KR101517024B1 - Manufacturing Method of Aluminium Nitride Powder for Single Crystal Growing and Aluminium Nitride Powder - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 질화알루미늄 단결정성장에 이용되는 분말 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 승화-재결정방법을 이용하여 입도 10 ㎛이상 순도 99.9%의 질화알루미늄 분말 제조방법 및 이를 사용해서 제조된 질화알루미늄 단결정에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for producing an aluminum nitride powder having a particle size of 10 μm or more and a purity of 99.9% by using a sublimation-recrystallization method, and a method for producing aluminum nitride single crystals .
질화알루미늄 단결정은 단파장 발광소자와 고온/고출력/고속 전자소자의 기판 소재로 사용이 가능한 새로운 반도체 재료로 질화알루미늄 기판은 대부분의 기존 반도체 소재보다 높은 에너지 밴드갭, 열전도도와 고온안정성을 보유하여 LD/LED와 같은 광전소자와 고온, 고출력 전자소자 구현이 가능하여 질화알루미늄 단결정을 이용한 제품시장이 증가되고 있는 추세이다.Aluminum nitride single crystal is a new semiconductor material that can be used as a substrate material for short wavelength light emitting devices and high temperature / high power / high speed electronic devices. The aluminum nitride substrate has higher energy band gap, thermal conductivity and high temperature stability than most conventional semiconductor materials, It is possible to realize photoelectric devices such as LED and high-temperature and high-output electronic devices, and the product market using aluminum nitride monocrystal is increasing.
또한 기존 수은(mercury) UV 램프를 대신할 낮은 소비전력, 장수명화의 에코 조명으로 질화알루미늄 웨이퍼를 사용한 UV LED가 폭발적으로 확대되고 있으며, 조명용 LED의 고성능화와 같이 자외선(UV) 영역의 LED도 고효율화, 고출력화가 진전되고 이의 산업적 이용도 확산되는 추세이다. 질화알루미늄은 이론 열전도도가 알루미나보다 10배 이상이고 전기절연성이 우수하고 열팽창계수가 알루미나보다 작고 실리콘 반도체와 비슷하고 기계적 강도도 우수한 특징이 있어 고열전도세라믹스의 반도체 기판이나 부품에 응용이 가능하다. In addition, UV LEDs using aluminum nitride wafers are expanding explosively by replacing existing mercury UV lamps with low power consumption and longevity eco-lighting, and LEDs in the ultraviolet (UV) region are also highly efficient , High power output is advancing and its industrial use is spreading. Aluminum nitride has 10 times more theoretical thermal conductivity than alumina, superior electrical insulation, lower thermal expansion coefficient than alumina, similar to silicon semiconductor, and superior mechanical strength, so it can be applied to semiconductor substrates and components of high thermal conductivity ceramics.
질화알루미늄 단결정 성장방법은 승화법 (PVT, Sublimation method)), 용액성장법 (Solution growth method), 플럭스법 (Flux method) 등에 의한 단결정 성장법이 연구되고 있으며 승화법에 의한 단결정 성장 방법이 상용화에 가장 근접하고 있다. Single crystal growth method of aluminum nitride single crystal is studied by PVT (Sublimation method), solution growth method and flux method. Single crystal growth method by sublimation method is commercialized. It is the closest.
그중에서도 승화법은 고품질 단결정을 제조하는데 적합한 대표적 방법으로 그라파이트 도가니안에서 고순도 질화알루미늄 분말을 넣고 온도를 2000℃ 이상으로 올려 승화시킨 후 도가니 상부에 장착된 종자결정에 재결정화가 이루어져 장축으로 결정성장이 이루어진다. 이때 질화알루미늄 분말의 균일한 승화속도 및 순도는 성장된 단결정의 품질에 큰 영향을 준다. Fe, Ca 등 금속불순물은 단결정 내부에 결함을 야기시키며 질화알루미늄 표면에 존재하는 알루미나 불순물은 단결정의 투명성을 떨어뜨린다. Among them, the sublimation method is a typical method suitable for manufacturing a high quality single crystal. High purity aluminum nitride powder is put in a graphite crucible and the temperature is raised to 2000 ° C or more. Subsequently, seed crystals mounted on the crucible are recrystallized to grow crystals on the long axis. At this time, the uniform sublimation rate and purity of the aluminum nitride powder greatly affect the quality of the grown single crystal. Metal impurities such as Fe and Ca cause defects in the inside of the single crystal, and the alumina impurities existing on the surface of the aluminum nitride degrade the transparency of the single crystal.
