[공부] 화합물 반도체

화합물 반도체

이번 시간에는  Si를 사용하는 이유를 넘어 최근 다양한 화합물 반도체를 사용하는 이유에 대해 알아보겠습니다!

 

대표적인 원소 반도체는 실리콘(Si)와 저마늄(Ge)이 있고, 주로 Si를 사용하여 반도체를 사용합니다. 하지만 아래와 같은 5가지 이유로 Si이 아닌 3-5족 이종 접합 반도체를 사용하고 있어요

 

1. 고전도성: 3-5족 화합물 반도체는 고전도성을 갖고 있습니다. 이는 전자들이 원자들 사이를 쉽게 이동할 수 있음을 의미하며, 이로 인해 높은 전기 전도성을 제공합니다.
2. 고동작 속도: 3-5족 화합물 반도체는 빠른 전자 이동속도를 갖고 있어 고주파 응용 및 고속 전자 소자 제작에 적합합니다. 이로 인해 높은 주파수에서도 안정적으로 동작할 수 있습니다.
3. 광전자 특성: 3-5족 화합물 반도체는 광전자 특성이 우수합니다. 광전자 소자들의 빠른 응답 속도와 고감도를 제공하여 빛을 이용한 통신, 광센서, 레이저, LED 등의 응용에 적합합니다.
4. 온도 안정성: 3-5족 화합물 반도체는 고온에서도 안정적으로 동작할 수 있습니다. 따라서 고온 응용 분야에서 사용될 수 있으며, 고전력 반도체 소자에도 사용됩니다.
5. 다양한 에너지 갭 선택 가능: 3-5족 화합물 반도체는 다양한 에너지 갭을 가질 수 있습니다. 이로 인해 다양한 파장의 광선을 흡수하거나 방출할 수 있습니다.

3-5족 반도체는 주기율표의 3족과 5족 원소를 이종 접합 한 화합물로 만들어진 반도체 입니다.

일반적인 3-5족 화합물 반도체는 InP, GaAs가 있고 갈륨비소에 알루미늄또는 인을 합성한 AlGaAs, GaAsP 이렇게 4가지 제일 잘 알려져 있어요.

 

 

3-5족 반도체의 장점은 여러가지가 있어요.

 

1. 먼저 3-5족 반도체는 전자 이동도가 실리콘 반도체 보다 높아요. 전자 이동도가 높으면 전류가 더 빠르게 흐를 수 있어 높은 스위칭 속도를 가질 수 있을 뿐만 아니라, 높은 CLK(클럭)에서도 동작이 가능합니다!

 

2. 두번째는 Direct Bandgap입니다. Conduction band와 Valence bnad가 같은 선상에 있느냐 아니냐에 따라 Direct Bandgap와 Indirect Bandgap으로 나뉩니다.

출처:https://mblogthumb-phinf.pstatic.net/MjAxODAzMjhfNSAg/MDAxNTIyMjQ4OTI1MTc3.F3HCLVGc3hlXEQqgBJNpvfZsKbjCXCnD9FdafzFng1og.zX1lzqNc6UpoKZIiwSMM6U58Gf43mNSKuwwKAqA29yAg.PNG.cj3024/SmartSelectImage_2018-03-28-23-55-18.png?type=w800

Si은 Indirect Bandgap(간접 밴드갭) 반도체로 에너지를 흡수하고 방출할 때, 열과 진동 에너지로 방출을 합니다. 반면 3-5족 화합물 반도체는 Direct Bandgap으로써 Conduction Band에서 Valence Band로 수직으로 에너지를 방출합니다. 수직으로 에너지를 방출할 땐 빛 에너지로 방출하기 때문에 우리가 일상생활에서 사용하는 LED로 사용할 수 있어요.

(수평으로 에너지를 방출할 땐 열에너지로 방출하며 Indirect Bandgap은 수평과 수직 에너지방출을 합니다.)

 

3. 세번째는 높은 항복전압과 다양한 밴드갭입니다. 다이오드는 순방향일 때 전류가 잘 흐르지만, 역방향일 땐 전류가 흐르지 않습니다. 하지만 역방향일때 특정 전압이상의 전압이 가해지면 다이오드에 전류가 흐르게 되는데 이 특정점이 바로 항복전압입니다. 항복전압이 높다는 것은 그만큼 강한 역방향 전압에서도 스위치작용을 잘 진행 할 수 있습니다. 따라서 현재 고전압에서 사용하는 다이오드와 트랜지스터에서 잘 사용합니다. 또 물질을 접합하면서 생기는 밴드갭을 조절하여 LED의 색을 조절하거나, 가시광선을 넘어 자외선, 적외선의 전자기파를 만들 수 있습니다.

 

4. 네번째는 높은 열 전도율입니다. 열 전도율이 높으면 열 컨트롤이 쉽고, 효율적인 동작이 가능합니다.

 

이러한 장점을 바탕으로 3-5족 반도체는 현재 많은 산업에서 꼭 필요한 반도체입니다. 물론 일반 실리콘 반도체보다 생산적인 비용과, 높은 공정 과정이라는 단점이 있어 아직까지 Si반도체보다 많이 사용하고 있지 않습니다.

 

다음시간에는 현재 Si 반도체를 대체할것 같은 물질에 대해서 알아보도록 해요!