컨텐츠 메뉴
>> 실리콘 카바이드의 특성
>> 실리콘 카바이드의 응용
>> 원자재 비용
>> 제조 공정
>> 생산량과 규모의 경제
>> 현재 가격
>> 미래의 전망
>> 전기 자동차 (EVS)
>> 산업 응용 분야
● 결론
● FAQ
>> 2. 실리콘 카바이드의 주요 응용 분야는 무엇입니까?
>> 3. 실리콘 카바이드의 비용이 전기 자동차의 가격에 어떤 영향을 미칩니 까?
>> 4. 전력 전자 장치에서 실리콘 카바이드를 사용하면 어떤 장점이 있습니까?
>> 5. 실리콘 탄화물의 가격은 미래에 감소 할 것으로 예상됩니까?
● 인용 :
실리콘 카바이드 (SIC)는 현대 기술의 중추적 인 재료로 부상하여 자동차, 전자, 항공 우주 및 재생 에너지와 같은 다양한 부문에서 응용 분야를 찾았습니다 [2]. 탁월한 경도, 높은 열전도율 및 고온 및 화학 부식에 대한 저항으로 유명합니다. SIC는 많은 까다로운 응용 분야에서 실리콘과 같은 전통적인 재료에 비해 우수한 성능을 제공합니다 [5] [3]. 그러나 실리콘 탄화물의 향상된 특성은 가격과 함께 제공됩니다. 이 기사는 실리콘 카바이드와 관련된 비용 요인, 가격 추세 및 비용의 이유를 조사합니다.
Carborundum으로도 알려진 실리콘 카바이드 (SIC)는 화학식 SIC를 갖는 실리콘과 탄소의 화합물입니다. 1893 년 Edward Goodrich Acheson이 발견 한 SIC는 운석에서 극히 드문 사건을 제외하고 지구에서 자연적으로 발견되지 않습니다 [5]. 그것은 전기 저항 용광로의 실리카 모래와 탄소를 고온으로 가열하는 Acheson 공정을 사용하여 대규모로 합성 적으로 생산됩니다 [3].
- 높은 경도 : SIC는 매우 단단하며 경도 측면에서 다이아몬드 바로 아래로 순위가 매겨져 우수한 연마재가됩니다 [8].
- 높은 열전도율 : 열전도율이 높기 때문에 열을 효율적으로 소산 할 수 있습니다 [5].
- 높은 열 저항 : SIC는 2,700 ° C의 용융점으로 매우 높은 온도를 견딜 수 있습니다 [3].
- 화학적 불활성 : 화학적 부식에 매우 저항력이있어 가혹한 환경에 적합합니다 [5].
- 반도체 특성 : SIC는 넓은 대역 GAP 반도체이며 실리콘보다 더 높은 전압, 주파수 및 온도에서 작동 할 수 있습니다 [2].
- 연마제 : 경도로 인해 SIC는 분쇄 휠, 절단 도구 및 사포에 널리 사용됩니다 [5] [8].
- 자동차 : SIC는 고성능 세라믹 브레이크 디스크, 디젤 미립자 필터 및 마찰을 줄이기 위해 오일 첨가제로 사용됩니다 [5] [2].
-전자 장치 : SIC는 MOSFET, 다이오드 및 트랜지스터와 같은 고출력 고주파 장치에서 사용됩니다 [3].
- 산업 : 녹는 금속, 촉매 지지대 및 가열 요소를 유지하기 위해 도가니에 사용됩니다 [5].
-Aerospace : SIC는 고온 응용을위한 구조 재료에 사용됩니다 [3].
- 재생 에너지 : SIC는 태양 및 풍력 에너지 시스템을위한 전력 인버터에 활용되어 효율성을 높이고 크기를 줄입니다 [2].
원자재 가격에서 복잡한 제조 공정에 이르기까지 몇 가지 요인이 실리콘 탄화물의 높은 비용에 기여합니다 [1] [7]. 이러한 요소를 이해하는 것은 SIC의 전반적인 비용을 평가하는 데 중요합니다.
실리콘 탄화물 생산에 필요한 주요 원료는 실리콘 금속과 석유 코크스입니다 [7]. 이러한 재료의 비용은 수요 및 생산 비용에 따라 변동될 수 있습니다 [7] [4].
-실리콘 금속 : 고급 실리콘 금속은 고품질 실리콘 탄화물을 생산하는 데 필수적입니다. 실리콘 금속의 가격은 채굴 비용, 정제 프로세스 및 시장 가용성의 영향을받습니다 [7].
