하다.[5]금속 전도성은 붕소, 알루미늄 또는 질소를 사용한 헤비 도핑에 의해 달성되었다.

3C-SiC:Al, 3C-SiC:B 및 6H-SiC:B에서 초전도성이 1.5K의 유사한 온도에서 검출되었다.[35][38] 그러나 알루미늄과 붕소 도핑 사이의 자기장 거동에 대해 중요한 차이가 관찰된다: 3C-SiC:알은 타입 II이다.반대로 3C-SiC:B는 6H-SiC:B와 마찬가지로 타입 I이다.따라서 초전도 성질은 도판트(B vs)에 더 의존하는 것처럼 보인다.Al) 폴리형(3C- 대 6H-)보다 큼.이러한 의존성을 설명하기 위해 B는 SiC의 C 사이트에서 대체하지만 Al은 Si 사이트에서 대체한다는 점에 주목했다.따라서 Al과 B는 두 폴리 타입 모두에서 서로 다른 환경을 "보고" 있다.[39]

사용하다

연마재 및 절삭 공구

SiC로 만든 디스크 절단

예술 분야에서는 실리콘 카바이드(carbide)가 재료의 내구성과 저렴한 비용으로 인해 현대식 복피다리에서 인기 있는 연마재다.제조에서는 연마, 연마, 워터제트 절삭, 샌드블라스팅 등 연마 가공 공정의 경도로 사용된다.실리콘 카바이드 입자는 종이에 라미네이트 되어 있어, 스케이트보드 위에 모래와 그립 테이프를 만든다.[40]

1982년 산화알루미늄과 실리콘 카바이드 수염의 예외적으로 강한 혼합물이 발견되었다.실험실에서 생산한 이 합성물을 상업용 제품으로 개발하는 데는 3년밖에 걸리지 않았다.1985년, 이 알루미나 및 실리콘 카바이드 위스커-보강 합성물로 만들어진 최초의 상업용 절단 도구가 시장에 소개되었다.[41]

구조재료

실리콘 카바이드(Carbide)는 탄도 조끼의 외상 플레이트에 사용된다.

1980년대와 1990년대에 유럽, 일본, 미국의 고온 가스 터빈을 위한 여러 연구 프로그램에서 실리콘 카바이드 연구가 진행되었다.이 부품들은 니켈 슈퍼앨로이 터빈 블레이드나 노즐 베인을 대체하기 위한 것이었다.[42]그러나 이 프로젝트들 중 어느 것도 내충격성이 낮고 골절 강도가 낮기 때문에 생산량을 산출하지 못했다.[43]

다른 하드 세라믹(명칭 알루미나, 붕소 카바이드)과 마찬가지로 실리콘 카바이드도 합성 갑옷(예: 초밤 갑옷)과 방탄조끼를 입은 세라믹 플레이트에 사용된다.피너클 아머가 제작한 드래곤 스킨은 실리콘 카바이드 원반을 사용했다.[44]SiC 갑옷의 골절강성 개선은 비정상적인 곡물 성장 현상 또는 AGG를 통해 촉진될 수 있다.비정상적으로 긴 실리콘 카바이드 알갱이의 성장은 균열-웨이크 브리징을 통해 수염 보강과 유사한 강화 효과를 제공할 수 있다.유사한 AG-toughening 효과가 실리콘 질화질소(SiN34)에서 보고되었다.[45]

실리콘 카바이드(Silicon Carbide)는 세라믹, 유리 퓨즈 또는 유리 주조와 같은 고온 가마에서 지지 및 선반 재료로 사용된다.SiC 가마 선반은 전통적인 알루미나 선반에 비해 상당히 가볍고 내구성이 뛰어나다.[46]

2015년 12월, 녹은 마그네슘에 실리콘 카바이드 나노 입자를 주입하는 것이 항공, 항공우주, 자동차, 마이크로 전자공학에서 사용하기에 적합한 새로운 강력하고 플라스틱 합금을 생산하는 방법으로 언급되었다.[47]

