탄화규소 소재는 우수한 전기적, 기계적, 열적 특성으로 인해 다양한 산업 전반에 활용되어 왔으며, 기존 내마모성을 요구하는 산업 분야에서 전자 통신, 반도체/디스플레이 산업의 지속적인 성장에 따라 반도체/LED상업의 핵심 부품으로 탄화규소 소재의 수요가 증대되고 있다.
하지만, 서셉터의 모재인 흑연소재와 탄화규소간의 접착력 및 열팽창에 의한 미세 균열, 코팅에 의한 낮은 강도에 의한 깨짐 현상이 발생한다. 이를 해결하기 위해 열전도도, 열충격 저항성이 우수한 탄화규소 단일 소재의 서셉터 개발이 필요하다.
SiC는 공유결합성이 매우 높은 물질로써 화학적, 열적으로 매우 안정하다. 순수한 SiC는 산이나 알칼리 수용액에 거의 침식되지 않으며 공기 중에서 가열하면 산화가 일어나지만 표면에 형성되는 SiO층에 의해 산소확산이 억제되어 산화속도는 매우 더디다. SiC의 일반적인 특성은 제조 방법에 따라 달라지며 특히 열전도율과 전기적 특성은 미량불순물의 종류와 양에 따라 크게 달라진다.
본 연구에서는 탄화규소의 소결 첨가제로 Boron과 Carbon를 첨가하였고, Boron은 고온에서 확산을 촉진하는 역할을 하고, Boron source는 B4C를 사용하였다. Carbon은 SiC 표면에 생성되는 SiO2막을 제거하는 역할을 하며, Carbon source로는 페놀 레진를 이용하였다. 이는 Carbon powder를 사용하였을 때 50%이상 Carbon이 잔류하기 때문에 페놀 레진을 사용하였다. 페놀 레진은 800∼1000℃ 범위에서 총 중량의 약 50%가 감소하면서 카본이 잔류하게 되는 것으로 보고되고 있으므로 페놀 레진의 첨가량은 Carbon powder 첨가량의 2배를 첨가하였다.
열전도도가 높은 소결체를 만들기 위해서는 불순물의 제거가 필요하며, 반도체 공정에서는 소결첨가제가 불순물로 작용하기 때문에 소결조제의 첨가량을 소량으로 하여 B4C 0.3wt%, 페놀 레진 4wt%(페놀 레진 2wt%)의 양이 적정 함량으로 나타났다.
소결조제인 B4C의 함량이 적을수록 열전도도는 향상되며, 통상적으로 B4C 1wt%를 첨가하여 만든 소결체와 B4C함량을 줄인 소결체를 비교하였을 때 강도 및 열충격 저항, 탄성률 등 물성은 크게 차이 나지 않는 값을 가지는 것을 확인 할 수 있었다.