- 석유 코크스 : 오일 정제의 부산물 인 석유 코크스는 SIC 합성에서 탄소 공급원으로 작용합니다. 비용은 원유 가격, 정제 용량 및 환경 규정의 영향을받습니다 [4] [7].
실리콘 금속과 석유 코크스의 가격이 상승하면 실리콘 탄화물 생산의 전체 비용이 상승한다 [4].
실리콘 탄화물의 제조 공정은 복잡하고 에너지 집약적이며 비용에 크게 영향을 미치는 몇 가지 단계가 포함되어있다 [3] [7].
- Acheson 공정 : SIC 생산을위한 가장 일반적인 방법은 Acheson 공정으로, 최대 2,500 ° C의 온도에서 전기 저항 용광로에서 실리카 모래와 탄소의 혼합물을 가열하는 것입니다 [3]. 이 프로세스에는 상당한 에너지 소비가 필요하므로 높은 생산 비용에 기여합니다.
- 결정 성장 : 반도체 응용을위한 고품질 SIC 단결정 생산에는 LELY 방법 또는 화학 증기 증착 (CVD)과 같은 정교한 기술이 포함됩니다. 이 방법은 느리고 정확한 제어가 필요하므로 비싸다 [3]. Thunder에 따르면 에너지에 따르면, 2,000ºC에서 Lely 공정을 통해 SIC 결정을 형성하는 것은 시간당 100-300μm의 속도로 단일 결정질 폴리-실리콘을 형성하는 것보다 상당히 느립니다 [3].
- 웨이퍼 생산 : SIC 단결정을 반도체 장치의 웨이퍼로 가공하는 것은 재료의 경도와 브리티 니스로 인해 어려움을 겪고 있습니다. 고급 슬라이싱, 연삭 및 연마 기술이 필요하며 비용이 추가됩니다 [3].
특수 장비 및 전문 지식의 필요성과 결합 된 이러한 제조 단계의 복잡성은 실리콘 카바이드 비용을 증가시킵니다 [3].
생산 된 실리콘 탄화물의 양은 비용을 결정하는 데 중요한 역할을한다 [7]. 규모의 경제는 생산량이 증가함에 따라 단위당 비용을 낮출 수 있습니다.
- 제한된 생산 능력 : 실리콘과 비교하여 실리콘 탄화물의 생산 능력은 비교적 제한적입니다. 이것은 결정 성장 및 웨이퍼 처리의 도전 때문입니다 [1].
- 높은 자본 투자 : SIC 생산 시설을 설립하려면 전문 장비 및 인프라에 대한 상당한 자본 투자가 필요합니다 [3]. 한 달에 30,000 개의 웨이퍼를 생산하는 대형 SIC 팹은 매년 약 50 톤의 SIC를 사용할 수 있으며 상당한 자본 지출이 있습니다 [3].
- 비용 절감 가능성 : SIC 수요가 증가하고 생산 기술이 향상됨에 따라 규모의 경제가 실현되어 잠재적으로 비용이 절감 될 수 있습니다 [1].
다양한 응용 분야에서 실리콘 탄화물에 대한 수요는 시장 가격에 영향을 미친다 [1] [4]. 전기 자동차 및 재생 에너지와 같은 고개인 응용 프로그램은 공급 제약으로 인해 가격을 올릴 수 있습니다 [2].
- 전기 자동차 (EVS) : SIC는 EVS의 전력 인버터 및 기타 구성 요소에 점점 더 많이 사용되어 효율성과 성능이 향상됩니다 [2]. 자동차 부문의 SIC 수요 증가는 시장 가격의 중요한 원동력입니다 [1].
- 재생 에너지 : SIC는 전력 변환 효율을 향상시키기 위해 태양 및 풍력 에너지 시스템에 사용됩니다. 재생 에너지 부문의 확장은 SIC 수요에 기여한다 [2].
- 산업 응용 분야 : 전원 공급 장치 및 모터 제어와 같은 다양한 산업 응용 분야에서 SIC의 사용은 시장 수요를 더욱 지원합니다 [2].
실리콘 탄화물의 필요한 품질과 순도는 또한 비용에 영향을 미칩니다 [3]. 반도체 응용 프로그램에 필요한 고순도 SIC 결정은 엄격한 제조 제어 및 정제 공정으로 인해 프리미엄 가격을 명령합니다 [7].
- 반도체 등급 SIC : 반도체 장치에 사용되는 SIC는 최적의 성능을 보장하기 위해 불순물 수준이 매우 낮아야합니다. 이 수준의 순도를 달성하려면 비용을 더해 주려면 고급 정제 기술이 필요합니다 [3].
