1.1 물질의일반적인성질 반도체물질 단원소반도체 General Semiconductor Ge Classification (1) Elemental C (2) Compounds (a) IV-IV -------------------------- (b) III-V -------------------------- Symbol Si SiC AlP AlAs Name Carbon Silicon Germanium AlSb GaN GaAs GaSb InP 화합물반도체 Silicon carbide Aluminum phosphide Aluminum arsenide Aluminum antimonide Gallium nitride Gallium arsenide Gallium antimonide Indium phosphide InAs Indium arsenide InSb Indium antimonide 1/1
1.1 물질의일반적인성질 화합물반도체 (c) II-VI -------------------------- ZnO Zinc oxide ZnS ZnSe ZnTe CdS CdSe (d) IV-VI -------------------------- PbTe (3) Alloys (a) Binary ------------------------- (b) Ternary ----------------------- (c) Quaternary ------------------- CdTe HgS PbS PbSe Si1-xGex Alx Ga1-xAs Alx In1-xAs GaAs1-xPx Hg1-xCdxTe AlxGa1-xAsy Sb1-y GaxIn1-xAs1-yPy 혼합물반도체 Zinc sulfide Zinc selenide Zinc telluride Cadmium sulfide Cadmium selenide Cadmium telluride Mercury sulfide Lead sulfide Lead selenide Lead telluride x, y는 0과 1사이의분수임 Al 0.3 Ga 0.7 As는 10As원자마다 3Al과 7Ga를의미 2/1
1.1 물질의일반적인성질 축약된원소의주기율표 4 Be 베릴륨 B C 붕소 II III IV V VI 5 6 12 Mg 마그네슘 30 Zn 아연 탄소 48 Cd 카드뮴 13 Al 알루미늄 31 Ga 갈륨 49 In 인듐 14 Si 규소 32 Ge 게르마늄 50 Sn 주석 7 N 질소 15 P 인 33 As 비소 51 Sb 안티몬 8 O 산소 16 S 황 34 Se 셀렌 52 Te 텔루르 80 Hg 수은 81 Tl 탈륨 82 Pb 납 83 Bi 비스무트 84 Po 풀로늄 3/1
1.1 물질의일반적인성질 순수한반도체의순도 불순물원자의미소한개입은반도체의전기적성질에큰영향을미침 dopant : 전도도를높이기위해의도적으로불순물원자를첨가 (10 8 ~10 3 중하나 ) 순수한 Si 반도체의불순물농도 : Si 10 9 개중다른원자 1 개 구조 미국전역에 15m 간격으로단풍나무를심었는데그중 25 개의사과나무가발견되는정도 LCD 의스위칭소자 MOSFET 의 Gate (a) Amorphous (b) Polycrystalline (c) Crystalline 4/1
1.2 결정구조 Unit cell 개념 단위셀 : 결정을복원해낼수있는조그만조각 그림 (d) 도 (a) 의단위셀에해당 : 단위셀이기본셀 ( 가능한최소의셀 ) 과동일할 2 차원격자구조의예 : 그림참조 그림 (b) 의단위셀을복사하여규칙적으로쌓아올리면 (a) 의격자재생 필요는없음 5/1
1.2 결정구조 3 차원단위셀 1 개의원자 (52%) (a) Simple cubic 2개의원자 (68%) (b) Pedantically correct simple cubic 3 개의원자 (74%) (c) Body-centered cubic (d) Face-centered cubic 6/1
1.2 결정구조 반도체격자구조 상온의실리콘은 5.43Å (1Å =10-10 m) 따라서 5x10 22 atoms/cm 3 (a) 다이아몬드격자구조 (b) 섬아연강격자구조 7/1 (c) 다이아몬드격자구조에서가장이웃한 4 개의결합구조
1.2 결정구조 Miller index 6inch wafer, 두께 0.625mm 8inch wafer, 두께 0.725mm 단결정 Si wafer 의전형적인초기기판 8/1
1.2 결정구조 Miller index 입방체결정의표본 : (632) 평면, (001) 평면, (221) 평면 단위셀의모서리를따라좌표계를구성하고, 표준화된결과의교차값을 x, y, z 의 순으로기록 교차값의역수를취함 적당한수를곱하여 (1/ 교차값 ) 들을최소정수의집합형태로변환 정수집합을둥근괄호로표현 9/1
1.3 결정성장 초순수 Si 를얻는방법 Silica or Siligate Very impure Silicon SiCl 4 (liquid) Ultrapure SiCl 4 Ultrapure polycrystalline Si Reduced in 실리카 (SiO 2 ) 와실리게이트 (Si+O+ 다른원소 ) 로부터탄소와가열처리함 presence of C Ferro Si 은염소처리되어액상인 SiCl 4 와 SiHCl 3 로변환 반복된증류과정과액체정화과정을거쳐초순수 SiCl 4 를얻음 고순도할로겐화합물은수소환경에서가열하여제거함 SiCl 4 + 2H 2 = 4HCl + Si Chlorinated Distilled, etc. Reduced in hydrogen atmosphere 10/1
1.3 결정성장 단결정형성 : 도가니속의결정성장 가동대역속에서의용융과응고 용융체한끝에서의응고 ( 수평 bridgeman 방식 ) 11/1
1.3 결정성장 단결정형성 : Czochralski 방법 지름 8inch, <100> 방향의 Si 결정의인상 결정성장과정의개요도 12/1
1.3 결정성장 단결정형성 : Czochralski 방법 Czochralski 방법에의해성장된 Si 결정 1950 년대의 1inch 주괴와현재의 8inch 주괴의비교 13/1
1.3 결정성장 단결정형성 : 대역정제의부유대역성장 Monsanto 사의부유대역성장 Si 결정 14/1
1.3 결정성장 단결정형성 : 실제의 puller 사진 실리콘결정을생산하는장비와성장된단결정 15/1