일반명: 초크랄스키 실리콘 단결정(Czochralski silicon monocrystalline, Cz-Si).

제품명: 실리콘 금속 원소 99.99%(Silicon Metal Element 99.99%)

제조사: Germany; Lab Grown

재료명: 실리콘(Silicone)

크  기: L x W x H: 50 x 50 x 50mm

무  게: 50grams

초크랄스키(Czochralski)공법으로 분리정제된 실리콘표본으로 순도 99.99%의 품질을 가지고 있다. 이렇게 만들어진 실리콘을 “단결정실리콘”이라 말하는데 기본적으로 완전한 격자구조를 가지고 있다. 보통 이러한 실리콘은 우수한 반도체재료 또는 고순도 반도체재료로 삼성이나 하이닉스에서 웨이퍼로 절단한후 여기에 회로를 만들어 메모리나 태양열기판으로 제작된다.

표본과 같은 실리콘은 다이아몬드 격자를 가지며 결정은 단단하고 부서지기 쉽고 금속 광택이 있으며 전기를 전도할 수 있지만 전도성은 금속보다 낮고 온도에 따라 증가한다. 그것은 반도체 특성을 가지고 있다는 말이다.

단결정 실리콘은 온도가 높아질수록 전기전도도가 강해지기 때문에 좋은 고전력 정류기, 고전력 트랜지스터, 다이오드, 스위칭 장치 등을 만드는 데 사용되는 반도체 실리콘 장치 제조의 원료 등 다목적으로 사용된다.

또한, 단결정 실리콘은 태양 전지를 만들고 태양 에너지를 전기로 변환하는 데에도 사용할 수 있으며 단결정 웨이퍼 생산에 이상적인 원료로 인식되고 있다.

[초크랄스키(Czochralski)공법으로 제조된 실리콘]

한국첨단산업의 원재료인 실리콘에 대하여 잘 알고 있겠지만 몇 가지 정보를 정리해 봤다.

1824년에 (비정질)규소의 발견은 베르셀리우스(Berzelius)에 의해 처음으로 소개되었으며, 사불화규소(silicon tetrafluoride)로 칼륨(potassium)을 가열하고 제품을 반복적으로 세척하여 불화규산염(fluorosilicate) 불순물을 제거하여 만들었다. 그 후 1854년에 데빌(Deville)은 두 번째 동소체 형태의 원소인 결정질 실리콘(crystalline silicon)을 최초로 제조한 사람이 되었다.

실리콘(Si)은 태양과 별에서 발생하며 "에어로라이트(aerolites)"라고 하는 운석 그룹의 핵심 구성 요소입니다.

지각 중량의 25.7%(첫 번째는 산소-oxygen)를 구성하는 규소는 두 번째로 가장 풍부한 원소입니다. 그것은 자연에서 자유롭게 발생하지 않으며 대부분 산화물(oxide) 및 규산염(silicates)으로 발견됩니다. 석영(Quartz), 벽옥(jasper), 수정(rock crystal), 모래(sand), 마노(agate), 부싯돌(flint), 자수정(amethyst) 및 오팔(opal)은 산화물(oxide) 형태의 예입니다. 화강암(Granite), 석면(asbestos), 점토(clay), 장석(feldspar), 각섬석(hornblende) 및 운모(mica)는 규산염 광물(silicate minerals)의 예입니다.

실리콘은 탄소전극(carbon electrodes)을 사용하여 전기로에서 탄소와 실리카를 가열하여 상업적으로 합성된다. 초크랄스키(Czochralski) 기술은 일반적으로 반도체 또는 고체 장치에 사용되는 실리콘 단결정을 만드는데 사용되는 제조기법이다. 이방법은 초 순수 실리콘은 수소 존재 하에서 초 순수 트리클로로실란(trichlorosilane, Trichlorsilan)을 열분해하고 진공 플로트 존 공정을 사용하여 합성할 수 있다.

※초크랄스키(Czochralski)방법은 반도체 (예: 실리콘, 게르마늄 및 갈륨비소), 금속(예: 팔라듐, 백금, 은, 금), 염 및 합성 보석의 단결정을 얻는데 사용되는 결정 성장 방법이다. 이 방법은 단결정 성장 및 반도체 웨이퍼 생산을 사용하는 전 세계 전자제품의 90% 이상에 여전히 사용하고 있는 기술이다. 초크랄스키(Czochralski)는 가장 많이 인용되는 폴란드 학자이며, 요즘 우리나라와 방산협력으로 부쩍 가까워지면서 더 관심이 가는 과학자이다.

