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(
2010年 10月
)
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| 半導體 素子
製作의 흐름도
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클린룸
半導體를 使用한 電子製品은 微細 먼지에 弱하기 때문에 製造는 이렇게 깨끗한 環境에서 한다.
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실리콘 잉곳
(왼쪽의 긴 原州)을 얇게 썰어서
실리콘 웨이퍼
(아래의 얇은 圓板)를 만든다.
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回로 製作을 마친 여러 가지 웨이퍼들이다. 基板의 눈처럼 보이는 것은 同一한 回로 (다이)가 나란히 있기 때문이다. 이것을
다이아몬드 칼
로 分離한다.
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웨이퍼에서 分離한 다이이다. (위 寫眞에서 눈하나와 同一함) 複雜하게 뒤얽힌 回路가 보인다.
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最終 狀態
이것은 內部가 보이는
칩
의 例示이다. 가운데에 보이는 것이 웨이퍼로부터 分離한 다이이다.
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마지막으로 컴퓨터나 텔레비전 같은 여러 種類의 電子製品 內部에 搭載된다.
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半導體 素子
(半導體素子,
英語
:
semiconductor device
) 또는
솔리드 스테이트 小子
(
英語
:
solid state device
)는
電子工學
에서,
半導體
의
電氣
顚倒 特性을 利用한 電子 回路나 비슷한 裝置에 主로 쓰이는 部品을 뜻한다.
携帶電話
,
컴퓨터
,
텔레비전
과 같은 現代의
電子製品
에 반드시 內臟되기 때문에, 工學에서 매우 重要하다. 또한, 半導體 素子의 市場 規模는
2006年
에 世界的으로 25兆원을 넘었으므로 經濟的인 影響도 無視할 수 없다. 이러한 半導體 素子가 가지는 産業上의 重要性을 가리켜서 '半導體는 産業의 쌀이다.'라고 表現하기도 한다.
特徵
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半導體 素子가 흔히 쓰이기 前에는 電子製品의 能動素子로는 眞空이나 氣體를 利用한
電子管
이 使用되었다. 하지만 半導體素子는 아래와 같은 特徵을 지녀서 電子管을 代替하여 向上되었다.
- 히터가 必要하지 않기 때문에 消費電力이 낮고 電源이 들어오면 바로 動作한다.
- 낮은 溫度로 動作하기 때문에 壽命이 길다.
- 振動이나 衝擊에 强하며 信賴性이 높다.
- 同一한 動作에 必要한 부피나 面積이 적게 든다.
以前의 電子管보다 不利한 短點도 補完하는 方法이 開發되어 더 널리 普及됐다.
- 溫度에 따른 特性變化가 커서 補償回路가 必要하다. → 補償回路가 包含된 集積回路를 製作函.
- 製造工程의 些少한 變化에도 큰 特性變化로 나타난다. → 回路를 디지털화하여 特性의 影響을 작게 한다. 그리고 製造工程의 管理를 嚴格하게 한다.
材料와 性質
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大部分의 半導體는 單結晶
실리콘
을 使用하지만 그外 使用되는 材料는
게르마늄
,
갈륨砒素
(GaAs),
갈륨砒素人
,
窒化갈륨
(GaN),
炭化硅素
(SiC) 等이 있다.
半導體
材料의 傳導性은 結晶構造의
自由電子
過不足이 생기게 하는 不純物에 依해 決定된다. 一般的으로 多數캐리어 (
majority carrier
) (N型 半導體는
電子
, P型 半導體는
陽孔
)를 통하여 擔當한다. 그러나
트랜지스터
같은 다양한 半導體素子에서 動作하기 위해서는 少數캐리어 (
minority carrier
) (N型 半導體는 精工, P型 半導體는 電子)가 必要하다.
半導體의 整流效果 (電流를 한쪽으로만 통하는 性質)는 元來 方鉛鑛(方鉛鑛)의 決定에서 發見되었다. 初期의 라디오
受信機
(
鑛石 라디오
)는 납의 保管道具에 묻은 方鉛鑛의 決定의 表面에 "고양이의 鬚髥"이라고 불리는 가는 金屬線을 若干 接觸시킨 것이 使用되었다고한다.
構造에 따른 素子의 分類
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點接觸型
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가장 初期의 構造이다.
게르마늄
半導體表面에 바늘을 連結해서 端子로 만든 것이다. 1945年에는
다이오드
, 1948年에는
트랜지스터
가 開發되었다. 點接觸型 다이오드는 端子間 容量이 작고 高周波特性이 좋기 때문에 檢波用 다이오드로 널리利用되었으며 現在도 特定用途로 生産되고 있다. 反面 點接觸型 트랜지스터는 트랜지스터 發明 當時의 模樣이며, 이미터 單子와 컬렉터 單子의 間隔을 微細하고 짧게 維持하는 것이 困難하고 不安定한 動作 때문에 接合型 트랜지스터로 代替되었다. 이 方式 以外의 半導體는 原則的으로 모두 接合型 構造로 分類된다.
