1.1 General Material Properties 1.1.1 Composition 1.1.2 Purity PartⅠ 반도체 기초 1장 반도체 : Introduction 1.1 General Material Properties 1.1.1 Composition 1.1.2 Purity 1.1.3 Structure 1.2 Crystal Structure 1.2.1 Unit Cell (단위 셀) 개념 1.2.2 3차원 Unit Cell들 1.2.3 반도체 Lattice (격자구조) 1.2.4 Miller Indices (밀러지수) 1.3 Crystal Growth 1.3.1 Ultrapure Si를 얻는 방법 1.3.2 Single Crystal (단결정) 형성 1.4 Summary Sung Kyun Kwan Univ. School of Electrical, Electronic & Computer Engineering New Materials and Device Laboratary Tel) 0331-290-7139, Fax) 0331-290-7179, e-mail) yi@yurim.skku.ac.kr

반도체공학 수업목표 : 반도체물성에 관한 전반적인 이해를 바탕으로 반도체를 이용한 device인 p-n junction diode, Optoelectronics, FET 소자들의 물리적, 전기적 및 광학적인 성질을 이해하고 그 응용을 배운다. 수업진행방법 : 교과서를 중심으로 교수의 강의, 시각적 효과와 학생의 이해를 돕기 위한 대형 LCD Screen 강의를 병행한다. Text: R. F. Pierret, "Semiconductor Device Fundamentals", Addison-Wesley Ref: B Anderson & R. Anderson, “Fundamentals of Semiconductor Devices, McGraw Hill, 2005 학수번호 : ECE2006 - 47 응용분야 : 전기전자소자, LD, PD, LCD, LED, 전자재료, 반도체 소자, ASIC, 신소재 등 취업분야 : 상기응용분야 관련 업체 담당교수 : 이경식 교수 문의 :이경식 교수 연구실(20229), kslee@ece.skku.ac.kr, 구내전화 : 7113

General Introduction 이 책을 쓸 때쯤 "정보 초고속도로"에 대한 매체들의 상당한 토론이 있었다. 정보교통의 근간인 두 점간의 실제적 연결, 즉 제시된 정보 초고속도로는 광 케이블이다. 이 책의 주제와도 관련되는 정보 초고속도로에서 정보를 삽입하고 추출하는 on/off 연결은 반도체 디바이스로 만들어진다. 정보를 프로세스하고 사람과 정보를 교환할 수 있게 해주는 교통정리는 컴퓨터에 의해서 행해진다. CPU 메모리와 컴퓨터 내의 대부분의 소자들 역시 반도체 디바이스이다. 현대는 자동차에서 세탁기에 이르기까지 거의 모든 시스템에 반도체 디바이스들이 관여되어 있다. Sung Kyun Kwan Univ. School of Electrical, Electronic & Computer Engineering New Materials and Device Laboratary Tel) 0331-290-7139, Fax) 0331-290-7179, e-mail) yi@yurim.skku.ac.kr

컴퓨터에 근거한 연습문제와 각장 끝(숙제) 문제들. 대부분의 chapter들에는 컴퓨터 사용이 요구되는 하나나 그 이상의 MATLAB에 기반한 문제들이 있다. MATLAB은 대부분의 컴퓨터 기종에서 동작되는 수학적 문제들을 푸는 소프트웨어 프로그램이다. 이 책과 관련된 모든 파일들을 구동시킬 수 있는, 저가의 학생용 MATLAB은 IBM 기종이나 매킨토시 양쪽 모두에서 유용하다. 연습문제 풀이가 제공되는 MATLAB 프로그램 답안은 지문에 열거되어 있다. 문제번호 앞의 작은 점으로 구분되는 컴퓨터에 기반한 문제들은 전체 문제 수의 25%에 달한다. 비록 다른 수학용 프로그램도 사용될 수 있으나, 컴퓨터에 기반한 문제들에 있어서는 MATLAB의 사용을 권한다. 나중 chapter들의 컴퓨터에 기반한 연습문제와 문제들은 MATLAB을 유능하게 다루어야할 뿐만 아니라 앞 chapter에서 개발된 문제들을 기반으로 하고 있다.

Resistivity or conductivity can be changed by 반도체 재료 Resistivity or conductivity can be changed by 1) temperature, 2) optical excitation, 3) impurity content

반도체 재료

고체: 강한 결합력 고체의 종류: Crystalline (결정질) – Crystals, 다이아몬드,수정 등 Polycrystalline (다 결정질) – 세라믹, 자기류 Amorphous (비결정질) - 유리,액정다이오드 Atom arrangement of the given material affect carrier transportation processes The properties of the periodic crystal lattice determine the allowed energies of electron which participate in the conduction process.

