실리콘 카바이드 정의

실리콘 카바이드(SiC)는 내화물 및 세라믹 분야에서 연마재 및 내마모성 재료로 널리 사용되고 발광 다이오드(LED)의 반도체 기판으로 사용되는 합성으로 생산된 단단한 결정성 화합물입니다.

또한 EFM 반도체는 전기 자동차(EV) 전력 장치와 같은 고전압 환경에서 기존 실리콘 반도체를 능가하여 전압 및 전류 손실을 최소화하고 필수 배터리 관리 부품을 소형화 및 경량화하면서 크기와 무게를 줄여 우수한 성능을 제공합니다.

실리콘 카바이드

실리콘 카바이드는 실리콘과 탄소로 구성된 불활성 세라믹 화합물입니다. 모스 경도 등급은 9로 탄화붕소(9.5)와 다이아몬드(10)에 이어 세 번째로 높습니다. 실리콘 카바이드는 화학적으로 불활성을 유지하면서 기계적 내구성이 높아 공작 기계와 같이 단단한 표면을 보호하는 용도에 적합합니다.

순수 탄소 나노튜브는 4개의 탄소 원자가 실리콘 결합으로 공유 결합된 4개의 탄소 사면체로 배열되어 있습니다. 이러한 배열은 다양한 결정 구조와 위상을 가진 다형성을 가능하게 합니다.

SiC의 결정 구조는 전자 애플리케이션에 필수적인 와이드 밴드갭 반도체(WBG) 특성을 비롯한 우수한 전기적 특성을 제공합니다. 밴드 갭이 클수록 전자가 궤도를 더 빨리 벗어날 수 있어 기존 실리콘 디바이스보다 더 높은 주파수와 더 빠른 작동이 가능합니다.

실리콘을 기본 재료로 질소, 인, 갈륨, 붕소, 알루미늄을 도핑하여 n형 반도체를 생산할 수 있습니다. 또한 실리콘이 없는 트랜지스터는 비용과 전력 소비를 최대 40%까지 줄일 수 있습니다.

실리콘 카바이드(SiC)는 최대 300℃까지 작동할 수 있어 전기 자동차 모터와 같은 고온 환경의 애플리케이션에 탁월한 소재입니다. SiC는 무게와 비용, 복잡성을 증가시키는 능동 냉각 시스템의 필요성을 제거할 수 있으므로 이러한 차량의 주행 거리를 늘리고 충전 시간을 단축할 수 있습니다.

반도체

실리콘 카바이드는 독특한 전기적 특성으로 오랫동안 전자제품에 매우 유용하다는 평가를 받아왔습니다. 구리 전기 배선과 같이 도체와 절연체(전선을 덮는 폴리머 절연체) 역할을 번갈아 하는 반도체는 특정 조건에서 전기를 전도하는 집적 회로, 다이오드 및 트랜지스터와 같은 개별 전자 부품을 구성하는 데 사용되는 반도체 재료를 구성하며 전류, 전자기장 또는 빛 자극을 통한 자극을 통해 전도성을 변경할 수도 있습니다.

탄화규소는 밴드갭이 매우 넓다는 점에서 기존 반도체와 차별화됩니다. 즉, 전자를 원자가대에서 전도대로 이동시키는 데 훨씬 더 많은 에너지가 필요하므로 탄화규소는 매우 낮은 전력 손실을 자랑하며, 이는 전기 자동차 트랙션 인버터와 같은 고전압 애플리케이션에 사용할 때 매우 중요한 특성입니다.

실리콘 카바이드는 블라스팅 그릿과 카보룬덤 판화 도구부터 열, 전기 및 기계 공학 응용 분야에 이르기까지 산업계와 학계에서 오랫동안 다양한 용도로 활용되어 왔습니다. 그러나 최근에는 낮은 열팽창률, 높은 강도 대 경도 비율, 열악한 환경을 견디는 능력으로 인해 수요가 급증하고 있습니다.

세라믹

실리콘과 탄소가 결합하여 기계적, 화학적, 열적 특성이 뛰어난 매력적인 소재가 탄생했습니다. 모스 척도 기준으로 다이아몬드의 2배에 달하는 극한의 경도와 다른 내화 재료에 비해 뛰어난 열 충격 저항성을 자랑합니다.

세라믹은 비소성 상태에서는 매우 유연하지만 소성 과정에서는 상당히 단단해지는 무기, 비금속 소재를 말합니다. 예를 들어 세라믹은 다양한 카테고리를 포함합니다:

세라믹은 주로 열과 화학적 마모 및 부식에 대한 저항성을 제공하는 내화물, 무기 재료로 사용됩니다. 세라믹은 다양한 모양과 색상으로 제공되며 산업 전반에 걸쳐 사용됩니다. 바이오 세라믹의 중요한 용도로는 화재 방지, 초전도체, 세포의 생물학적 반응 유도 등이 있습니다. 생체 활성 세라믹은 본질적으로 생체 활성이 있거나 표면 처리 또는 세라믹 기공에 약리 활성 물질을 채워 생체 활성을 구현할 수 있습니다. 실리콘 카바이드는 무게와 복잡성, 비용을 증가시키는 능동 냉각 시스템 없이도 고온을 견디면서 마찰과 배기가스를 크게 줄이는 자동차 브레이크 디스크에 널리 사용됩니다. 또한 많은 연마재와 절삭 공구의 기초가 되는 소재이기도 합니다.

자동차

실리콘 카바이드(SiC)는 모스 척도에서 알루미나(9)와 다이아몬드(10) 사이의 9번째에 해당하는 매우 단단한 소재입니다. 탄화규소는 1891년 미국의 발명가 에드워드 애치슨이 인공 다이아몬드를 제조하려고 시도하던 중 전기로 가열한 탄소와 알루미나의 용융물에서 산업용 연마재용 분말 형태로 분쇄된 작은 검은색 탄화규소 결정을 발견하면서 최초로 인공 합성되었습니다. 노벨상을 수상한 화학자 앙리 모이산은 1905년 이 화합물을 모이사나이트라는 투명한 광물로서 자연적으로 관찰했습니다.

실리콘 카바이드는 독특한 원자 구조와 반도체 특성으로 인해 다이오드, 트랜지스터, 전력 장치와 같은 전자 애플리케이션에 이상적입니다. 기존 실리콘보다 전압 저항이 10배 이상 높고 1000V 이상의 시스템에서 더 뛰어난 성능을 발휘하므로 전기 자동차(EV) 충전소 및 에너지 관리 시스템과 관련된 고전압 수요를 충족하는 데 이상적인 소재입니다.

SiC는 스위칭 효율을 크게 개선하는 동시에 DC-DC 컨버터, 온보드 충전기, 배터리 관리 시스템과 같은 필수 EV 부품의 크기와 무게를 줄이는 데 도움이 됩니다. 이러한 발전은 배기가스 배출 없는 주행의 대중화를 앞당길 수 있습니다. GlobalData의 분석에 따르면 기술 공급업체와 기존 자동차 회사부터 신생 스타트업에 이르기까지 10곳 이상의 기업이 혁신적인 솔루션을 위해 실리콘 카바이드를 사용하고 있는 것으로 나타났습니다.