그는 1916년에 우연히 펜을 잉크병이 아닌 녹은 주석 도가니에 담갔을 때 초크랄스키 방법을 발견했다. 그는 즉시 펜을 뽑았고, 굳은 금속의 얇은 실이 펜촉에 매달려 있는 것을 발견했다. 펜촉은 모세관으로 교체되었고 Czochralski는 결정화된 금속이 단결정임을 확인했다. Czochralski의 실험은 직경이 1mm이고 길이가 150cm인 단결정을 생산했다. 그는 1918년 물리화학저널(Zeitschrift für Physikalische Chemie)에 "금속의 결정화 속도를 측정하는 새로운 방법"이라는 제목으로 발표했다. 그 당시 이 방법은 주석, 아연(Zn), 납(Pb)과 같은 금속의 결정화 속도를 측정하는 데 사용되었는데, 1948년 미국 벨 연구소의 틸(G.K. Teal)과 리틀(J.B. Little)은 이 방법으로 저마늄/게르마늄(Ge) 단결정을 성장시켜 반도체 생산에 사용했다.

가장 중요한 응용 분야는 집적 회로 와 같은 반도체 장치를 만들기 위해 전자 산업에서 사용되는 단결정 실리콘의 대형 원통형 잉곳(ingots) 또는 부울(boules)의 성장일 수 있다. 이 방법은 금속 또는 준금속 결정의 생산에만 국한되지 않는데, 예를 들어, 입자 물리학 실험에 사용하기 위해 제어된 동위원소 조성을 가진 물질을 포함하여 매우 높은 순도의 소금 결정을 제조하는 데 사용되며, 제조 중에 흡수된 물과 교란 금속 이온에 대한 엄격한 제어(10억분의 1 측정)가 있다.

실리콘은 비교적 불활성인 금속 원소이지만 묽은 알칼리(dilute alkali) 및 할로겐(halogens)과 반응하며, 불산/불화수소산(hydrofluoric acids)을 제외하고 대부분의 산은 실리콘에 영향을 미치지 않는다.

실리콘은 반도체이며 149°C(300°F)의 온도를 견디고 더 많은 전력을 전달할 수 있기 때문에 트랜지스터용 게르마늄보다 좋다. 원소 실리콘은 1.3~6.7μm의 모든 적외선 파장의 95% 이상을 전달하기도 한다.

실리콘은 금속형 격자 구조를 가지고 있지 않다. 가소성이 없으며 다이아몬드 구조와 더 유사하고 실리콘은 전기음성도가 약한 형태로 인해 금속보다 비금속과 화합물을 형성하는 경향이 더 크다.

원소는 파라핀 탄화수소(paraffin hydrocarbons)와 같은 일반식 Si_xH_2x+2의 실리콘 혼합물(silicon hybrids)를 형성하지만 그러나 이들은 매우 불안정하며 공기 중에서 발화한다.

초순수 실리콘 금속 및 도핑된 초순수 실리콘(붕소, 인, 갈륨 또는 비소 도핑)은 태양 전지(Solar cells), 트랜지스터(Transistors), 반도체(Semiconductors), 전자 및 우주 부문에서 널리 사용되는 정류기 및 기타 반도체를 이용한(solid-state)장치 사용된다.

초순수 실리콘보다 100배 더 순수한 부동 영역 단결정 실리콘은 적외선 및 레이저 탐지기(infrared and laser detectors), 유도 폭탄 미사일(guided bomb missiles) 및 사이리스터(thyristors/전류제어반도체)와 같은 고전력 스위칭 장치용 웨이퍼 형태로 사용된다.

실리콘은 다음에서도 찾을 수 있다.

-규소는 알루미늄, 강철 및 철 합금의 필수 성분입니다. 구리합금용 플럭싱제(fluxing, 용융제도포)로 첨가.

-액체에서 단단한 유리 같은 고체에 이르기까지 다양한 실리콘.

-점토와 모래의 형태로 벽돌과 콘크리트를 제조하는데 사용. 예를 들어 주물 응용 분야의 주물용 주형 모래와 같이 고온 작업에 유용한 내화 재료.

-실리카는 유리를 만드는 원료로 사용되며 용기, 단열재, 창문 등 여러 제품을 만드는 데 사용.

-규산염으로 도자기, 법랑 및 기타 유사 품목 제조에 첨가.

-탄화규소는 가장 중요한 연마재중 하나이며 레이저에 통합되어 4560Å의 일관된 빛을 생성.