結晶成長型
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純粹한 半導體單結晶을 溶解 半導體에 넣어서 천천히 밀어내 막대 模樣으로 성장시킨 것이다.
레트그論兄
- 도너 不純物과 억셉터 不順을 같이 少量 包含하는 溶液에서 밀어내는 것이다. 밀어내는 速度를 빠르게하면 P型 半導體가 成長하고, 느리게하면 N型 半導體가 成長한다. 베이스 領域이 두껍기 때문에 高周波 特性이 나쁘다.
그論擴散型
- 밀어내는 過程에서 溶解半導體에 加해지는 不純物을 변화시키면 決定의 場所에 따라서 P型이나 N型 半導體가 成長한다. 이런 方法에 依하여 다이오드는 PN, 트랜지스터는 PNP (또는 NPN) 構造를 만든다.
合金接合型
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게르마늄 트랜지스터 全盛期에 一般的인 製造方法이다. 얇은 N型 單結晶을 억셉터가 되는 인듐의 金屬알갱이로 兩面으로 熱接合해서 合金部分에서 擴散한 억셉터에 依하여 PNP 構造를 形成한다. (NPN 構造도 있지만, Si 트랜지스터는 使用되지 않음)
- 드리프트 트랜지스터
- 表面 障壁型
- 微細合金型
- 微細合金 擴散型
메사型
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斷面이 垈地 (
mesa, 메사
) 模樣으로 두께 方向으로 電流를 흘리는 것이다. PN 接合 다이오드는 PN, 接合型 트랜지스터는 PNP/NPN, 사이리스터는 PNPN 構造를 形成한다.
2000年代에는 높은 電力用
電力 小子
에만 使用되고 있다.
平面形
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同一한 平面에 端子龍 電極을 形成한 것이다. 電流經路를 짧게 하고 高周波 特性이 좋다.
그리고 微細加工으로 많은 素子를 配列해서 寫眞技術의 應用으로 製造할 수 있기 때문에 精密하게 大量生産이 된다. 이 特徵을 살려서 모노리式
集積回路
가 發明되었다.
製造方式에 따른 素子의 分類
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- 半導體基板에
擴散
이나
이온 注入
에 不純物을 包含시키는 것이다.
- 낮은 抵抗값을 갖는 半導體基板 表面에 얇은 높은 抵抗決定層을 形成하는 것이다.
- 인슐레이터
위의
실리콘
(
silicon on insulator, SOI
)
- 絶緣體
에
실리콘
의 平面形 半導體素子를 形成하는 技術이다. 絶緣體의 薄膜을 利用하기 때문에 基板 아래로 새는 電流가 적고, 放射線 耐性이 향산된다. 시스템
液晶 디스플레이
, 새는 電流가 적고 高速動作이 可能한
시모스 小子
, 高電壓 MOS-IC, 耐放射線 素子의 製作에 使用된다. 絶緣體는 人工으로 만든
사파이어
가 使用되기도 한다. (
사파이어
위의
실리콘
(
silicon on sapphire, SOS
))
役割에 따른 素子의 分類
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素子는 膾로 內 役割에 따라 能動素子와 受動素子로 分類할 수 있다.
端子 數에 따른 素子의 分類 및 種類
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]
素子는 端子 數에 따라 2端子 小子, 3端子 小子, 多端子 素子 等으로 分類할 수 있다.
오늘날 많이 使用되는 固體素子는
트랜지스터
,
전계효과 트랜지스터
(FET),
사이리스터
(SCR),
다이오드
(整流器),
發光 다이오드
(LED) 等이 있다.
半導體 素子는 個別 部品으로도 使用할 수 있지만, 同一한 製造工程으로 製作할 수 있는 多數의 素子를 하나의 基板에 集積하는
集積回路
로도 可能하다.
2端子 小子 (
다이오드
)
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3端子 小子
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編輯
]
트랜지스터
사이리스터
(SCR)
多端子 小子
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]
分子小子
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서울大學校 이탁희 敎授 硏究팀은 벤젠 單一分子 한個單位로 트랜지스터 素子로서 作動하는 事實을 糾明해 지난 2009年
네이처
에서 이를 言及한바있다. 2012年에 이를 應用한 分子電子素子를 開發했다. 이러한 硏究結果는 素子의 電氣的 性質과 分子들間의 電子 移動이 結局 같은 原理를 基盤으爐하는것 이라는 매우 挑戰的인 質問에대한 深度있는 結果에 한걸음 더 接近한 成果로 받아들여지고 있다.
[1]
이는 科學的 成果에서 뿐만아니라 親環境的이며 低電力의 基準等에서도 매우 重要한 成果이다.
같이 보기
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各州
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