The mechanical properties of liquid phase sintered (LPS) SiC materials, with the addition of oxide powder, were investigated, in conjunction with a detailed analysis of their microstructures. LPS-SiC materials were fabricated at a temperature of 1820 $^{\circ}C$ under an argon atmosphere, using three different starting sizes of SiC particles. The sintering additive for the fabrication of the LPS-SiC materials was an $Al_2O_3-Y_2O_3$ mixture with a constant composition ratio ($Al_2O_3/Y_2O_3$: 1.5). The particle sizes of the commercial SiC powderswere 30 nm, 0.3 $\mu$m, and 3.0 $\mu$m. The flexural strength of the LPS-SiC materials was also examined at elevated temperatures. A decrease in the starting size of the SiC particles led to an increase in the flexural strength of the LPS-SiC materials, accompanying a highly dense morphology with the creation of a secondary phase. Such a secondary phase was identified as $Y_3Al_2(AlO_4)2$. The flexural strength of the LPS-SiC materials greatly decreased with an increase in the test temperature, due to the creation of a large amount of pores.
In order to investigate the effect of the second phase on Al2O3 matrix, SiC whisker was dispersed in Al2O3 matrix as a second phase over the content range of 5vol% to 20vol%. To this mixture, Y2O3 or TiO2 powder was added as a sintering additive before isostatically pressing and pressureless sintering at 1800-190$0^{\circ}C$ for 90min in N2 atmosphere. With increasing SiC whisker content, relative densities of composites were decreased and the grain growth of Al2O3 was restricted. When Y2O3 was added as a sintering aid the sintering temperature was 180$0^{\circ}C$, the maximum values of flexural strength, hardness and fracture toughness were 537MPa, 12.1GPa, 3.7MPa.m1/2, respectively. However, when the sintering temperature was elevated to 190$0^{\circ}C$, maximum values of flexural strength, hardness and fracture toughness were 453MPa, 17.5GPa, 4.9MPa.m1/2, respectively. Improved mechanical properties are assumed to be attributed to the crack deflection by the second phase SiC whisker and whisker pullout mechanism.
The specimens for the corrosion test were made by hot-pressing of SiC power with 2 wt% Nl2O3 and 10wt% Al2O3 additions at 200$0^{\circ}C$ and 205$0^{\circ}C$. The specimens were corroded in 37 mole% NaCl and 63 mole% Na2SO4 salt mixture at 100$0^{\circ}C$ up to 60 min. SiO2 layer was formed on SiC and then this oxide layer was dissolved by Na2O ion in the salt mixture. The rate of corrosion of the specimen containing 10 wt% Al2O3 was slower than that of the specimen containing 2 wt% Al2O3. This is due to the presence of continuous grain boundary phase in the specimen containing 10 wt% Al2O3. The oxidation of SiC produced gas bubbles at the SiC-SiO2 interface. The rate of corrosion follows a linear rate law up to 50 min. and then was accelerated. This acceleration is due to the disruption oxide layer by the gas evolution at SiC-SiO2 interface. Pitting corrosion has found at open pores and grain boundaries.
This study assessed the feasibility of a Ti3AlC2 MAX phase as an Al-source for the formation of a mullite bond in the fabrication of porous SiC tubes with high strength. The as-received Ti3AlC2 was partially oxidized at 1200℃ for 30 min before using to minimize the abrupt volume expansion caused by oxidation during sintering. Thermal treatment at 1100-1400℃ for 3 h in air led to the formation of Al2O3 by the decomposition of Ti3AlC2, which reacted further with oxidation-derived SiO2 on the SiC surface to form a mullite phase. The fabricated porous SiC tubes with a relative density of 48 - 62 % exhibited mechanical strengths of 80 - 200 MPa, which were much higher than those with the Al2O3 filler material. The high mechanical strength of the Ti3AlC2-added porous SiC was explained by the rigid mullite neck formation along with the retained Ti3AlC2 with good mechanical properties.
After sintering Si3N4 containing 20wt% of variable composition ratio of Y2O3 and Al2O3 at 1$600^{\circ}C$, the specimens were annealed at 125$0^{\circ}C$ and 135$0^{\circ}C$ for 5, 10, 15 hours in order to crystallize the remanining oxynitride glass phases. The main grain-boundary crystalline phases in the Si3N4-Y2O3-Al2O3 system were melilite and YAG. By annealing 15hrs. at 125$0^{\circ}C$, almost all of the glasses were crystallized. During the growth of melilite, lattice volyume of $\beta$-Si3N4 was increased as Al3+ and O2- ions in the oxynitride glass diffuse into $\beta$-Si3N4 lattice, but during the growth of YAG, lattice volume of $\beta$-Si3N4 was decreased by reverse diffusion of Al3+ and O2- ions. In case of crystallization of glass phase to melilite, thermal expansion of sample was decreased, but in case of crystallization to YAG, inverse phenomen on was observed.
