반도체

실리콘 웨이퍼

기판에 공정을 거치고 공정 끝나고 나서가 웨이퍼.

웨이퍼 안에는 수많은 반도체 칩이 있음.

특수물질 사용하는데 매우 민감하기에 노란 불빛사용. 방진복 착용.

일반적으로 웨이퍼라 하면 실리콘 웨이퍼를 뜻함.

막대기처럼 만든 후 사용할 수 있게 얇은 판으로 만든 것을 wafer라 함.

두께 약 25마이크로미터 정도

 

Si Wafer의 명칭

Die 전자회로가 밀집되어 있는 IC 칩

Scribe line 공정 후 라인을 따라서 칩을 쉽게 절단하기 위한 라인

Flat zone 공정의 기준이 되며 방향을 결정하는 기준선 원형에서 깎인 부분

Edge die 끝부분 어쩔 수 없이 버려야하는 부분

영상 요약 : 모래같은 거 녹여서 캐러멜상태로 만들며 막대기 넣어 잡아당기면 밑은 캐러멜과 같은 상태이지만 나오면서 굳게 된다. 원통형 막대가 나오는데 다이아몬드 박힌? 실로 (9분)자르고 부드럽게 해 웨이퍼가 됨.

 

Long Range Order (LRO)

이상적인 경우 오차없이 격자식으로 일렬로 길게 처음 부터 끝까지 규칙적으로 배열 되어있음. 마치 공을 떨어뜨리면 충돌없이 다른 쪽까지 가는 것처럼.

이것을 LRO meterial 이라 함.

이상적인 경우(바둑판처럼 규칙적으로 배열)외에 그렇지 않은 경우도 있음

single crystalline 방향만 알면 격자 방향 예측가능 sigle이 전체 모두 한 방향으로 배열되어있다는 것 함축. 한 방향성 밖에 없다.

Poly crystalline 예를 들어 내부 구조가 하나의 실리콘인데 네 개의 영역이 있음. 네 개가 틀어져있고 각각의 내부에는 격자배열임. 영역 안에서는 싱글인 것 같음. poly crystalline 실리콘이라 하면 중앙 그림을 떠올리면 됨.

Amorphous 실리콘이지만 방향성이 전혀 없음.

(전류는 단위 면적을 지나는 전자이기에 충돌없이 간다면 전류가 증가할 것. 때문에 A에서 B 포인트까지 전하를 얼마나 빨리 보내는 것이 목표.)

 

single 보다 poly에서 충돌이 많기에 sigle 보다 전도도, 전하량 적고 A에서B로 동일한 힘 가했을 때 single이 많이 나올 것.

소자를 만들 때 전류량이 많아야 한다면 single, 차단해야할 땐 amorphous 써야할 것임.

poly를 만들었지만 전류랑 더 필요하다면 영역을 확대해서 유격 빈도를 줄여 최대한 single과 가깝게 해야할 것임.

Space lattice and Unit Cell

만약 특정 구조 반복된다면 그 특정 구조만 이해하면 되며 전체 볼 필요 없음

그걸 설명할 수 있는 최소 단위를 Unit Cell 이라 함.

한 꼭짓점으로부터 세 지점이 이루는 각도와 거리가 얼마냐로 구분하며 구조가 크게 7개가 있는데 세부적으론 14개가 있음.

 

direction [111] 이다 하면 direction과 90도 이루는 면 그면이 plane

구분 방법 direction [], plane()

 

4가지 타입 웨이퍼가 있음.

한가지 플랫존 (111)p타입

플랫존 더 있으면 (100) n-type 180도 / (100) p-type 90도 / (111) n-type 45도

 

전자가 코어에 묶여있을 때는 전류가 생성되지 않는다. 최외각 전자 인력이 가장 적기에 탈출시키기 쉬우며 valence electrons 라 한다. 전자를 탈출시킨다면 자유전자가 되고 추가적으로 가한 전압에 의해 전위차에 의해 전자가 이동함.

부도체에서 도체로 넘어갈 때 이 valence electrons를 이용한다.

 

나뉘어진 state사이에는 전자가 없음. 힘을 가하면 뛰어넘어서 바로 다음으로 점프하는 부분이 있는데 에너지 밴드 갭 이다.

많은 반도체가 있는데 이런 갭은 각각 다 다르다.

코어에 속박됐을 때 valence band에 전자가 존재하며 벗어날 수 있게 하는 힘을 가하면 conduction band로 가 자유전자가 됨.

 

도체 부도체 반도체

부도체 valence band에서 conduction band로 넘어가기 위한 갭이 커 웬만한 힘으로 전류 잘 안 흐른다.

반도체 상대적으로 갭이 작기 때문에 conduction band로 넘어갈 수 있다.

금속 도체 conduction band가 valence band 아래쪽에 있다 할 수 있기에 힘 가할 필요 없이 전류가 흐름.

 

밴드 갭 어떻게 알 수 있을까

photoluminescence (PL)

임의로 valence에서 conduction으로 올려버리면 conduction 최하단에 내려오며 힘 제거하면 다시 valence로 올 것. 그때 빛을 내는데 계산해서 알 수 있음.

conduction band의 가장 낮은 곳과 valence band 의 가장 높은 곳이 같은 모멘텀에 있을 때 direct band gap.

모멘텀이 다른 경우가 있는데 컨덕션밴드의 낮은부분에서 수평으로 이동한 다음 valence band의 높은곳으로 이동. 가로로 이동하면서 전자의 세기를 약하게 만들기 때문에 떨어질 때 빛이 희미하게 나옴.

-측정하면 다이렉트인지 인다이렉트인지 알 수 있고 다이렉트면 밴드 갭을 구할 수 있다.

 

빛으로 나올 때 밴드갭을 어떻게 알 수 있을까

1240(nm)/파장 식을 이용해 빛의 색을 가지고 밴드갭 알 수 있다.

색을 의도적으로 내게 해 스위치만이 아닌 발광을 디스플레이에 이용할 수 있음.

그래서 반도체를 발광소자로 쓸 수도 있고 빛을 제 3의 힘으로 써서 광센서로 이용할 수도 있다.

 

실리콘(4족)에 5족을 넣으면 코어와의 속박이 약한 전자를 하나 만든 것과 마찬가지임. 제 3의 힘 가했을 때 더 많은 자유 전자가 나온다고 할 수 있다. -n타입

실리콘에 3족을 넣으면 구멍이 생김. 힘을 줘서 전자를 뗴어내는 것 보다 쉽게 전자가 이동할 수 있다. 에너지가 적게 든다. 전류가 더 생긴다. -p타입

전도도를 증폭시키는 것이며 따라서 이를 도핑 공정이라 한다.

주변에 따라 잉여 전자, 구멍이 결정돼서 사실 이것은 상대적인 것으로 볼 수 있다.