또한, 승화법에 의한 단결정 성장을 위한 원료로서의 질화알루미늄 분말은 입도가 균일하고 높은 입경을 갖는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 낮은 입경을 갖는 입자의 경우 초기 승화에 승화가 완료되어 승화 속도의 불균일을 유발하며, 결과적으로 고품위의 결정 성장에 장애가 될 수 있기 때문이다. It is also preferable that the aluminum nitride powder as the raw material for the single crystal growth by the sublimation method has a uniform particle size and a high particle diameter. This is because, in the case of particles having a low particle diameter, sublimation is completed in the initial sublimation, which causes variations in the sublimation rate, which may be an obstacle to high-quality crystal growth.
따라서 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 입도 및 순도제어는 고품위 단결정을 얻기 위하여 매우 중요하다.Therefore, grain size and purity control of the aluminum nitride powder for single crystal growth is very important for obtaining a high-quality single crystal.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 종자 결정의 사용없이 분말 상태의 질화알루미늄 입자로부터 단결정 성장용 질화알루미늄 분말을 제조하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the prior art, it is an object of the present invention to produce aluminum nitride powder for monocrystal growth from powdered aluminum nitride particles without using seed crystals.
또한, 본 발명은 고품위 질화알루미늄 단결정 제조에 사용 가능하도록 10 ㎛ 이상으로 입도가 제어되고 순도가 99.9% 이상인 고순도의 질화알루미늄 분말 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a high purity aluminum nitride powder having particle size controlled to 10 탆 or more and a purity of 99.9% or more so that it can be used in the production of high quality aluminum nitride single crystals.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 단결정 성장용 질화알루미늄 분말을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide an aluminum nitride powder for single crystal growth produced by the above method.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 단결정 성장용 질화알루미늄 분말 제조 방법에 있어서, (a) 평균 입경 5 미크론 미만인 질화알루미늄 분말을 로 내부에 제공하는 단계; (b) 진공 펌프로 상기 로 내부의 압력을 대기압 미만인 제1 압력으로 감압하고 상기 로를 폐쇄하는 단계; (c) 갑압 상태에서 상기 로 내의 온도를 제1 온도로 유지하는 제1 열처리 단계; 및 (d) 상기 로 내의 온도를 상기 제1 온도 보다 낮은 제2 온도로 감온하여 상기 상기 질화알루미늄 분말을 입성장시키는 제2 열처리 단계를 포함하는 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an aluminum nitride powder for growing a single crystal, comprising the steps of: (a) providing aluminum nitride powder having an average particle diameter of less than 5 microns in the furnace; (b) depressurizing the pressure inside the furnace to a first pressure less than atmospheric pressure with a vacuum pump and closing the furnace; (c) a first heat treatment step of keeping the temperature in the furnace at a first temperature in a pressurized state; And (d) a second heat treatment step in which the temperature in the furnace is lowered to a second temperature lower than the first temperature to grain-grow the aluminum nitride powder.
본 발명에서 상기 제1 압력은 약 1~200 torr인 것이 바람직하다. In the present invention, the first pressure is preferably about 1 to 200 torr.
또한 본 발명에서 상기 제2 온도는 상기 제1 온도에 비해 100~200 ℃ 낮은 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the second temperature is lower than the first temperature by 100 to 200 ° C.
또한 본 발명은 상기 단계 (c) 및 (d)를 반복하는 방식으로 수행될 수 있다. Further, the present invention can be performed in a manner of repeating the steps (c) and (d).