1.1.1 구성 표 1.1은 디바이스에 대한 책을 읽을 때 마주치게되는 반도체 소자의 원자구성을 열거하고 있다. 보다시피, 반도체 물질은 Si, Ge의 반도체와 GaAs와 ZnSe, 그리고 AlXGa1-XAs 합금과 같은 화합물 반도체를 포함한다. 진보된 제조기술의 대부분에의해 실리콘은 현재 시장을 점령하는 가장 중요한 반도체이다. 마이크로컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)와 요즘 자동차들의 점화모듈을 포함한 불연속 디바이스와 집적회로(IC)들은 이 물질에 의하여 만들어진다. 더 우수한 전자전송 성질과 특수한 광적 성질을 가지는 GaAs는 레이저 다이오드에서 고속ICs에 이르기까지 많이 응용되고 있다. 나머지 반도체들은 늘 고속, 고온, 광전자적 성질의 "niche"응용에 사용된다. 우리는 현재 가장 중요한 위치에 있는 Si에 대해 초점을 맞추어 서술할 것이다. 그러나, 가능하다면 GaAs를고려할 것이고, 다른 반도체들은 토의에 주로 나타날 것이다.

비록 반도체물질의 수가 아주 많기는 하지만, 표는 주로 총전자수와 원소의 가능한 결합에 제한된다. 표 1 비록 반도체물질의 수가 아주 많기는 하지만, 표는 주로 총전자수와 원소의 가능한 결합에 제한된다. 표 1.2의 원소에 대한 요약된 주기적 차트를 참고하면 단지 몇몇의 원소와 전자결합이 반도체물질에 사용됨을 알 수 있다. Ⅳ족-Ⅵ족 화합물을 제외하고 표 1.1에 열거되어있는 모든 반도체들은 주기율표의 Ⅳ족에 나타나는 원소로 구성되었거나 주기율표의 Ⅳ족 양쪽으로 똑같이 떨어져있는 원소의 구성으로 되어있다. Ⅲ족 원소인 Ga과 Ⅴ족 원소인 As를 합하여 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체인 GaAs가 만들어진다; Ⅱ족 원소인 Zn과 Ⅵ족 원소인 Se가 합해져 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체인 ZnSe가 만들어진다. Ⅲ족 Al과 Ga의 분수적 결합에 Ⅴ족 원소인 As가 합해져 AlXGa1-XAs의 합금 반도체가 만들어진다. 이 일반적 성질은 평균적으로 1개 원자당 4개의 가전자가 있는 반도체간의 화학적 결합과 관련되어 있다.

1.1.2 순도 "dopant"라고 불리는 불순물 원자의 아주 작은 개입도 반도체의 전기적 성질에 아주 큰 영향을 미칠 수 있다. 이러한 이유 때문에 반도체의 구성물질 순도는 아주 조심스럽게 조절되어야 만하며, 실제로 현재 반도체들은 가장 순수한 고체소자들이다. 예를 들어 실리콘에 있어서 의도치 않은 도펀트 원자의 개입은 대체로 109 의 Si당 한개의 원자 이하이다. 이 정도의 순도는 알래스카를 포함한 미국 전역에 50ft 마다 단풍나무를 심었다고 하자. 109 의 하나라는 불순물의 농도는 미국을 덮고있는 단풍나무 숲에서 25개의 야생 사과나무를 찾는 것과 마찬가지이다. 전술된 물질의 순도는 자연히 존재하는 불순물에 의한 것이며, 대체로 108 중 하나에서 103 중 하나의 불순물 정도를 갖는 도펀트 원자는 전기적 성질을 조절하기 위하여 의도적으로 부가된 것이다.

