일반기술

열플라즈마를이용한질화알루미늄초미립자의제조방법

본 발명은 열플라즈마를 이용한 질화알루미늄 초미립자의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 열플라즈마를 이용하여 알루미늄 덩어리를 증발시키고 증발된 알루미늄을 질소 또는 암모니아 가스와 반응시켜서 질화알루미늄 초미립자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 질화알루미늄(AIN)은 높은 열전도도(약 200W/m.K), 고절연성과 낮은 열팽창 계수(4.1x10-6/℃) 등의 특성으로 인해 새로운 반도체 기판 재료로서 주목받고 있다. 현재 일반적으로 응용되고 있는 질화알루미늄의 제조공정은 직접질화법(2Al + N2 = 2AIN)과 탄소환원질화법(Al2O3 + 3C + N2 = 2AlN + 3CO) 등이 있다.직접질화법은 값싼 원료물질과 적은 에너지를 이용해 질화알루미늄을 제조할 수 있는 경제적인 공정으로 일단 반응이 시작되면 발열반응에 의해 자동적으로 질화반응이 진행되지만 알루미늄의 융점(660℃)이 질화반응 개시온도(800℃)보다 낮아서 반응되기 전에 알루미늄 분말이 서로 응집되기 때문에 AIN으로 전환되는 비율이 낮다.또한, 탄소환원질화법은 비교적 입경이 작고 고순도의 분말을 제조할 수 있지만 원료분말이 비싸고, 흡열반응으로 인해 많은 에너지가 필요하며 제조된 분말은 과잉의 탄소를 제거하기 위하여 탈탄처리 공정이 요구된다.AIN을 전자재료에 응용하기 위해서는 치밀한 소결체가 요구되므로 이를 위한 원료분말로서 고순도이면서 서브마이크론 크기의 균일한 분말이 요구되며, 분말의 특성은 제품의 제조공정과 소결체의 성질에 밀접하게 관계된다. 따라서 현재 반도체 기판재료로의 응용을 위한 고순도, 초미립의 AIN 분말을 제조하는 방법으로 직접질화법을 보완한 부상질화법, 알루미늄할로겐화물과 암모니아를 반응시키는 방법 및 플라즈마 기상반응법 등이 연구되어 왔다.플라즈마에 의한 기상반응법은 초고온, 고활성과 급격한 온도구배(냉각속도: ∼106K/s) 등의 탁월한 특징으로 인해 최근 여러 분야에서 주목받고 있는 공정으로서, 열플라즈마를 이용하여 할로겐화물이나 알칼리화합물 등을 주입, 증발시켜 암모니아 가스와의 반응에 의해 초미립자를 합성하는 방법(Itatani, K., Sano, K., Howell, F. S., Kishioka A. and Kinoshita, M.: J. Mat. Sci., 28, 1631(1993).)과 알루미늄 벌크를 질소플라즈마에 의해 증발시킨 후 암모니아 또는 질소 가스와의 반응에 의해 제조하는 방법(Ageorges, H., Megy, S., Chang, K., Baronnet, J.-M., Williams, J. K. and Chapman, C.: Plasma Chemistry & Plasma Processing, 13, 613(1993)., Kasra Etema: :oama Chemistry & Plasma Processing, 11, 41(1991). Uda, M., Ohno, S. and Okuyama, H.,: Yogyo-Kyokai-Shi, 95, 86(1987).)이 보고되었다. 본 발명은 열플라즈마를 이용하여 값싼 알루미늄 덩어리(벌크)를 증발시킨 후 질소 또는 암모니아 가스와 반응시켜 값싸게 질화알루미늄 초미립자를 제조하는 것을 특징으로 하고 있다.