본 발명에서 상기 제1 온도는 1750~2000℃인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 제2 온도는 1600~1850℃인 것이 바람직하다. In the present invention, the first temperature is preferably 1750 to 2000 ° C. At this time, the second temperature is preferably 1600 to 1850 ° C.
또한, 본 발명에서 상기 질화알루미늄 분말은 평균 입경은 10 미크론 이상인 것이 바람직하다. In the present invention, the aluminum nitride powder preferably has an average particle size of 10 microns or more.
또한, 본 발명에서 상기 제1 열처리 단계 및 제2 열처리 단계의 유지 시간은 1~30분인 것이 바람직하다. Also, in the present invention, the holding time of the first heat treatment step and the second heat treatment step is preferably 1 to 30 minutes.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 제1 평균 입경을 갖는 제1 질화알루미늄 분말과 상기 제1 평균 입경보다 높은 제2 평균 입경을 갖는 질화알루미늄 분말을 로 내부에 제공하는 단계; (b) 진공 펌프로 상기 로 내부의 압력을 대기압 미만인 제1 압력으로 감압하고 상기 로를 폐쇄하는 단계; (c) 감압 상태에서 상기 로 내의 온도를 제1 온도로 유지하는 제1 열처리 단계; 및 (d) 상기 로 내의 온도를 상기 제1 온도 보다 낮은 제2 온도로 감온하여 유지하는 제2 열처리 단계를 포함하고, 상기 단계 (c) 및 (d)를 반복하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: (a) providing a first aluminum nitride powder having a first average particle diameter and an aluminum nitride powder having a second average particle diameter higher than the first average particle diameter; (b) depressurizing the pressure inside the furnace to a first pressure less than atmospheric pressure with a vacuum pump and closing the furnace; (c) a first heat treatment step of maintaining the temperature in the furnace at a first temperature in a reduced pressure state; And (d) a second heat treatment step of keeping the temperature in the furnace at a second temperature lower than the first temperature, and repeating the steps (c) and (d). A method for producing an aluminum nitride powder is provided.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 전술한 방법에 의해 제조된 단결정 성장용 질화알루미늄 분말을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an aluminum nitride powder for single crystal growth produced by the above-described method.
본 발명에 따르면, 낮은 온도에서 큰 입경을 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조가 가능하게 된다. 또한, 본 발명은 고순도이고 높은 입경을 갖는 질화알루미늄 분말의 제조를 가능하게 한다. According to the present invention, it becomes possible to produce an aluminum nitride powder for growing a single crystal with a large particle size at a low temperature. Further, the present invention makes it possible to produce aluminum nitride powder having a high purity and a high particle diameter.
도 1은 Al-N 시스템에서 대기압에서의 전이 온도의 변화를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 Al-N 시스템에서 대기압 미만의 압력에서 전이 온도의 변화를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 열탄소 환원 질화법으로 질화알루미늄 분말의 주사현미경사진이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 승화-재결정에 의해 얻어진 질화알루미늄 분말의 주사현미경사진이다.
도 5는 통상의 열처리에 의해 얻어진 질화알루미늄 분말의 주사현미경사진이다. FIG. 1 is a graph showing a result of simulating a change in transition temperature at atmospheric pressure in an Al-N system. FIG.
2 is a graph showing a result of simulating a change in transition temperature at a pressure lower than atmospheric pressure in an Al-N system.
3 is a scanning electron micrograph of aluminum nitride powder by a thermal carbon reduction nitridation method according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a scanning electron micrograph of aluminum nitride powder obtained by sublimation-recrystallization according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is an SEM photograph of the aluminum nitride powder obtained by the ordinary heat treatment.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention.
본 발명은 질화알루미늄 분말의 승화-재결정 반응에 의해 단결정 성장용 질화알루미늄 분말을 제공한다.The present invention provides an aluminum nitride powder for single crystal growth by sublimation-recrystallization reaction of aluminum nitride powder.
