Si(111) 표면을 NH3분위기에서 실리콘질화물(SiNx)로 변형시킨 후 탄화규소(silicon carbide, SiC) 박막을 성장하였다. 질화시간이 증가함에 따라 SiC 박막 두께가 감소함을 관찰하였다. 또한 성장변수에 따라 SiC/Si 계면에서 결정결함인 틈새를 없앨 수 있었다. 100nm, 300nm, 500nm의 SiNx/Si 기판 위에 SiC 박막을 성장시켰다. 성장된 SiC 박막들은 모두 [111]면을 따라 성장되었고, SiC 결정들이 원주형 낟알로 성장되었다. SiC/SiNx 계면에서 void를 관찰할 수 없었다. 이러한 실험 결과는 SOI 구조의 산화규소를 SiNx로 대체함으로써 SiC 소자 제작에 응용될 수 있는 방향을 제시하고 있다.

Al2O3SiC particle was prepared was prepared by the self-propagting high temperature sYthesis(SHS) process from a mixture of SiO2, Al and C powders, The fabricated Al2O3SiC particle was applied to 2024Al/(Al2O3SiC)pcomposite as a reinforcement. Aluminum matix composites were fabricares by the powder extrusion method using the synthesized Al2O3SiC particle and commercial 2024Al powder. Theoptimum preparation conditions for Al2O3SiC partticle by SHS process were described. The influence of the Al2O3SiC voiume fraction on the mechanical was composite was also discussed. Despite adiabatic temperature was about 2367K, SHs reaction was completed not by itself, but by using pre-heating. Mean particle size of final particle synthesized was 0.73 m and most of the particle was smaller than 2m. Elastic modulus and tensile strength of the composite increased with increase the volume fraction of reinforcement but, tensile strength depreciated at 30 vol% of reinforcement.

The fabrication process and mechanical properties of SiC particle prefrrms with high volume fraction ranged 50∼71% were investigated to make metal matrix composites for possible applications as heat sinks in electronic packares. The SiC particle preforms with 50∼71vol% of reinforcement were fabricated by a new modified process named ball milling and pressing method. The SiC particle performs were fabricated by ball milling of SiC particles with single sized of 48m in diameter or two different size of 8m and 48min diameter, with collodal SiO2 as inorgnic binder in distilled water, and the mixed slurries were cold pressed for consolidation into final prefom. The compressive strengths og calcined SiC particle prefoms increased from 20MPa to 155MPa with increasing the content of inorganis binder, temperature and time for calcination. The increase of compressive strength of SiC particle bridge the interfaces of two neighboring SiC particles.

내열금속인 W, Ti와 이들의 질화물인 W2N, TiN 박막을 이용하여 탄화규소 ohmic 접촉을 연구하였다. 열처리 온도에 따른 고온 안정성과 전기적 특성 및 상호 확산 억제 특성을 고찰함으로써 이들 질화물의 고온에서 안정한 ohmic 접촉으로 이용가능성을 조사하였다. 새로운 유기화합물 원료인 bis-trimethylsilylmethane을 이용하여 화학기상 증착법으로 증착한 단결정 β-SiC 박막과 W이 가장 낮은 접촉 비저항, 2.17×10(sup)-5Ωcm2를 보였으며, Ti 계열은 상대적으로 높은 접촉 비저항 값을 나타내었다. 이들 전극 위에 산화 방지막으로 Pt 박막을 증착함으로써 전극의 산화를 막을 수 있었으며, 질화물 전극은 고온에서 금속접촉에 비해 안정한 전기적 특성을 나타내었고, 상호 확산 방지 특성 면에도 우수한 특성을 지니고 있음을 알 수 있었다.

