Why Silicon Carbide substrate uses Silicon carbide as raw materials

1. 우수한 물리적 및 화학적 안정성

• 높은 열전도도 : SiC는 최대 ~490 W/m·K의 열전도도를 가지고 있어(실리콘의 ~150 W/m·K보다 훨씬 높음) 효율적인 방열을 가능하게 합니다. 이는 고전력 장치(예: 전력 모듈, 자동차 전자 장치)의 과열 방지 및 신뢰성 유지에 매우 중요합니다.
• 높은 융점 : ~2,700°C의 융점을 가진 SiC는 열화되지 않고 고온을 견딜 수 있어 혹독한 환경(예: 항공우주, 산업용 모터)에서도 작동이 가능합니다.
• 화학적 불활성 : 부식, 산화 및 가혹한 화학 물질에 대한 저항성이 뛰어난 SiC 기판은 공격적인 조건(예: 석유 및 가스 탐사, 고온 센서)에 노출되는 응용 분야에 이상적입니다.

2. 반도체 소자의 우수한 전기적 특성

• 와이드 밴드갭 : SiC는 ~3.2eV(실리콘의 ~1.1eV 대비)의 밴드갭을 가지고 있어 더 높은 전압을 견뎌내고 더 높은 온도에서 더 낮은 에너지 손실로 작동할 수 있습니다. 따라서 낮은 전력 소모와 높은 효율을 요구하는 고전압 전력 장치(예: 전기 자동차 인버터, 재생 에너지 그리드)에 적합합니다.
• 높은 항복 전계 강도 : SiC의 항복 전계 강도(~2.5 × 10^6 V/cm)는 실리콘보다 약 10배 높아 스위칭 손실을 줄이면서 더 얇고 컴팩트한 소자를 설계할 수 있습니다. 예를 들어, SiC 기반 전력 MOSFET과 다이오드는 최대 10kV의 전압을 처리할 수 있어 차세대 전력 전자 장치에 필수적입니다.
• 높은 전자 이동도 : 높은 전기장에서 SiC의 전자는 실리콘보다 빠르게 이동하여 트랜지스터의 스위칭 속도를 향상시킵니다. 이는 5G 기지국 및 레이더 시스템과 같은 고주파 애플리케이션에 매우 중요합니다.

3. 첨단 반도체 제조와의 호환성

• 결정 구조 및 순도 : SiC는 고순도 및 최소 결함의 단결정 형태로 성장될 수 있어 일관된 전기적 성능을 보장합니다. 최신 에피택시 기술(예: 화학 기상 증착, CVD)을 통해 SiC 기판에 고품질 박막을 형성하여 소자 제작이 가능합니다.
• 광대역 밴드갭 재료와의 통합 : SiC는 질화갈륨(GaN)과 같은 다른 광대역 밴드갭 반도체의 기판 역할을 하여 두 재료의 장점을 결합한 하이브리드 장치 구조(예: 고전력, 고주파 응용 분야를 위한 GaN-on-SiC 헤테로 구조)를 구현할 수 있습니다.

4. 환경 및 성능 이점

• 에너지 효율 : SiC 기판 기반 장치는 에너지 소비량과 발열량이 적어 탄소 발자국 감소에 기여합니다. 예를 들어, 전기 자동차에 사용되는 SiC 기반 인버터는 실리콘 기반 인버터보다 배터리 주행 거리를 5~10% 향상시킬 수 있습니다.
• 소형화 : 높은 항복 전계 덕분에 소자 층을 더 얇게 만들 수 있어 더 작고 가벼운 부품을 만들 수 있습니다. 이는 공간과 무게가 중요한 휴대용 전자 제품, 항공우주 및 자동차 애플리케이션에 필수적입니다.

5. 시장 수요 및 기술 동향

• 고전력 애플리케이션 성장 : 산업이 전기화(예: 전기 자동차, 재생 에너지 저장)로 전환됨에 따라 고전압, 고효율 전력 소자에 대한 수요가 급증했습니다. SiC 기판은 이러한 수요를 충족하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
• 5G 및 차세대 통신 : SiC의 고주파 기능은 장치가 높은 전력과 데이터 속도를 동시에 처리해야 하는 5G 인프라에 필수적입니다.

요약: 왜 SiC를 원료로 사용할까요?