그림 1.1 원자 배열정도에 따른 고체의 일반적인 구분 (a) 무정형 - 개괄적으로 알아볼 수 없는 배열 (b) 다결정질 - 부분적으로 완전한 배열 (c) 결정질 - 원자가 정돈된 배열의 완전한 고체

1.1.3 구조 그림 1.1에서 고체내 원자의 배열은 3가지 큰 구분 무정형, 다결정질, 결정질이다. 무정형 고체란 물질내 원자들의 위치가 개괄적으로는 식별할 수 배열을 가지는 물질이다. 결정질 물질에서는 원자들이 3차원적으로 정돈되어 배열된다. 다결정질 고체는 다른것들과 뒤틀려있거나 어긋나있는 결정질의 부분들로 구성되어 있는 중간적인 경우이다. 무정형 실리콘박막 트랜지스터는 LCD에서 스위칭소자로서 사용되고; 다결정질 실리콘게이트는 MOSFET에서 사용된다. 그러나, 디바이스의 대부분에서 디바이스의 능동 영역은 결정질 반도체에 의해 만들어진다. 오늘날 만들어지는 디바이스의 절대다수는 결정질 반도체를 이용한다.

1.2 결정 구조 현재 사용되는 반도체들은 보통 결정질이므로 결정상태에 대한 부가적인 정보를 살펴보는 것이 좋을 듯하다. 여기서 우리의 주된 목적은 대표적인 반도체 내에서 좀 더 상세한 원자 배열의 모습을 보이는 것이다. 그러기 위해서, 우리는 먼저 결정에 있어서 원자들의 공간적 위치를 어떻게 표시하는가에 대해 알아본다. 다음에는 반도체 격자구조 자체에 들어가기 전에 간단한 3차원 격자구조(원자배열)를 시각화하는 약간의 연습이 제공된다. 그리고 밀러지수에 관련된 주제로 도입부를 마친다. 밀러지수는 결정내의 특수한 평면과 방향을 구분하는데 널리 사용되는 편리한 표시이다.

1.2.1 단위 셀 개념 간단히 말해서 단위셀은 결정을 복원해 낼 수 있는 결정의 조그만 조각이다. 단위 셀 개념 을 이해하기 위해서 그림 1.2(a)에 보이는 2차원의 격자구조를 생각해보자. 이 격자구조를 표현하거나 이 격자의 물리적 특성을 규명하기 위해서는 그림 1.2(b)의 단위 셀만 보이면 된다. 그림 1.2(c)에 제시된 것과 같이 단위 셀을 복사하여 규칙적으로 쌓아 올리기만 하면 원래의 격자를 만들어 낼 수 있다. 단위 셀을 다루는데 있어서 다음의 두 가지에 대한 오해와 혼동이 종종 발생한다. 첫째는 단위 셀이 유일한 것이 아니라는 것이다. 그림 1.2(a)의 원래 격자를 규명함에 있어서 그림 1.2(b)의 단위 셀이 쓰일 수도 있고, 그림 1.2(d)의 단위 셀이 쓰여도 무방하다. 둘째는 단위 셀이 반드시 기본 셀(가능한 최소의 셀)일 필요는 없다는 것이다. 실제로 직교하지 않는 면의 기본 셀대신 직교하는 약간 더 큰 단위 셀을 선택하는 것이 더 유리하다. 이것은 특히 표현하고 시각화하기가 어려운 비입방체의 3차원에 대하여 그러하다.

공간격자(space lattice)의 구조 고체를 구성하는 원자나 분자를 한점 으로 나타내어, 점과 점을 연결하여 그린 모습을 공간격자라고 한다. 여기서 격자점(lattice point)간을 연결한 선을 격자(lattice)라하고, 격자점 간격이 격자상수 (lattice constant)이다. 그리고, 주기적으로 나타나는 최소 단위 체적을 단위격자(unit cell)라고 하며, uint 셀을 형성 하는 좌표 벡터가 기저벡터(basis vector)이고, 격자를 반복 형성 할 수 있는 최소의 단위 셀이 primitive 셀이다.

1.2.2 3차원 단위 셀들 반도체 결정은 3차원이며, 3차원 단위 셀로서 표현된다. 그림 1.3(b)에서 단순입방 단위 셀의 3차원 모습을 볼 수 있다. 단순입방 셀은 원자가 정육면체의 각 꼭지점에 위치한 등면체, 혹은 정육면체이다. 이 셀과 관련된 단순입방 격자구조는 평행한 2차원으로부터 그릴 수 있다. 그림 1.3(b)에 보이듯이 실제로 꼭지점의 원자는 1/8만이 셀안에 존재하는 것임을 유의 해야 한다. 그림 1.3(b)를 복사하여 블록처럼 쌓으면 간단한 단순입방 격자구조를 만들 수 있다. 이 과정에서 그림 1.2(a)에서 보이는 원자들의 면들이 완성된다. 밑면에 평행한 원자들 의 평면은 단위 셀의 옆길이, 혹은 격자상수 a만큼씩 각각 떨어져 있다. 밑면에 수직한 방향에서 볼 때 주어진 면의 원자들은 더 낮은 면들의 원자들 바로 위에 위치하게 된다.