자동차 부품

Porsche Carrera GT의 실리콘 카바이드 "탄소 세라믹" 디스크 브레이크

실리콘-충돌 탄소복합체는 극한의 온도를 견딜 수 있어 고성능 '세라믹' 브레이크 디스크에 사용된다.실리콘은 탄소-탄소 합성물의 흑연과 반응하여 탄소 섬유 강화 실리콘 카바이드(C/SiC)가 된다.이 브레이크 디스크는 도로를 달리는 일부 스포츠카, 슈퍼카뿐만 아니라 포르쉐 카레라 GT, 부가티 베이론, 쉐보레 콜벳 ZR1, 맥라렌 P1, [48]벤틀리, 페라리, 람보르기니, 그리고 특정한 고성능 아우디 자동차에 사용된다.실리콘 카바이드도 디젤 미립자 필터에 소결 형태로 사용된다.[49]마찰, 방출, 고조파 등을 줄이기 위한 오일[dubious – discuss][clarification needed] 첨가제로도 쓰인다.[50][51]

주조 공장 십자가형

SiC는 소형 및 대형 주조 공장 용도에서 용해 금속을 고정하기 위해 십자가형에 사용된다.[52][53]

전기 시스템

SiC의 가장 초기 전기적 적용은 전력 시스템의 피뢰기에 있었다.이러한 장치는 교차하는 전압이 특정 임계값 V에T 도달할 때까지 높은 저항을 나타내야 하며, 이때 저항은 더 낮은 수준으로 떨어지고 인가된 전압이T V 아래로 떨어질 때까지 이 수준을 유지해야 한다.[54]

SiC가 이처럼 전압에 의존하는 저항을 가지고 있다는 것은 일찍이[when?] 인정되어 SiC 펠릿의 기둥이 고전압 전력선과 지구 사이에 연결되었다.라인에 낙뢰를 맞으면 라인 전압이 충분히 상승하면 SiC column이 진행돼 전력선을 따라 타격 전류가 지상으로 무해하게 전달된다.SiC 컬럼은 정상 전원 라인 작동 전압에서 현저하게 전도성이 입증되어 스파크 갭과 직렬로 배치되어야 했다.이 스파크 간격은 번개가 전력선 도체의 전압을 상승시킬 때 이온화되고 전도성이 발생하므로 전력 도체와 접지 사이의 SiC 컬럼을 효과적으로 연결한다.피뢰기에 사용되는 스파크 간격은 재료 고장이나 먼지 또는 소금에 의한 오염으로 인해 필요할 때 호를 치지 못하거나 나중에 꺼지지 않는 등 신뢰성이 떨어진다.SiC 기둥의 사용은 원래 피뢰기의 스파크 갭을 제거하기 위한 것이었다.개프 SiC 피뢰기는 번개 방지에 사용되었고, 그 중에서도 GE와 웨스팅하우스 브랜드 이름으로 판매되었다.SiC 피뢰기는 산화아연 알갱이 기둥을 사용하는 무갭 바리스터로 대체되었다.[55]

전자 회로 요소

실리콘 카바이드(carbide)는 상업적으로 가장 중요한 반도체 소재였다.크리스탈 라디오 "카보룬덤"(합성 실리콘 카바이드) 검출기 다이오드는 1906년 헨리 해리슨 체이스 던우디(Henry Harrison Chase Dunwoody)에 의해 특허를 받았다.그것은 선상 수신기에서 많은 초기 사용을 발견했다.