플라즈마 화학증착 (PECVD) 장비를 이용하여 SnO2 투명전도막이 피막된 유리기판 위에 p-SiC/i-Si/n-Si 이종접합 태양전지를 제작하였다. p-SiC 층의 증착중에 기체조성 x=CH4/ (SiH4+CH4)의 변화에 대한 태양전지의 광기전 특성을 관찰하였다. 기체조성(x)이 0~0.4의 범위에서 p-SiC 창층의 광학적 밴드갭의 증가로 인하여 태양전지의 효율은 증가하였으나, 그 이상의 기체조성에서는 p-SiC/i-Si 계면에서의 조성불일치가 증가하여 태양전지의 효율이 감소하였다. 이러한 계면문제는 p-SiC 층과 i-Si 계면에서의 조성불일치가 증가하여 태양전지의 효율이 감소하였다. 이러한 계면문제는 p-SiC 층과 I-Si 층 사이에 I-SiC 완충층을 삽입함으로써 크게 감소하였다. 그 결과 유효면적이 1cm2인 glass/SnO2/p-SiC/i-SiC/i-Si/n-Si/Ag 구조의 박막 태양전지는 100mW/cm2 조도 하에서 8.6%의 효율을 나타내었다. (Voc=0.85V, Jsc=16.42mA/cm2, FF=0.615)

SiH4, CH4, B2H6 혼합기체를 이용하여 플라즈마 화학증착법으로 탄화실리콘 (a-SiC:H) 박막을 증착하였다. 증착중에 혼합기체중의CH4농도 (CH4/CH4+SiH4)를 변화시켜 얻은 박막의 물성을 SEM, XRD, Raman 분광법, FTIR, XPS, 광흡수도와 광전도도 분석을 통하여 살펴보았다. SiH4기체만 이용하여 증착한 Si:H 박막은 비정질상태를 나타내었으나, CH4가 첨가됨에 따라 실리콘 박막의 Si-hn(n은 정수) 결합기가 Si-Cnhm (n,m은 정수) 형태의 결합기로 변화되었으며, 박막내 수소함량은 CH4농도가 0~0.8의 범위에서 증가함에 따라 30~45% 범위에서 증가하였다. 반응기체중의 CH4농도의 증가에 따라 박막 내의 탄소 농도가 증가함을 확인하였으며, 이에 따라 막의 전기비저항과 광학적밴드갭 역시 증가하였다.

Al2O3-SiC 화합물 분말이 SiO2, A1 그리고 C 분말들을 원료분말로 하여 SHS(self-propagating High-temperature Synthesis)법에 의해 제조되었다. 원료 분말에서의 몰비, 성형압력, 반응물의 초기온도의 영향이 생성물과 연소과정에 대해 연구되었다. SiO2/A1/C계의 자전연소합성은 낮은 연소온도 때문에 400˚C 이상으로 예열되어야 한다. 연소반응의 결과로서 최종생성물의 순도는 반응물의 순도보다 높았다. 이 계에서 SiO2:Al:C의 적당한 몰비는 3.0:4.0:6.0이었고, free carbon은 30min 동안 650˚C에서 배소함으로써 제거되었다. 본 연구에서 상압소결은 1700˚C에서 powder bed를 사용한 표본의 분해를 제어하고 치밀한 소결체를 얻는데 매우 효과적이었다. hot-pressing으로 생성된 소결체는 이론비교밀도의 약 98%이었다.

The fabrication process and properties of SiC particulate preforms with high volume fraction above 50% were investigated. The SiC particulate preforms were fabricated by vacuum-assisted extraction method after wet mixing of SiC particulates of 48 in diameter, as inorganic binder, cationic starch as organic binder and polyacrylamide as dispersant in distilled water. The SiC particulate preforms were consolidated by vacuum-assisted extraction, and were followed by drying and calcination. The drying processes were consisted with natural drying at for 36 hrs and forced drying at 10 for 12 hrs in order to prevent the micro-cracking of SiC particulates preform. The compressive strengths of SiC particulate preforms were dependent on the inorganic binder content, calcination temperature and calcination time. The compressive strength of SiC preform increased from 0.47 MPa to 1.79 MPa with increasing the inorganic binder content from 1% to 4% due to the increase of flocculant between the interfaces of SiC particulates. The compressive strength of SiC preform increased from 0.90 MPa to 3.21 MPa with increasing the calcination temperatures from 800 to 120 under identical calcination time of 4hrs. The compressive strength of SiC preform increased from 0.92 to 1.95 MPa with increasing the calcination time from 2 hrs to f hrs at calcination temperature of 110. The increase of compressive strength of SiC preform with increasing the calcination temperature and time is due to the formation of crystobalite phase at the interfaces of SiC particulates.