- 재료 결함 : SIC 결정의 결함은 장치 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다. 결함을 최소화하려면 결정 성장 조건에 대한 정확한 제어가 필요하며, 이는 도전적이고 비용이 많이들 수 있습니다 [3].
- 웨이퍼 품질 : 표면 마감 및 구조적 무결성을 포함한 SIC 웨이퍼의 품질은 장치 제조에 중요합니다. 고품질 웨이퍼는 고급 처리 기술을 필요로하며 비용이 증가합니다 [3].
실리콘 카바이드의 가격은 형태, 품질 및 응용에 따라 다릅니다 [1]. 가격 추세를 이해하면 비용을 유발하는 요인과 잠재적 인 미래 변화에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다.
- 검은 실리콘 카바이드 : 검은 실리콘 카바이드는 일반적으로 미터 톤당 약 $ 850입니다 [1]. 이 형태는 경도가 높기 때문에 연마 적용에서 일반적으로 사용됩니다 [5].
- 실리콘 카바이드 웨이퍼 : 실리콘 카바이드 웨이퍼의 가격은 평방 인치 당 약 1,200 달러가 될 수 있습니다 [1]. 이러한 웨이퍼는 고순도와 구조적 무결성이 필수적인 반도체 응용 분야에서 사용됩니다 [3].
- 실리콘 카바이드 그릿 : 2022 년 3 월, 실리콘 카바이드 그릿 가격이 증가했으며, 원료 비용은 톤당 약 $ 65-80 증가했다 [4].
실리콘 탄화물의 가격 추세에 영향을 미치는 몇 가지 요인 [1] [4] :
- 생산 능력 증가 : 새로운 생산 능력에 대한 투자는 공급이 증가하여 잠재적으로 가격에 하락을 일으킬 수 있습니다 [1].
- 시장 수요 : 자동차 및 재생 에너지와 같은 주요 부문의 강력한 수요는 가격이 더 높아질 수 있습니다 [2].
- 원자재 비용 : 실리콘 금속 및 석유 코크스와 같은 원료 비용의 변동은 SIC 가격에 영향을 줄 수 있습니다 [7].
- 기술 발전 : 결정 성장 및 웨이퍼 처리와 같은 제조 공정의 혁신은 비용을 줄일 수 있습니다 [3].
실리콘 카바이드의 미래 가격은 기술 발전, 시장 역학 및 경제 조건을 포함한 다양한 요인이 적용됩니다 [1] [4].
- 수요 증가 : 전기 자동차, 재생 에너지 시스템 및 산업 응용 분야에서 SIC의 채택이 증가하는 것은 수요를 유도하여 잠재적으로 가격을 지원할 것으로 예상됩니다 [2].
- 기술 혁신 : SIC 제조 기술의 발전으로 인해 효율성이 향상되고 생산 비용이 낮아질 수 있습니다 [3].
- 공급망 개발 : SIC 생산 능력 확대에 대한 투자는 증가하는 수요를 충족시키고 가격을 안정화시키는 데 도움이 될 수 있습니다 [1].
실리콘 카바이드의 고유 한 특성은 광범위한 응용 분야의 매력적인 재료입니다. 이 부문의 수요는 시장 역학과 비용에 크게 영향을 미칩니다 [2].
실리콘 카바이드는보다 효율적이고 고성능 전력 전자 장치를 가능하게함으로써 전기 자동차 산업에 혁명을 일으키고있다 [2].
- 전원 인버터 : Sic MOSFET 및 다이오드는 전원 인버터에서 DC 배터리 전원을 모터의 AC로 변환하기 위해 사용됩니다. SIC 장치는 실리콘 장치에 비해 더 낮은 스위치 손실, 더 높은 효율 및 더 나은 열 성능을 제공합니다 [3].
- 온보드 충전기 : SIC는 온보드 충전기에 사용되어 배터리 충전을 위해 AC 전원을 그리드에서 DC로 효율적으로 변환합니다. 고주파 스위칭 기능은 더 작고 가벼운 충전기 설계를 허용합니다 [2].
-DC-DC 컨버터 : SIC 장치는 DC-DC 컨버터에서 차량 내 전압 레벨을 조절하여 효율적인 전력 분배를 보장합니다 [2].
EV에서 SIC를 채택하면 운전 범위가 길고 충전 시간이 빠르며 전반적인 차량 성능이 향상되었습니다 [2].
실리콘 카바이드는 재생 가능 에너지 시스템의 효율성과 신뢰성을 향상시키는 데 중요한 역할을합니다 [2].