동력전자장치

실리콘 카바이드(Silicon Carbide)는 연구 및 초기 대량 생산에 있어 반도체로서 빠르고 고온 및/또는 고전압 장치에 장점을 제공한다.사용 가능한 첫 번째 장치는 쇼트키 다이오드였으며, 그 다음으로는 고압 스위칭을 위한 접속 게이트 FET와 MOSFET가 있었다.양극성 트랜지스터와 사이리스터는 현재 개발 중이다.[37]

SiC 상용화의 주요 문제점은 가장자리 탈구, 나사 탈구(공중 및 폐쇄 코어), 삼각형 결함, 기저면 탈구 등 결함의 제거였다.[56]그 결과, 연구자들은 잠정적으로 고장 성능의 개선을 위한 해결책을 찾고 있었지만, SiC 결정으로 만들어진 장치는 처음에는 후진 차단 성능이 좋지 않았다.[57]결정 품질과는 별개로, SiC와 이산화규소와의 인터페이스의 문제는 SiC 기반 전력 MOSFET와 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 개발을 방해했다.비록 메커니즘이 여전히 불분명하지만, 질화질소는 인터페이스 문제를 야기하는 결함을 극적으로 감소시켰다.[58]

2008년에는 1200 V 등급의 최초의 상용 JFET가 시장에 출시되었고,[59] 2011년에는 1200 V 등급의 상용 MOSFET가 출시되었다. JFETs는 현재 25 MΩ의 저저항으로 650 V ~ 1700 V 등급의 상용 JFET를 구입할 수 있다.[60]인기 TO-247과 TO-220 패키지의 SiC 스위치와 SiC 쇼트키 다이오드(SiC Schottky barrier diode, 역시 SBD) 외에, 회사들은 베어 칩을 전력 전자 모듈에 구현하기 훨씬 더 일찍 시작했다.

SiC SBD 다이오드는 PFC 회로와 IGBT 전원 모듈에서 광범위한 시장 확산을 발견했다.[61]국제전력전자시스템학회(CIPS) 등 회의에서는 SiC 전력장치의 기술적 진척상황을 정기적으로 보고한다.SiC 전원 장치의 기능을 완전히 개방하기 위한 주요 과제는 다음과 같다.

  • 게이트 드라이브: SiC 장치는 실리콘과 다른 게이트 드라이브 전압 레벨을 요구하는 경우가 많으며, 예를 들어 +20V 및 -5V와 같이 비대칭일 수도 있다.[62]
  • 포장: SiC 칩은 실리콘 전원 장치보다 전력 밀도가 높을 수 있으며 실리콘 한계치인 150 °C를 초과하는 고온을 처리할 수 있다.기기의 열을 효율적으로 빼내고 신뢰할 수 있는 상호연결을 보장하기 위해서는 소결과 같은 새로운 다이 부착 기술이 필요하다.[63]
자외선 LED

LED들

전기 발광 현상은 1907년 실리콘 카바이드(carbide)를 사용한 것으로, 최초의 상용 LED는 SiC를 기반으로 했다.3C-SiC로 만든 노란색 LED는 1970년대[64] 소련에서, 청색 LED(6H-SiC)는 1980년대 전 세계에서 제조됐다.[65]

다른 물질인 질화 갈륨이 10~100배 더 밝은 배출을 보이자 LED 생산이 곧 중단됐다.이 같은 효율성의 차이는 SiC의 간접 대역 간극이 불리한 반면 GaN은 직접 대역 간극을 갖고 있어 빛 배출을 선호하기 때문이다.그러나 SiC는 여전히 중요한 LED 부품 중 하나이다. SiC는 GaN 장치를 성장시키는 데 인기 있는 기질이며, 또한 고출력 LED의 열 확산기 역할도 한다.[65]

천문학

낮은 열팽창 계수, 높은 경도, 강성, 열 전도성은 실리콘 카바이드로 하여금 천체 망원경을 위한 바람직한 거울 재료로 만든다.이 성장 기술(화학 증착)다결정 실리콘 탄화물의 직경이 3.5m(11ft)까지 디스크를 생산하고는 허셜 우주 망원경 같은 여러 망원경 이미 탄화 규소 optics,[66][67]에게도 지구는 우주 관측소 우주선 서브 시스템 엄격한 실리콘 carbi에 탑재되는 장착된 가속도를 내고 있다.드 fram열로 인해 확장되거나 수축되지 않는 안정적인 구조를 제공하는 e.