질화알루미늄의 승화 및 재결정 반응은 각각 다음의 화학식 1 및 2로 표현된다.The sublimation and recrystallization reactions of aluminum nitride are represented by the following formulas (1) and (2), respectively.
(화학식 1)(Formula 1)
AlN(s) => Al(g) + 1/2N2(g)AlN (s) => Al ( g) + 1 / 2N 2 (g)
(화학식 2)(2)
Al(g) + 1/2N2(g) <= AlN(s)Al (g) + 1 / 2N 2 (g) <= AlN (s)
위 반응식에 기초하여 질화알루미늄 분말의 승화-재결정의 온도를 결정하기 위하여 Al-N 시스템에서의 전체 압력, 분압 및 온도에 따른 전이온도의 변화를 살펴보았다. 이를 위하여 전산열역학 시뮬레이션을 사용하였는데, 시뮬레이션 소프트웨어로는 팩트세이지(Factsage) 6.3과 화합물 열역학 데이터베이스인 팩트피에스(FactPS)를 이용하였다. In order to determine the sublimation-recrystallization temperature of the aluminum nitride powder based on the above equation, the change of the transition temperature depending on the total pressure, the partial pressure and the temperature in the Al-N system was examined. To do this, we used computational thermodynamics simulation. We used Factsage 6.3 and FactPS, which is a compound thermodynamic database, as simulation software.
도 1은 전체 압력(Ptot)이 대기압이고, 질소 분압(PN2)이 10 torr일 때의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 2000 ℃ 미만에서 가스상인 Al(g) 및 N(g)상은 실질적으로 증가하지 않아, 승화 반응을 위한 전이온도가 2000 ℃ 이상임을 알 수 있다. 이것은 승화 반응에 의한 단결정 육성 온도가 2000 ℃ 이상인 사실과 일치한다. 1 is a graph showing a simulation result when the total pressure P tot is the atmospheric pressure and the nitrogen partial pressure P N2 is 10 torr. As shown, the gaseous phases Al (g) and N (g) phases do not substantially increase below 2000 ° C, indicating that the transition temperature for the sublimation reaction is above 2000 ° C. This is in agreement with the fact that the temperature for growing the single crystal by the sublimation reaction is 2000 ° C or more.
도 2는 전체 압력(Ptot)이 10 torr로 감소된 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 이 때 질소 분압은 도 1과 마찬가지로 10 torr로 유지되었다. Fig. 2 is a graph showing a simulation result when the total pressure Ptot is reduced to 10 torr. At this time, the nitrogen partial pressure was maintained at 10 torr as in Fig.
도 2를 참조하면, 1600 ℃ 이상 실질적으로 1700 ℃에서 Al(g) 상의 급격한 증가가 관찰된다. 따라서, 질소 분압(PN2)이 동일함에도 전체 압력의 증감에 따라 AlN의 승화가 급격히 촉진됨을 알 수 있다. Referring to Fig. 2, a sharp increase in Al (g) is observed at 1600 DEG C to substantially 1700 DEG C. Therefore, it can be seen that although the nitrogen partial pressure P N2 is the same, the sublimation of AlN is abruptly promoted as the total pressure increases or decreases.
이상의 시뮬레이션 결과에 기초하여 본 발명의 발명자들은, 챔버 내의 압력을 조절함으로써 통상의 결정 성장 온도보다 낮은 온도에서 질화알루미늄의 승화 반응이 촉진될 수 있음을 발견하였다. Based on the above simulation results, the inventors of the present invention have found that the sublimation reaction of aluminum nitride can be promoted at a temperature lower than a normal crystal growth temperature by controlling the pressure in the chamber.