- 태양열 인버터 : SIC는 태양 광 인버터에서 DC 전력을 태양 전지판에서 AC 전원으로 변환하여 그리드 통합을 위해 사용됩니다. 고효율과 고온 작동은 에너지 손실을 줄이고 시스템 성능을 향상시킵니다 [2].
-풍력 터빈 : SIC는 풍력 터빈 파워 컨버터에 사용되어 가변 주파수 AC 전원을 그리드 호환 AC 전력으로 효율적으로 변환합니다. SIC 장치는보다 작고 안정적인 컨버터 설계를 가능하게합니다 [2].
- 에너지 저장 시스템 : SIC는 에너지 저장 시스템에 사용되어 배터리와 그리드 간의 전력 흐름을 효율적으로 관리합니다. 고출력 핸들링 기능과 빠른 스위칭 속도는 시스템 응답 성을 향상시킵니다 [2].
재생 가능 에너지 시스템에서 SIC의 사용은 더 높은 에너지 수율, 운영 비용 감소 및 그리드 안정성 향상에 기여합니다 [2].
실리콘 카바이드는 견고성, 고온 안정성 및 화학적 불활성으로 인해 다양한 산업 응용 분야에서 널리 사용됩니다 [5].
- 전원 공급 장치 : SIC는 산업 장비의 전원 공급 장치에 사용되며, 고효율, 고력 밀도 및 개선 된 신뢰성을 제공합니다 [2].
- 모터 제어 : SIC는 에너지 효율을 향상시키고 모터 크기를 줄이기 위해 모터 제어 시스템에 사용됩니다. 빠른 스위칭 속도와 낮은 손실은 정확한 모터 제어를 가능하게합니다 [2].
-고온 용광로 : SIC 가열 요소는 다양한 산업 공정을 위해 고온 용광로에서 사용되며 우수한 열 안정성과 긴 서비스 수명을 제공합니다 [5].
- 화학적 처리 : SIC는 화학 부식 및 고온 안정성에 대한 내성으로 인해 화학 처리 장비에 사용됩니다 [5].
실리콘 카바이드와 실리콘은 가장 일반적으로 사용되는 반도체 재료입니다. 그러나 SIC는 고출력, 고온 및 고주파 응용 분야에서 실리콘에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다 [2].
| 특징 | 실리콘 (SI) | 실리콘 카바이드 (SIC) |
|---|---|---|
| 밴드 갭 에너지 | 1.1 EV | 3.26 EV |
| 고장 필드 | 0.3 mV/cm | 2.8 mV/cm |
| 열전도율 | 1.5 w/cm · k | 4.9 w/cm · k |
| 전자 이동성 | 1400 cm ;2;/v · s | 900 cm ;2;/v · s |
| 맥스. 작동 온도. | 150 ° C | 400 ° C 이상 |
| 전환 주파수 | 낮추다 | 더 높은 |
| 응용 프로그램 | 일반 전자 장치, 저전력 | 고전력, 고주파, EVS, |
- 더 높은 밴드 갭 에너지 : SIC는 실리콘보다 더 넓은 밴드 갭을 가지므로 더 높은 온도와 전압에서 작동 할 수 있습니다 [2].
- 더 높은 고장 필드 : SIC는 고장 필드가 높아서 고장하지 않고 더 높은 전기장을 견딜 수있게합니다 [2].
- 열전도율이 높을 수 있습니다. SIC는 열전도율이 높아서 열을보다 효율적으로 소산 할 수 있습니다 [2].
- 스위칭 주파수가 높을수록 : SIC 장치는 더 높은 주파수로 전환하여 스위칭 손실을 줄이고 효율을 향상시킬 수 있습니다 [3].
실리콘은 저렴하고 전자 이동성이 높지만 실리콘 카바이드의 우수한 특성은 요구하는 응용 분야에 선호되는 재료가된다 [2].
결론적으로, 실리콘 카바이드는 원자재 비용, 복잡한 제조 공정, 제한된 생산량, 높은 시장 수요 및 엄격한 품질 요구 사항을 포함한 요인의 조합으로 인해 실제로 고가의 재료입니다. 높은 비용에도 불구하고, 고전력, 고온 및 고주파 응용 분야에서 실리콘 카바이드의 우수한 성능은 자동차, 재생 가능 에너지 및 산업 전자 제품과 같은 부문에서 귀중한 재료가됩니다. 기술이 발전하고 생산량이 증가함에 따라 실리콘 탄화물 비용이 감소하여 더 넓은 범위의 응용 분야에 더 접근 할 수 있습니다.