반응결합 알루미나(RBAO)-SiC 세라믹스를 AI금속분말/AI2O3/SiC 분말혼합체로부터 제조하였다. 하소알루미나와 용융알루미나를 알루미나 분말공급원으로 사용하였다. 출발원료는 단일구경(3mm)또는 혼합구경(3mm+5mm)의 ZrO2볼로 어트리션 밀링 하였다. 정수압 성형한 시편을 1100˚C까지 1.5˚C/mim로 1차소성한 다음, 1500˚C~1600˚C까지 5˚C/mim으로 2차소성하였다. 용융알루미나와의 분말혼합체가 하소알루미나와의 분말혼합체보다 분쇄가 더욱 잘 되었다. 또한 단일구가 혼합구보다 분쇄에 더욱 효율적이었다. AI2O3 형태에 따른 반응소결거동에는 별 차이가 없었다.

6H-SiC와 W의 계면에서 열처리에 따라 일어나는 반응을 X-선 회절분석 및 투과전자현미경을 이용하여 분석하였다. 연구결과 900˚C까지 새로운 상의 형성은 없었고, 1100˚C와 1300˚C에서 W5Si3와 W2C가 형성되어 서로 혼재되어 있으며 반응하지 않은 W은 없음을 관찰하였다. 이는 이미 보고된 W/β-SiC의 경우와 일치하는 결과로서 이 온도영역에서 W5Si3와 W2C가 안정상임을 시사하고 있다.

SiC4C3H 8H2와 C3H8 H2, CH3SiCI3CH4H2계를 사용하여 흑연기판 위에 SiC와 SiC/C FGM을 CVD법에 의해 코팅하였다. SiCI4C3H8 H2 계에서 SiC 증착 시 바람직한 수소의 비는 10-30사이였고 결정 배향성은 입력가스의 탄소비에 따라 여러번의 대 반전이 일어났다. 성장조건을 111 배향성을 갖도록 조절하는 것이 FGM층간 접착상태를 증진시킬 수 있는 방법으로 판단되었다. CH3SiCI3C3H8 H2 계에서는 SiC와 C의 비율을 조절하기가 SiCI4C3H8 H2계를 사용했을 때 보다 용이하였고, FGM 단면 관찰에서 층간의 뚜렷한 경계를 발견할 수 없을 정도로 우수한 층간 접착상태를 보였다.

P-type Si(111)기판 위에 3C-SiC박막 성장시 TMS(tetramethylsilane)유량, 반응온도, 반응압력, 가스공급방법등 다양한 성장변수에 따른 박막의 결정성변화를 연구하였다. 증착된 막은 모두 (111)방향성만을 나타내었고, free Si, C의 존재는 관찰할 수 없었다. TMS 유량 0.5 sccm에서, 1100-1200˚C의 반응온도에서 , 반응압력 12-50Torr 조건에서 비록 dislocation과 twin등이 발결되었으나 단결정 3C-SiC 박막을 성장시킬 수 있었으며, 박막의 결정성은 기판에 흡착된 Si-종과 C-종이migration할 수 있는 시간과 에너지에 크게 영향 받음을 확인할 수 있었다. 또한 SiC/Si계면에서 carbonization공정에서 관찰되는 것으로 알려진 void를 관찰할 수 있었으며, 이러한 void의 발생은 기체공급방법을 달리함으로서 제거할 수 있음을 확인할 수 있었다.