박막 필라멘트 파이로메트리

주요 기사:박막 필라멘트 파이로메트리
불꽃과 빛나는 SiC 섬유를 시험한다.불꽃의 높이는 약 7cm(2.8인치)이다.

실리콘 카바이드 섬유는 얇은 필라멘트 파이로메트리라고 불리는 광학 기법으로 가스 온도를 측정하는 데 사용된다.그것은 뜨거운 가스 흐름 속에 얇은 필라멘트를 배치하는 것을 포함한다.필라멘트로부터의 복사 방출은 필라멘트 온도와 상관될 수 있다.필라멘트는 직경이 15마이크로미터인 SiC 섬유로 사람의 머리카락의 약 5분의 1이다.섬유가 너무 얇기 때문에 불꽃을 방해하는 일은 거의 없고 온도도 국소 가스의 온도에 가깝게 남아 있다.약 800–2500 K의 온도를 측정할 수 있다.[68][69]

난방요소

실리콘 카바이드 가열 소자에 대한 언급은 20세기 초 미국 애치슨의 카보룬덤사와 베를린의 EKL이 생산했을 때부터 존재한다.실리콘 카바이드의 작동 온도는 금속 히터에 비해 높았다.실리콘 카바이드 원소는 오늘날 유리와 비철 금속의 용해, 금속의 열처리, 플로트 유리 생산, 도자기와 전자부품 생산, 가스 히터를 위한 파일럿 조명에 점화기 등에 사용된다.[70]

핵연료 입자 및 피복재

실리콘 카바이드(silicon carbide)는 페블베드 원자로와 같은 고온 가스 냉각 원자로에서 발견되는 핵연료의 유형인 TRISO 코팅 연료 입자에 중요한 물질이다.실리콘 카바이드 층은 코팅된 연료 입자의 구조적 지지를 제공하며 핵분열 생성물 방출에 대한 주요 확산 장벽이다.[71]

실리콘 카바이드 복합재료가 경수로에서 지르칼로이 피복재의 대체재로 사용되는지 조사되었다.이번 조사의 이유 중 하나는 지르칼로이가 물과의 부식 반응의 결과로 수소 부서짐을 경험하기 때문이다.이것은 방사형 하이드라이드의 체적 분율이 증가함에 따라 파단강도의 감소를 초래한다.이 현상은 물질의 손상까지 온도가 상승함에 따라 급격히 증가한다.[72]실리콘 카바이드 클래딩은 이와 같은 기계적 저하를 경험하지 않고 오히려 온도가 상승하면서 강도 특성을 유지한다.합성물은 SiC 내층을 감싸고 SiC 외층으로 둘러싸인 SiC 섬유로 구성된다.[73]SiC 합성물의 조각과 결합할 수 있는 능력으로 문제가 보고되었다.[74]

보석

모이사나이트 약혼반지

주얼리에 쓰이는 원석으로서 실리콘 카바이드(carbide)는 광물 이름을 따서 "합성 모이사나이트(synthetic moissanite)" 또는 그냥 "모이사나이트(moissanite)"라고 불린다.모이산나이트는 투명하고 단단하며(다이아몬드의 경우 10에 비해 모스 눈금에서는 9–9.5), 굴절률(다이아몬드의 경우 2.42에 비해)이 2.65와 2.69 사이(다이아몬드의 경우 2.42와 비교)라는 몇 가지 중요한 측면에서 다이아몬드와 비슷하다.모이산나이트는 일반적인 입방체 지르코니아보다 다소 단단하다.다이아몬드와는 달리, 모이사나이트는 강한 반향성을 가질 수 있다.이 때문에 수정의 시신경 축을 따라 모이사나이트 보석을 잘라 이물질 효과를 최소화한다.그것은 다이아몬드보다 더 가볍고(밀도 3.21 g/cm3 대 3.53 g/cm3), 열에 훨씬 더 강하다.이것은 더 높은 광택과 더 날카로운 면들, 그리고 좋은 복원력을 가진 돌로 귀결된다.무아나이트가 최대 1,800 °C(3,270 °F)의 온도로 손상되지 않은 상태로 남아 있기 때문에 다이아몬드처럼 느슨한 무아나이트 스톤은 유실-왁스 주물을 위한 왁스 링 몰드에 직접 넣을 수 있다.[75]모이산나이트는 다이아몬드 대용품으로 인기를 끌었고, 열전도도가 다른 대체품보다 다이아몬드에 가깝기 때문에 다이아몬드로 잘못 인식될 수도 있다.많은 열 다이아몬드 시험 장치들은 모이사나이트와 다이아몬드를 구별할 수 없지만, 이 보석은 이단성이 뚜렷하고 자외선 아래에서는 아주 약간 녹색이나 노란색의 형광도 뚜렷하다.어떤 모이사나이트 돌은 또한 다이아몬드가 결코 가지고 있지 않은 곡선형의 끈 같은 포함물을 가지고 있다.[76]