실리콘 카바이드는 몇 가지 요인으로 인해 실리콘보다 비싸다.
- 복잡한 제조 : SIC의 생산에는 실리콘 생산보다 더 도전적이고 비용이 많이 드는 Acheson 공정 및 결정 성장 기술과 같은 복잡하고 에너지 집약적 인 프로세스가 포함됩니다 [3] [7].
- 원료 순도 : SIC 생산에는 고급 원료가 필요하며 비용 증가 [7].
- 제한된 생산량 : SIC의 생산량은 실리콘의 생산량보다 낮아서 규모의 경제가 줄어 듭니다 [1].
- 높은 수요 : 전기 자동차 및 재생 에너지와 같은 부문의 수요는 가격을 높입니다 [2].
실리콘 카바이드는 고유 한 특성으로 인해 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.
- 연마제 : 높은 경도로 인해 바퀴 연삭, 절단 도구 및 사포에 사용됩니다 [5] [8].
- 자동차 : 전기 자동차의 고성능 세라믹 브레이크 디스크, 디젤 미립자 필터 및 전력 전자 장치에 사용됩니다 [5] [2].
-전자 장치 : MOSFET 및 다이오드와 같은 고격한 고주파 장치에서 사용됩니다 [3].
- 산업 : 녹는 금속, 촉매 지원 및 고온 용광로를 용해하기 위해 도가니에 사용됩니다 [5].
- 재생 가능 에너지 : 태양 광 및 풍력 에너지 시스템의 전력 인버터에 사용 [2].
전력 인버터 및 온보드 충전기와 같은 실리콘 카바이드 부품의 비용은 전기 자동차의 전체 가격에 기여합니다 [2]. SIC는 개선 된 성능과 효율성을 제공하지만, 가격이 더 높으면 실리콘 기반 구성 요소 사용에 비해 EV의 가격이 증가 할 수 있습니다 [3]. SIC의 생산량이 증가하고 제조 공정이 향상됨에 따라 SIC 구성 요소의 비용이 감소하여 잠재적으로 더 저렴한 EV를 초래할 것으로 예상됩니다 [1].
Silicon Carbide는 전력 전자 제품 응용 분야에서 실리콘에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다.
- 효율이 높아진다 : SIC 장치는 스위칭 손실이 낮고 효율이 높아 에너지 소비가 줄어 듭니다 [2].
- 더 높은 온도 작동 : SIC는 더 높은 온도에서 작동하여 냉각 요구 사항을 단순화 할 수 있습니다 [2].
- 높은 전압 기능 : SIC는 더 높은 전압을 견딜 수있어 고전력 응용 분야에 적합합니다 [2].
- 더 높은 스위칭 주파수 : SIC 장치는 더 높은 주파수로 전환 할 수있어 더 작고 가벼운 설계를 가능하게합니다 [3].
이러한 장점은 전력 전자 시스템에서 성능 향상, 더 높은 전력 밀도 및 더 나은 신뢰성을 초래합니다 [2].
실리콘 탄화물의 가격은 몇 가지 요인으로 인해 미래에 감소 할 것으로 예상됩니다.
- 생산 능력 증가 : SIC 생산 능력 확대에 대한 투자는 공급이 증가하여 잠재적으로 가격이 낮아질 것입니다 [1].
- 기술 발전 : 결정 성장, 웨이퍼 처리 및 장치 제조의 혁신은 효율성을 향상시키고 비용을 줄입니다 [3].
- 규모의 경제 : SIC에 대한 수요가 증가함에 따라 규모의 경제는 단위당 비용을 낮출 것입니다 [1].
- 경쟁 : SIC 제조업체 간의 경쟁이 증가하면 가격이 하락할 것입니다 [4].
이러한 요인들은 더 넓은 범위의 응용 분야에서 실리콘 카바이드에 더 접근 할 수있게 될 것으로 예상된다 [2].
[1] https://hsachn.com/blog/silicon-carbide-price-trend.html
[2] https://www.wolfspeed.com/applications/
[3] https://thundersaidenergy.com/downloads/silicon-carbide-production-costs/
[4] https://greensiliconcarbide.com/silicon-carbide-grit-price/
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/silicon_carbide
[6] https://www.edn.com/silicon-carbides-wafer-conundrum-and-way-forward/
[7] https://www.silicon-carbides.com/blog/silicon-carbide-cost-per-kg-understanding-the-factors-affecting-the-price.html
[8] https://www.preciseceramic.com/blog/what-are-uses-of-silicon-carbide.html
