[공부]Si를 사용하는 이유

Si를 사용하는 이유

이번 시간에는 반도체를 사용할 때 Si를 사용하는 이유에 대해 알아보겠습니다!

 

지난 수십 년 동안 반도체 트랜지스터는 실리콘으로 만들었어요. 대표적인 원소 반도체는 실리콘(Si)와 저마늄(Ge)이 있지만 실리콘을 사용한 이유는 여러가지가 있어요!

1. 안정성과 가용성: 실리콘은 지구의 큰 부분에 자연적으로 존재하며, 풍부한 자원으로 가용성이 높습니다. 또한, 안정성이 뛰어나고 화학적으로 안정한 소재로서 오랫동안 사용된 경험이 있습니다.
2. 제조 기술의 성숙성: 실리콘 반도체의 제조 기술은 오랜 기간 동안 발전해왔고, 높은 생산성과 효율성을 갖추고 있습니다. 또한, 실리콘 기반 반도체 제조를 위한 공정 기술은 잘 개발되어 있어 대량 생산이 가능합니다.
3. 비용 효율성: 실리콘 반도체의 생산 비용은 다른 소재에 비해 비교적 저렴하며, 대량 생산 시에 경제적으로 유리합니다.

출처:https://t1.daumcdn.net/cfile/tistory/993B80475AD4322B09

위에 3가지에서 큰 이유는 1번으로 지구 지각내 구성 원소 비는 산소(47%) 다음으로 규소(silicon ,28%)로 풍부한 자원이 있습니다.

 

하지만 Si가 사용한 가장 큰 이유는 SiO2라는 좋은 절연체 덕분입니다. SiO2는 MOSFET에서 Oxide에 사용하며 굉장히 좋은 절연체로 Gate에 전압을 가하지만 Oxide가 body쪽으로 전류를 흐르지 못하게 막아, Channel을 만들 수 있게 해요!

 

이러한 SiO2는 실리콘 기판을 산소와 만나게 하면 금방 생기고, 건식, 습식 산화와 증착으로 쉽게 만들수 있다고 합니다.

 

하나 더! MOS에서의 M은 Metal인데, 반도체가 미세해지면서 Metal(금속)증착이 어려워져, Silicon에 doping을 하는Self alignment을 진행할 수 있었습니다.(물론 현재는 너무 작아져 전압을 견디기 위해 다시 금속을 사용한다고 해요).

 

SiO2 장점

안정성: SiO2는 화학적으로 안정한 물질로, 자연적으로 발생하는 주요 원료인 실리콘과 산소가 지구 내에서 가장 풍부한 원소이기 때문에 안정한 물질을 얻을 수 있습니다.

전기 절연체: SiO2는 우수한 절연체로 동작합니다. 따라서 반도체 제조 과정에서 기판 또는 절연층으로 활용되며, 반도체 소자들 사이에 전기적 격리를 제공합니다.

화학적 안정성: SiO2는 다양한 환경에서 화학적으로 안정하게 동작합니다. 다른 물질과의 반응성이 낮고, 산과 염기에 대해 높은 내성을 갖기 때문에 반도체 소자를 보호하고 보존하는 역할을 수행합니다.

 

이러한 많은 이유로 Si은 반도체를 만들기 위해 절대적으로 필요한 물질이었습니다. 하지만 현재 반도체는 다양한 기능을 원하고, 특히 전력반도체와 같은 높은 전압에서도 사용해야하는 경우가 많아 화합물 반도체를 사용한다고 합니다.

 

다음시간에는 화합물 반도체에 대해서 알아보도록 할게요!