철강생산

강철 제조에 사용되는 실리콘 카바이드 조각

강철을 만드는 데 사용되는 기본 산소 용해로에 용해된 실리콘 카바이드(carbide)방출된 추가 에너지는 용광로가 같은 양의 뜨거운 금속으로 더 많은 고철을 처리할 수 있게 해준다.수돗물 온도를 높이고 탄소 및 실리콘 함량을 조절하는 데도 사용할 수 있다.실리콘 카바이드의 경우 페로실리콘과 탄소의 조합에 비해 가격이 저렴하고, 미량 원소의 수치가 낮아 더 깨끗한 강철과 낮은 배출량을 생산하며, 가스 함량이 낮으며, 강철의 온도를 낮추지 않는다.[77]

촉매 지지대

실리콘 카바이드에 의해 나타나는 산화에 대한 자연적인 저항은 물론, 입방 β-SiC 형태를 보다 넓은 표면적을 가진 합성하는 새로운 방법의 발견으로 인해, 이질적인 촉매 지지대로서의 사용에 상당한 관심을 갖게 되었다.이 형태는 이미 n-부탄과 같은 탄화수소를 수성 무수체로 산화시키기 위한 촉매 지원으로 채택되었다.[78][79]

카르보룬덤 프린트 제작

실리콘 카바이드(Silicon Carbide)는 카르보룬덤(carborundum) 인쇄술 - 콜라그래프 인쇄술에 사용된다.카르보룬덤그릿은 알루미늄 판 표면에 페이스트 형태로 도포된다.반죽이 마르면 잉크를 바른 다음 그 세밀한 표면에 끼운 다음 판의 맨 부분부터 닦는다.그 잉크 판은 인타글리오 인쇄에 사용되는 압연 침대의 압정으로 종이에 인쇄된다.그 결과는 종이에 양각된 도색 자국을 인쇄한 것이다.

카르보룬덤그릿은 석판 리토그래피에도 사용된다.입자 크기가 균일해 기존 이미지를 제거한 돌을 '회색'할 수 있다.샌딩과 비슷한 과정으로 코아저그릿 카르보룬덤을 돌에 바르고 레비게이터로 작업한 뒤 돌이 깨끗해질 때까지 점차 미세하고 미세한 그릿을 가한다.이것은 기름에 민감한 표면을 만든다.[80]

그래핀 생산

실리콘 카바이드(carbide)는 SiC 나노구조체 표면에 그래핀의 상피생성을 촉진하는 화학적 특성 때문에 그래핀 생산에 활용할 수 있다.

생산에 있어서는 주로 그래핀을 재배하는 기질로 실리콘을 사용한다.그러나 실제로 실리콘 카바이드에 그래핀을 배양하는 데 사용할 수 있는 몇 가지 방법이 있다.구속조절승화(CCS) 성장법은 흑연으로 진공 상태에서 가열하는 SiC칩으로 구성된다.그런 다음 진공 상태를 매우 점진적으로 풀어 그래핀의 성장을 조절한다.이 방법은 최고 품질의 그래핀 층을 산출한다.그러나 다른 방법들도 같은 제품을 생산하는 것으로 보고되었다.