이와 같은 전이온도의 추이에 기초하여 소정의 입도 분포를 갖는 질화알루미늄 분말의 경우 승화 및 재결정 반응에 의해 보다 큰 입자의 입자 성장을 유도할 수 있게 된다. 즉, 상대적으로 작은 질화알루미늄 입자와 큰 질화알루미늄 입자가 공존하는 경우, 표면 에너지 차이에 의해 작은 질화알루미늄 입자의 승화가 촉진될 수 있고, 승화된 가스상은 보다 입도가 큰 입자의 표면에서 보다 재결정화가 가능하며 전체적으로 AlN의 입자 성장이 가능해지게 된다.Based on the transition of the transition temperature, the aluminum nitride powder having a predetermined particle size distribution can induce grain growth of larger particles by sublimation and recrystallization reaction. That is, when relatively small aluminum nitride particles and large aluminum nitride particles coexist, the sublimation of the small aluminum nitride particles can be promoted by the difference in surface energy, and the sublimated gaseous phase can be recrystallized from the surface of the larger- And the particle growth of AlN as a whole becomes possible.
또한 본 발명에서 재결정화 온도는 승화 온도보다 낮게 유지된다. 앞서 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이, Ptot=10 torr에서는 1700 ℃ 이상에서 급격한 가스상의 증가가 발생한다. 반대로 동일 압력에서 이 온도 이하에서는 고상이 안정상으로 되어 기상 입자의 재결정화가 발생하게 된다. 따라서, 높은 온도에서의 승화 반응과 낮은 온도에서의 재결정화 반응을 결합함으로써 질화알루미늄 입자의 입성장을 보다 촉진시킬 수 있다. In the present invention, the recrystallization temperature is kept lower than the sublimation temperature. As described above with reference to FIGS. 1 and 2, an abrupt gaseous increase occurs at 1700 ° C or higher at P tot = 10 torr. Conversely, at the same pressure and below this temperature, the solid phase becomes stable and recrystallization of the vapor phase particles occurs. Therefore, the grain growth of the aluminum nitride particles can be further promoted by combining the sublimation reaction at a high temperature and the recrystallization at a low temperature.
본 발명에서 승화 온도와 재결정 온도는 최소한 100 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 150℃ 이상인 것이 좋다. In the present invention, the sublimation temperature and recrystallization temperature are preferably at least 100 ° C, more preferably at least 150 ° C.
본 발명에서 승화 반응 및 재결정화 반응 단계는 소정 시간 단위로 반복되는 것이 바람직하다. 예컨대, 승화 단계에 소요되는 시간이 총 시간이 15분이고, 재결정화 단계에 소요되는 시간이 총 1시간이라면, 5분의 승화 단계 및 20분의 재결정화 단계로 이루어지는 부 단계들을 3 회 반복하여 수행하는 것이 바람직하다. 물론, 부 단계의 시간은 더욱 감소할 수 있으며, 3회 이상의 반복도 가능하다. 이와 같은 반복 수행은 승화 및 재결정에 의해 빠른 입자 성장을 도모할 수 있다. In the present invention, the sublimation reaction and recrystallization reaction steps are preferably repeated in units of a predetermined time. For example, if the total time required for the sublimation step is 15 minutes and the total time required for the recrystallization step is 1 hour, sub-steps consisting of a sublimation step of 5 minutes and a recrystallization step of 20 minutes are repeated three times . Of course, the time of the sub-step can be further reduced, and three or more repetitions are possible. Such repetition can achieve rapid particle growth by sublimation and recrystallization.
또한 본 발명에서 승화 반응 온도는 2000 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 2000 ℃ 이상의 온도에서는 인접하는 입자들이 네크를 형성하여 질화알루미나 입자가 소결에 의해 입성장함으로써 분말의 강합 결합이 초래되고, 이로 인해 분말 제조 후 분쇄 과정이 도입되어야 하며, 필연적으로 불순물의 혼입이 야기된다. In the present invention, the sublimation reaction temperature is preferably 2000 ° C or lower. At a temperature of 2000 ° C or higher, adjacent particles form a neck, and the alumina nitride particles are nipped by sintering, resulting in the rupture of the powder. Therefore, the powder must be pulverized after the powder is prepared. Inevitably, do.