HMDS[Si2(CH3)6]단일 선구체를 이용하여 화학증착 방법으로 성장된 3C-SiC/Si(001) 이종접합박막의 특성을 XRD, 라만 스펙트럼 및 투과전자현미경(TEM)등을 이용하여 조사하였으며 시판되고 있는 상용 3C-SiC/Si 시편을 같은 방법으로 분석하여 특성을 비교검토하였다. C3H8-SiH4-H2혼합가스를 선구체로 이용하여 5μm두께로 성장된 상용 3C-SiC/Si 이종접합박막 시료의 XRD스펙트럼에서는 강한 3C-SiC(002)피크 만이 관찰되었으며, 라만 스펙트럼의 LO피크는 970nm-1 정도에서 강하게 나타났다. TEM 관찰 결과 다수의 전위, 쌍정, 적층결함 및 APB와 같은 결정결함들이 3C-SiC/Si 계면 근처에 집중적으로 분포되어 있었으며 성장된 박막은 단결정임을 확인할 수 있었다. 선구체로 HMDS를 사용하여 0.3μm 및 2μm 두께로 성장시킨 3C-SiC/Si 박막 시료의 XRD 스펙트럼은 다소 완만한 3C-SiC(002) 피크와 함께 3C-SiC(111)피크가 관찰되었으며, TEM으로 확인한 결과 소경각 결정립들이 약 5˚-10˚ 정도 방위차를 가지고 성장하여 기둥구조(columnar structure)를 이루고 있기 때문임을 알 수 있었다. 라만 스펙트럼 분석 결과 박막의 LO 피크가 967-969nm-1정도로 다소 낮은 wavenumber쪽으로 이동되어 박막 내에 상당한 응력이 존재함을 확인할 수 있었다. 이와 같은 HMDS 3C-SiC박막의 특성은 성장 온도가 낮고 박막 성장용 가스로 사용한 HMDS 선구체에서 탄소가 과잉으로 공급되기 때문으로 제안되었다.다.

TMS(tetramethysilane, Si(CH3)4)를 이용하여 RTCVD(rapid thermal chemical vapor deposition)장치에서 Si(111) 기판 위에 β-SiC(111)를 성장시켰다. 실험변수로는 반응온도, TMS유량, 반응시간, H2유량을 변화시켰으며, XRD, IR, SEM, RBS, TEM등을 이용하여 성장된 박막을 분석하였다. 성장된 박막은 crystallized Si, C또한 Si-H, C-H결합은 관찰할 수 없었으나 다결정이었다. TMS의 유량이 증가함에 따라, 성장온도가 감소함에 따라서 미려한 박막을 성장시킬 수 있었으며, 반응의 활성화에너지는 20kcal/molㆍK이었다.

AI-xSi/ySiC( x:6~18wt%, y: 3~9wt%, SiC 입자크기: 10~28μm) 복합재료를 재용해한 후 항온 유지하고 응고 시킬때 SiC 입자가 몰드의 하부로 침강하는 현상을 계통적으로 조사하였다. AI-Si/SiC 복합재료 용탕을 항온으로 유지하면 입자가 없는 지역은 유지시간이 약 처음 30분 동안 빠르게 증가한다. SiC 입자가 크기가 클수록 SiC입자의 크기가 클수록 SiC입자의 침강속도가 빠르다. 또한 복합재료중 철가한 SiC 입자의 부피분율이 증가하면 입자의 침강속도는 감소한다.

개조한 가스 금속 아아크 용접공정을 이용하여 SiC/AI 금속기 복합재료를 제조하고 그 특성을 조사하였다. AI 모재위에 강화입자의 크기와 부피분율을 변화하여 다양한 SiC/AI 복합재료층을 제조하였고, 만들어진 복합재료층의 특성은 미세조직관찰과 미소경도시험을 통하여 이루어졌다. 복합재료층의 두께는 약 7-8mm로 측정되었고 균일한 강화입자의 분포도를 얻을 수 있었다. 분산입자의 부피분률은 Ar가스의 유량에 의하여 조절하였고 분산입자의 부피분률이 증가하고 크기가 작아짐에 따라 기지의 수지상 응고조직은 더욱 미세화되었다. 복합재료의 부피경도는 분산입자의 부피분률이 감소함에 따라 낮아졌으나 입자 크기에는 크게 변화가 없는 것으로 나타났다.