[규소(Silicon) vs. 실리콘(Silicone)]

종종 가장 작고 단순해 보이는 차이가 두 물질 사이에 광범위한 변화를 가져올 수 있다. 예를 들어, 접두사와 어미가 매우 유사하게 들리는 두 가지 물질은 매우 다른 응용 프로그램에서 광범위하게 다르고 유용할 수 있다.

좋은 예는 실리콘(silicon)과 실리콘(silicone)의 구별이다. 화학적 구성에서 일상적인 응용에 이르기까지 이 두 물질은 이해하는 데 매우 중요하다. 소리가 비슷하게 들리고 특정 응용 분야에서 서로 함께 사용되기도 하지만 실리콘(Silicon)과 실리콘(Silicone)은 엄청나게 다른 작업을 수행한다. 

1."규소(Silicon)"

일반 실리콘은 자연적으로 발생하는 원소다. 그것은 지각의 대부분을 구성하며 금속과 비금속의 성질을 모두 가지고 있기 때문에 준금속(주기율표에서 14번)이다. 그러나 순수한 실리콘(Pure silicon)은 자연에서 거의 볼 수 없다. 종종 산소와 결합하여 실리카(silica) 또는 이산화규소(silicon dioxide)를 형성한다. 해변을 즐기는 사람이라면 발가락 사이에 실리카(silica)를 느꼈을 것이며, 모래의 주요 구성 요소이기 때문이다. 그것의 풍부함은 그것을 다양한 응용을 위한 훌륭한 건축 자재로 만들기도 한다.

건축 자재로서의 유용성 외에도 실리콘(silicon)은 반도체(semiconductor)다. 반도체는 절연체의 전도도와 금속의 전도도 사이에 있는 전도도를 가지고 있다. 어떤 조건에서는 반도체가 전기를 전도하지만 다른 조건에서는 그렇지 않다. 실리콘(Silicon)은 집적 회로(integrated circuits)및 마이크로칩(microchips)에 사용되는 가장 일반적인 재료이다. 이러한 방식으로 실리콘(silicon)의 전도도를 제어할 수 있기 때문에 이러한 용도에 적합하다. 컴퓨터의 회로 기판(circuit board)이나 캘리포니아의 스타트업 메카를 생각할 때 실리콘(Silicon)을 생각하고 있다.

2."실리콘(Silicone)"

원소 실리콘(silicon)과 달리 실리콘(silicone)은 실록산(siloxanes)으로 구성된 합성 화합물(synthetic compound)이다. 실리콘(Silicone)은 실리콘(silicon), 산소(oxygen) 및 수소(hydrogen) 및 탄소(carbon)와 같은 기타 원소로 구성된다. 실리콘(Silicones, 많이 있음)은 실리콘-산소 수소화물(silicone-oxygen hydrides)이며 광범위한 응용 분야에 매우 유용하다. 실리콘(Silicone)은 독성이 낮고 내열성이 높아서 배관 파이프뿐만 아니라 어항과 같은 방수 용기의 실란트(sealants/밀폐제)에 사용하기에 훌륭한 화합물이다.

응용 분야에 따라 다양한 특성을 갖기 위해 실리콘(silicone)이 필요하다. 실리콘의 분자량은 점도를 제어하는데,고분자량 실리콘(high molecular weight silicone)은 고무질(rubbery)이고, 저분자량 실리콘(low molecular weight silicone)은 오일(oil)이다. 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)은 Rain-X 제품의 주요 성분인 발수성 때문에 일반적으로 사용되는 실리콘이다.

단순한 이름의 차이는 제조업체에게도 혼동을 줄 수 있으며, 실리콘(silicon)은 집적 회로에 사용되며 실리콘(silicones)은 유용한 물리적 특성으로 인해 동일한 회로를 물 손상과 열로부터 밀봉하는 데 사용할 수 있다.

작은 화학적 변화는 물질의 물리적 특성에 큰 영향을 미친다. 규소(Silicon)와 이산화규소(silicon dioxide)는 모래(sand)의 주성분이다. 탄소와 수소를 간단히 추가하면 동일한 기본 요소가 실리콘(silicone)을 형성하며, 그 속성은 완전히 새롭고 광범위한 응용 분야에 적합하게 된다.

우리는 종종 분자 수준에서 미세한 차이나 불일치를 찾는데, 이러한 세부 사항에 대한 우리의 이해와 주의를 통해 우리는 테스트를 개발하고 작은 차이와 복잡한 문제의 세계에서 업계 리더로 행동할 수 있다.

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