본 발명에서 승화 및 재결정을 위한 로 내의 압력은 낮을수록 바람직하다. 도 1 및 도 2에서 예시한 바와 같이, 분위기 압력과 전이 온도와의 관계는 비례적으로 변화하는 것으로 추측할 수 있다. 따라서, 대기압에 비해 상당히 낮은 압력 예컨대 수십 torr 미만의 압력에서 승화 및 재결정이 수행되는 것이 바람직하다. 그러나, 소결 온도 이하인 2000 ℃ 이하의 온도에서 승화 및 재결정을 수행하는 점에서는 보다 높은 압력도 가능하며, 공정 시간 및 공정 장비의 복잡도 등을 고려하여 분위기 압력이 설정될 수 있다. 본 발명에서 바람직하게는 상기 분위기 압력은 1~200 torr에서 유지되는 것이 좋다. In the present invention, the lower the pressure in the furnace for sublimation and recrystallization is, the better. As illustrated in Figs. 1 and 2, it can be assumed that the relationship between the atmospheric pressure and the transition temperature changes proportionally. Thus, it is desirable that sublimation and recrystallization be performed at a pressure significantly lower than the atmospheric pressure, e.g., less than several tens of torr. However, higher pressure is also possible in the point of performing sublimation and recrystallization at a temperature of 2000 ° C or lower, which is below the sintering temperature, and the atmospheric pressure can be set in consideration of the processing time and the complexity of the processing equipment. In the present invention, it is preferable that the atmospheric pressure is maintained at 1 to 200 torr.
또한, 본 발명에서 출발 원료로서의 질화알루미늄 분말은 평균 입경 5 미크론 미만, 바람직하게는 평균 입경 1~3 미크론을 갖는 입자가 사용되는 것이 바람직하다. 낮은 입경의 출발 원료의 사용은 승화를 촉진하여 큰 조대한 입자의 생성을 가능하게 한다. In addition, in the present invention, the aluminum nitride powder as the starting material preferably has particles having an average particle diameter of less than 5 microns, preferably an average particle diameter of 1 to 3 microns. The use of starting materials of low particle size facilitates sublimation and allows the production of large coarse particles.
또한, 인위적으로 2종의 서로 다른 입도를 갖는 질화알루미늄 분말을 혼합함으로써 본 발명이 구현 가능함을 당업자라면 잘 알 수 있을 것이다. 예컨대, 통상의 넓은 입도를 갖는 질화알루미늄 분말을 체거름 하여 중간 크기의 입자들을 배제함으로써 높은 입경을 갖는 입자와 낮은 입경을 갖는 입자로 구성되는 혼합 분말을 출발 원료로 사용할 수 있다. 이렇게 함으로써, 낮은 입경의 입자들의 승화와 높은 입경을 갖는 입자들로의 재결정화가 더욱 촉진되며, 보다 큰 입경을 갖는 질화알루미늄 분말이 얻어질 수 있다. It will be appreciated by those skilled in the art that the present invention can be implemented by mixing aluminum nitride powder having two different particle sizes artificially. For example, a mixed powder composed of particles having a high particle diameter and particles having a low particle diameter can be used as a starting material by sieving an aluminum nitride powder having an ordinary wide particle size to exclude medium-sized particles. By doing so, sublimation of particles having a lower particle diameter and further recrystallization with particles having a higher particle diameter are further promoted, and aluminum nitride powder having a larger particle diameter can be obtained.
이상과 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.The features and other advantages of the present invention will become more apparent from the following embodiments. However, the present invention is not limited to the following examples.