In this paper, we propose the formation of an $Al_2O_3$ pre-layer using a protective Si-oxide layer and Al layer. Deposition of a thin film layer of aluminum onto a Si surface covered with a thin Si-oxide layer and annealing at $800^{\circ}C$ led to the growth of epitaxial $Al_2O_3$ layer on Si(111). And ${\gamma}-Al_2O_3$ layer was grown on the $Al_2O_3$ per-layer. Etching of the Si substrate by $N_2O$ gas could be avoided in the initial growth stage by the $Al_2O_3$ pre-layer. It was confirmed that the $Al_2O_3$ pre-layer was effective in improving the surface morphology of the very thin ${\gamma}-Al_2O_3$ films.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.364.1-364.1
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2014
고효율 태양전지로 가기 위해서는 태양전지의 후면 패시베이션은 중요한 역할을 한다. 후면 패시베이션 막으로 사용되는 $Al_2O_3$ 막은 $Al_2O_3/Si$ 계면에서 높은 화학적 패시베이션과 Negative Fixed Charge를 가지고 있어 적합한 Barrier막으로 여겨진다. 하지만 이후에 전면 Metal paste의 소성 공정에 의해 $800^{\circ}C$이상 온도를 올려주게 됨에 따라 $Al_2O_3$ 막 내부에 결합되어 있던 수소들이 방출되어 blister가 생성되고 막 질은 떨어지게 된다. 우리는 blister가 생성되는 것을 방지하기 위한 방법으로 PECVD 장비로 SiNx를 증착하는 공정 중에 $N_2O$ 가스를 첨가하여 SiON 막을 증착하였다. SiON막은 $N_2O$가스량을 조절하여 막의 특성을 변화시키고 변화에 따라 소성시 막에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 공정을 위해 $156{\times}156mm2$, $200{\mu}m$, $0.5-3.0{\Omega}{\cdot}cm$ and p-type 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용하였고, $Al_2O_3$ 막을 올리기 전에 RCA Cleaning 실행하였다. ALD 장비를 통해 $Al_2O_3$ 막을 10nm 증착하였고 RF-PECVD 장비로 SiNx막과 SiON막을 80nm 증착하였다. 소성로에서 $850^{\circ}C$ ($680^{\circ}C$) 5초동안 소성하고 QSSPC를 통해 유효 반송자 수명을 알아보았다.
Nano-multilayered, crystalline AlTiSiN thin films were deposited on WC-TiC-Co substrates by the cathodic arc plasma deposition. The deposited film consisted of wurtzite-type AlN, NaCl-type TiN, and tetragonal $Ti_2N$ phases. Their oxidation characteristics were studied at 800 and $900^{\circ}C$ for up to 20 h in air. The WC-TiC-Co oxidized fast with large weight gains. By contrast, the AlTiSiN film displayed superior oxidation resistance, due mainly to formation of the ${\alpha}-Al_2O_3$-rich surface oxide layer, below which an ($Al_2O_3$, $TiO_2$, $SiO_2$)-intermixed scale existed. Their oxidation progressed primarily by the outward diffusion of nitrogen, combined with the inward transport of oxygen that gradually reacted with Al, Ti, and Si in the film.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.48
no.2
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pp.92-97
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1999
The mechanical and electrical properties of the hot-pressed and annealed $\beta-Sic$+39vol.%$ZrB_2$ electroconductive ceramic composites were investigated as a function of the liquid forming additives of $Al_2O_3+Y_2O_3(6:4wt%)$. In this microstructures, no reactions and elongated $\alpha$-SiC grains with equiaxed $ZrB_2$, gains were observed between $\beta-SiC$ and $ZrB_2$, and the relative density was over 97.6% of the theoretical density. Phase analysis of the composites by XRD revealedmostly of $\alpha$-SiC(6H, 4H), $ZrB_2$, and weakly $\beta-SiC$(15R) phase. The fracture toughness decreased with increasing $Al_2O_3+Y_2O_3$ contents and showed the highest of $6.37MPa.m^{\fraction ane-half}$ for composite added with 4wt% $Al_2O_3+Y_2O_3$ additives at room temperature. The electrical resistivity increased with increasing $Al_2O_3+Y_2O_3$contents and showed the lowest of $1.51\times10^{-4}\Omega.cm$ for composite added with $Al_2O_3+Y_2O_3$ additives at $25^{\circ}C$. This reason is the increasing tendency of pore formation according to amount of liquid forming additives $Al_2O_3+Y_2O_3$. The electrical resistivity of the composites was all positive temperature coefficient resistance(PTCR) against temperature up to $700^{\circ}C$.
In this paper, a 4H-SiC UMOSFET was studied which is suitable for high voltage and high current applications. In general, SiO2 is a material most commonly used as a gate dielectric material in SiC MOSFETs. However, since the dielectric constant value is 2.5 times lower than 4H-SiC, it suffers a high electric field and has poor characteristics in the SiO2/SiC junction. Therefore, the static characteristics of a device with high-k material as a gate dielectric and a device with SiO2 were compared using TCAD simulation. The results show BV decreased, VTH decreased, gm increased, and Ron decreased. Especially when the temperature is 300K, the Ron of Al2O3 and HfO2 decreases by 66.29% and 69.49%. and at 600K, Ron decreases by 39.71% and 49.88%, respectively. Thus, Al2O3 and HfO2 are suitable as gate dielectric materials for high voltage SiC MOSFET.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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