그래핀을 재배하는 또 다른 방법은 진공 내 고온에서 SiC를 열로 분해하는 것이다.[81]그러나 이 방법은 층 안에 작은 알갱이가 들어 있는 그래핀 층을 산출하는 것으로 밝혀졌다.[82]그래서 그래핀의 품질과 수율을 향상시키기 위한 노력이 있었다.그러한 방법 중 하나는 아르곤으로 구성된 대기에서 실리콘 종료 SiC의 현장 그래피티화를 수행하는 것이다.이 방법은 다른 방법을 통해 얻을 수 있는 계층보다 더 큰 도메인 크기의 그래핀 층을 산출한다는 것이 증명되었다.이 새로운 방법은 많은 기술적 응용을 위한 더 높은 품질의 그래핀을 만들기 위해 매우 실용적일 수 있다.

이러한 그래핀 생산 방법을 언제 어떻게 사용하는지 이해하면 대부분 성장 가능 환경 내에서 SiC에서 이 그래핀을 주로 생산하거나 재배한다.SiC 열 특성 때문에 다소 높은 온도(예: 1300 °C)에서 가장 자주 사용된다.[83]그러나, 그래핀 제조에 도움이 되는 낮은 온도를 사용하는 방법을 잠재적으로 산출할 수 있는 특정한 절차들이 수행되고 연구되어 왔다.보다 구체적으로 그래핀 성장에 대한 이러한 다른 접근방식은 약 750 °C의 온도 환경 내에서 그래핀을 생성하는 것으로 관찰되었다.이 방법은 화학적 증기 증착(CVD)과 표면 분리와 같은 특정 방법의 조합을 수반한다.기질에 관한 한, 시술은 SiC 기질에 전이 금속의 얇은 막으로 코팅하는 것으로 구성된다.그리고 이 물질의 급속한 열처리 후, 탄소 원자는 그래핀을 산출하는 전이 금속막의 표면 인터페이스에서 더욱 풍부해질 것이다.그리고 이 과정은 기질 표면 전체에 걸쳐 더 연속적인 그래핀 층을 생성하는 것으로 밝혀졌다.[84]

양자물리학

실리콘 카바이드에는 컬러 센터로 알려진 크리스털 격자의 포인트 결함을 발생시킬 수 있다.이러한 결함은 필요에 따라 단일 광자를 생성할 수 있으므로 단일 광자 소스를 위한 플랫폼 역할을 한다.그러한 장치는 양자정보과학의 많은 새로운 응용에 대한 근본적인 자원이다.외부 광원이나 전류를 통해 컬러 센터를 펌핑하면 컬러 센터가 흥분 상태로 전환된 후 광자 1개를 방출하면서 이완된다.[85][86]

실리콘 카바이드에서 잘 알려진 한 가지 점 결함은 다이아몬드의 질소-바칸시 중심과 유사한 전자 구조를 가진 분점이다.4H-SiC에서 디바시는 4개의 제로폰 라인(ZPL)에 해당하는 4개의 다른 구성을 가지고 있다.이러한 ZPL 값은 V-VSiC 표기법과 단위 eV: hh(1.095), kk(1.096), kh(1.119), hk(1.150)를 사용하여 작성된다.[87]

낚싯대 가이드

실리콘 카바이드도 내구성과 마모 저항성이 뛰어나 어업지도사 제조에 사용된다.[88]실리콘 카바이드 링은 가이드 프레임에 장착되며, 일반적으로 라인이 로드 블랭크에 닿지 않도록 하는 스테인리스강 또는 티타늄으로 제조된다.이 링은 낮은 마찰 표면을 제공하여 주조 거리를 개선하는 동시에 낚싯줄이 땋아지는 마모를 방지하는 적절한 경도를 제공한다.[89]

참고 항목

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