<실시예><Examples>
질화알루미늄 제조방법은 열탄소 환원 질화법으로 진행하였다. 알루미나분말과 탄소와 혼합하여 열처리를 함으로써 질화알루미늄 분말을 얻을 수 있는데, 이 때 알루미나와 카본분말의 혼합비율은 1 : 3 (몰비)으로 하였고, 질소(99.999%) 분위기, 1,600 ℃의 온도에서 2시간 동안 열처리하여 평균입도 1㎛인 질화알루미늄인 분말을 제조하였다. 질화알루미늄의 형성 여부는 X선 회절분석기(Rigaku Corporation, D/max 2200V/PC)를 이용하여 4°/min의 스캔 속도로 2θ= 20~80°의 범위를 측정하여 확인하였고 질화알루미늄 분말의 입자 형상은 주사현미경(JEOL, JSM-6700F)으로 관찰하였으며, 산소 잔량 여부는 N/O 분석기(LECO, TC 600)로 측정한 결과 산소농도는 1.34%였다. 도 3은 제조된 질화알루미늄 분말의 주사전자현미경 사진이다. The production method of aluminum nitride proceeded by the thermal carbon reduction nitrification method. The mixing ratio of alumina to carbon powder was 1: 3 (molar ratio), and in the atmosphere of nitrogen (99.999%) and at a temperature of 1,600 ° C, 2 For a period of time to prepare a powder of aluminum nitride having an average particle size of 1 占 퐉. The formation of aluminum nitride was confirmed by measuring the range of 2θ = 20 to 80 ° at a scan rate of 4 ° / min using an X-ray diffraction analyzer (Rigaku Corporation, D / max 2200 V / PC) The morphology was observed with a scanning electron microscope (JEOL, JSM-6700F). The oxygen content was measured with an N / O analyzer (LECO, TC 600). 3 is a scanning electron micrograph of the aluminum nitride powder produced.
얻어진 평균 입도 1㎛의 질화알루미늄 분말 30g을 그라파이트 도가니 안에 넣고 고온 진공로를 사용하여 압력 10torr를 유지하면서 분당 10℃로 1800℃까지 온도를 올린후 5분간 유지하고 1600℃로 내려 20분간 유지하였다. 이 때, 진공로는 폐쇄된 상태를 유지하였다. 이러한 열적 싸이클을 3 회 반복한 후 꺼내어 주사현미경으로 관찰해본 결과 10 ㎛ 이상의 큰 입자들을 관찰할 수 있었으며 산소 농도를 분석해본 결과 0.1%로 줄었음을 확인 하였다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 얻어진 분말의 전자현기경 사진이다. 도 3과의 비교를 통해 큰 입경을 갖는 조대한 입자가 생성되었음을 알 수 있다. 30 g of the obtained aluminum nitride powder having an average particle size of 1 탆 was placed in a graphite crucible and the temperature was raised to 1800 캜 at a rate of 10 캜 per minute using a high-temperature vacuum furnace, maintained for 5 minutes, and then maintained at 1600 캜 for 20 minutes. At this time, the vacuum furnace was kept closed. After repeating this thermal cycling three times and taking it out and observing it with a scanning microscope, it was able to observe large particles of 10 ㎛ or larger. As a result of analysis of oxygen concentration, it was confirmed that it was reduced to 0.1%. 4 is an electron micrograph of a powder obtained according to a preferred embodiment of the present invention. Comparing with FIG. 3, it can be seen that coarse particles having a large particle size are generated.
<비교예><Comparative Example>
실시예와 같은 방법으로 제조한 질화알루미늄 분말을 사용하였다. Aluminum nitride powder prepared by the same method as in the Examples was used.
평균입도 1㎛의 질화알루미늄 분말 30g을 그라파이트 도가니안에 넣고 고온진공로를 사용하여 질소가스를 흘려 주면서 분당 10℃로 1800℃까지 온도를 올린후 5시간을 유지한 후 꺼내어 주사현미경으로 관찰해본 결과 평균 2~3 ㎛ 입자들을 관찰할 수 있었으며 산소 농도를 분석해본 결과 0.5%로 줄었음을 확인 하였다. 도 5는 비교예에 따라 얻어진 분말의 전자현미경 사진이다. 도 4와 대비할 때 조대 입자의 크기가 매우 작음을 알 수 있고, 여전히 입경 1 미크론 정도의 입자들이 많이 존재함을 알 수 있다. 30 g of aluminum nitride powder having an average particle size of 1 탆 was placed in a graphite crucible and the temperature was raised to 1800 캜 at a rate of 10 캜 per minute while flowing nitrogen gas using a high temperature vacuum furnace. 2 ~ 3 ㎛ particles were observed and the oxygen concentration was reduced to 0.5%. 5 is an electron micrograph of the powder obtained according to the comparative example. 4, it can be seen that the size of the coarse particles is very small and there are still many particles having a particle size of about 1 micron.
