탄화 규소
Silicon Carbide
1. 개요
탄화 규소(Silicon Carbide)는 규소와 탄소로 이루어진 14족 화합물 반도체로 원소기호는 SiC이다.2. 특성
반도체라는 특성 덕분에 향후 첨단 반도체 제조공정에서 광범위하게 사용될 수 있는 소재이기 때문에 산화 알루미늄, 이산화 지르코늄, 질화 규소와 함께 뉴 세라믹(New Ceramic)[1]이라는 명칭으로도 불린다. 자연에서도 미량이지만 결정상태로 발견되기도 하며 이 경우 모이사나이트라 불린다, 현재 다양한 산업에서 사용되고 있는 공업용 탄화규소는 1891년 미국의 화학자였던 에드워드 굿리치 애치슨(Edward Goodrich Acheson)이 다이아몬드를 인공적으로 만들기 위해 코크스와 점토의 혼합물을 탄소아크 등으로 가열했을 때 반짝이는 물질을 발견한 후 탄소(Carbon)와 코런덤(Corundum), 즉 산화 알루미늄의 화합물이라는 뜻으로 카보런덤(Carborundum)이라는 이름을 붙이고 카보런덤사를 설립하여 최초의 인공적인 탄화규소를 생산하기 시작했다.규소와 탄소가 1:1로 결합되어 화학적으로 매우 안정되어 있고 물리적으로도 매우 딱딱한 재료이다. 재료의 구조에 따라 전기적으로 고전압에 일반 실리콘[2]보다 10배 이상 더 견딜 수 있으며 열전도도 3배 이상 높기 때문에 고전압과 고열이 발생하는 전자소자에 사용되기에 적합하고, 물리적으로나 화학적으로 여러가지 장점을 갖고 있는 반도체 소재이기 때문에 현재 반도체소자와 관련하여 많은 연구개발이 이뤄지고 있다. 자연상태에서 희귀하게 발견되는 보석의 일종인 모이사나이트와는 달리 인공적으로 만들어진 공업용 탄화 규소는 주로 연마재나 차세대 반도체 소자나 다이오드, 태양광 인버터, 산업용 모터 컨트롤러, 에어컨, 자동차 부품 컨트롤러 등에서도 사용되며 지구상에서 가장 딱딱하다는 다이아몬드[3]와 탄화 붕소(Boron Carbide)[4] 다음으로 우수한 9.2의 모스 경도를 가진 덕분에 방탄복이나 주력전차의 복합장갑[5]에 들어가는 세라믹 방탄재의 재료로 쓰이기도 한다.
2010년대부터는 철도차량 인버터로도 쓰이고 있으며 현재 SiC 차량 도입에 활발한 국가는 일본, 대만, 스웨덴, 싱가포르 정도가 있다. 최근들어 전기자동차의 인버터에도 많이 이용된다.
3. 바깥고리
https://ko.m.wikipedia.org/wiki/%ED%83%84%ED%99%94_%EA%B7%9C%EC%86%8C
[1]
유럽과 미국에서만 주로 사용되는 용어이며, 국내와 일본에서는 파인 세라믹(Fine Ceramic)이라고 부른다.
[2]
성형보형물로 사용되는
실리콘(Silicone)이 아니니 혼동하지 말 것.
[3]
금강석(金剛石)이라고도 불리는 다이아몬드는 10의
모스 경도를 갖고 있는 자연광물과 인공화합물을 통틀어서 가장 단단한 광물이다.
[4]
다이아몬드 다음으로 가장 단단하다고 알려진 화합물이며 9.3의 모스 경도를 갖고 있다. 탄화붕소는 주로 원자력발전소에서 중성자를 흡수해서 핵융합 반응을 조절하는 제어봉의 재료나 군용 방탄재로 가공되어 사용되고 있다. 하지만 생산공정이 까다로운데다가 중국산을 기준으로 순도 99%의 탄화 규소가 1kg당 가격이 2달러 정도인 반면에 탄화 붕소는 1kg당 가격이 20달러인 상대적으로 비교적 고가의 소재다. 다만 이런 가격차이는 탄화 붕소의 주성분인
붕소(Boron) 자체가 전세계적으로 매장량이 규소보다 훨씬 적은 이유도 있는데,
규소는 지구를 구성하고 있는
원소의 28%를 차지할 정도로 자연상태의 흙이나 암석에서 아주 흔하게 얻을 수 있지만 붕소는 세계 매장량 대부분이
튀르키예나 특정 지역에 매우 한정적으로 매장되어 있다.
[5]
대표적으로 미국의
M1 에이브람스의 복합장갑인
초밤장갑과
K1A1과
K2 흑표의 복합장갑인 KSAP(한국형 특수장갑판)의 주성분이 탄화 규소 세라믹으로 이루어져 있다.