Claims (10)
(a) 평균 입경 5 미크론 미만인 질화알루미늄 분말을 로 내부에 제공하는 단계;
(b) 진공 펌프로 상기 로 내부의 압력을 대기압 미만인 제1 압력으로 감압하고 상기 로를 폐쇄하는 단계;
(c) 감압 상태에서 상기 로 내의 온도를 제1 온도로 유지하는 제1 열처리 단계; 및
(d) 상기 로 내의 온도를 상기 제1 온도 보다 낮은 제2 온도로 감온하여 상기 상기 질화알루미늄 분말을 입성장시키는 제2 열처리 단계를 포함하는 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조 방법.A method of manufacturing an aluminum nitride powder for single crystal growth,
(a) providing an aluminum nitride powder having an average particle size of less than 5 microns inside the furnace;
(b) depressurizing the pressure inside the furnace to a first pressure less than atmospheric pressure with a vacuum pump and closing the furnace;
(c) a first heat treatment step of maintaining the temperature in the furnace at a first temperature in a reduced pressure state; And
(d) a second heat treatment step of thermally growing the aluminum nitride powder by reducing the temperature in the furnace to a second temperature lower than the first temperature.
상기 제1 압력은 1~200 torr인 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first pressure is 1 to 200 torr. ≪ RTI ID = 0.0 > 15. < / RTI >
상기 제2 온도는 상기 제1 온도에 비해 100~200 ℃ 낮은 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the second temperature is lower by 100-200 deg. C than the first temperature.
상기 단계 (c) 및 (d)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조 방법. The method according to claim 1,
And repeating the steps (c) and (d). ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 제1 온도는 1750~2000℃인 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the first temperature is in the range of 1750 to 2000 占 폚.
상기 제2 온도는 1600~1850℃인 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the second temperature is in the range of 1600 to 1850 ° C.
상기 질화알루미늄 분말은 평균 입경은 10 미크론 이상인 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the aluminum nitride powder has an average particle size of 10 microns or more.
상기 제1 열처리 단계 및 제2 열처리 단계의 유지 시간은 1~30분인 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the holding time of the first heat treatment step and the second heat treatment step is 1 to 30 minutes.
(b) 진공 펌프로 상기 로 내부의 압력을 대기압 미만인 제1 압력으로 감압하고 상기 로를 폐쇄하는 단계;
(c) 감압 상태에서 상기 로 내의 온도를 제1 온도로 유지하는 제1 열처리 단계; 및
(d) 상기 로 내의 온도를 상기 제1 온도 보다 낮은 제2 온도로 감온하여 유지하는 제2 열처리 단계를 포함하고,
상기 단계 (c) 및 단계 (d)를 반복하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 질화알루미늄 분말의 제조 방법.(a) providing a first aluminum nitride powder having a first average particle diameter and an aluminum nitride powder having a second average particle diameter higher than the first average particle diameter;
(b) depressurizing the pressure inside the furnace to a first pressure less than atmospheric pressure with a vacuum pump and closing the furnace;
(c) a first heat treatment step of maintaining the temperature in the furnace at a first temperature in a reduced pressure state; And
(d) a second heat treatment step of keeping the temperature in the furnace at a second temperature lower than the first temperature,
Wherein the step (c) and the step (d) are repeated.
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| JPH06199506A (en) * | 1991-08-07 | 1994-07-19 | Toshiba Ceramics Co Ltd | Production of aluminum nitride powder |
| KR20030036673A (en) * | 2001-06-06 | 2003-05-09 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | Method and equipment for manufacturing aluminum nitride bulk single crystal |
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