점, 면,방향의 표시 1. 점 - 단위격자 각 변의 길이를 단위로 좌표를 표시한다. 예) 000; 1. 점 - 단위격자 각 변의 길이를 단위로 좌표를 표시한다. 예) 000; 2. 면 - 좌표 역수의 정수배(Miller index) 로써 표시하며, ( ) 기호를 사용. 예) (000),(222) 3. 방향-결정축의 방향은 좌표의 원점을 통과하고 그 결정면을 수직으로 끊는 방향이며, [ ]기호를 사용. 예) [000], [111]

그림 1. 3(c)와 1. 3(d)는 좀 더 복잡하긴 하지만 단순입방 셀과 아주 깊이 관련되는 3차원 셀을 보여준다. 그림 1 그림 1.3(c)와 1.3(d)는 좀 더 복잡하긴 하지만 단순입방 셀과 아주 깊이 관련되는 3차원 셀을 보여준다. 그림 1.3(c)의 단위 셀은 입방체의 중심에 하나의 원자가 더 추가된 모습이다; 이 구조가 체심입방이라 불린다. 그림 1.3(d)의 면심입방체는 각 꼭지점의 원자들에 입방체의 각면에 하나의 원자씩 덧붙여진 것이다. (그러나, 각면들의 부가된 원자들의 반만이 면심입방 단위셀 내에 놓여있음을 유의하라.) 단순입방 셀이 하나의 원자만을 (1/8원자씩 8개의 꼭지점에) 포함하는 반면에, 좀 더 복잡한 체심입방과 면심입방 단위 셀들은 각각 2개와 4개의 원자들을 포함하게 된다. 독자는 이 사실을 증명하고, 체심입방과 면심입방 셀들에 관련된 격자들을 시각화 해야 할 것이다.

1.2.3 반도체 격자구조 이제 우리는 대표적인 반도체 내의 원자위치에 관계된 자세한 정보를 볼 준비가 되었다. 실리콘(그리고 게르마늄) 격자구조는 그림 1.4(a)의 단위 셀로서 표현된다. 그림 1.4(a)의 정렬은 Ⅳ족의 원소인 탄소의 형태인 다이아몬드를 대표하는 다이아몬드 격자구조의 단위 셀로서 알려져있다. 다이아몬드 격자구조의 단위 셀을 살펴보면 그 셀이 각 꼭지점과 입방체의 각면에 원자들을 가진 면심입방 단위 셀과 비슷한 입방체라는 것을 알게 된다. 그림 1.4 (a) 다이아몬드 격자구조 단위 셀 (b) 섬아연광 격자구조 단위 셀(설명을 위해 GaAs가 사용되었다.) (c) 구조내에서 가장 가까운 4개의 이웃한 결합을 보여주는 (a)의 다이아몬드 격자구조의 윗쪽 꼭지점이 확대된 모습.

Diamond lattice unit cell:Si, Ge Zinc-blende lattice unit cell: Ga(4개)As(4개), InP

셀의 내부는 4개의 부가적 원자들을 포함한다. 내부의 원자들 중 하나는 입방체에서 앞쪽 위의 왼쪽 점으로부터 뻗은 대각선 상에 정확히 1/4길이만큼 떨어져 위치하고 있다. 나머지 3개의 내부에 위치한 원자들은 앞서 말한 대각선의 방향으로 대각선의 1/4만큼 떨어져 각각 위치되어 있다. 비록 그림 1.4(a)로 부터 시각화하기는 어렵지만 단지 두 개의 투명한 면심입방 격자로서 표현될 수 있다. 완전히 단위 셀안에 포함된 원자들이 두 번째 면심입방 격자에 속하는 반면 단위 셀의 꼭지점과 면의 원자들은 첫 번째 면심입방 격자에 속하는 것으로 간주될 수 있다. 두 번째 격자는 첫 번째 격자구조의 대각선 방향을 따라 대각선의 1/4만큼 떨어져 위치하고 있다.

GaAs를 포함한 대부분의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체들은 Zincblende (섬아연광) 구조로 결정화한다. 그림 1 GaAs를 포함한 대부분의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체들은 Zincblende (섬아연광) 구조로 결정화한다. 그림 1.4(b)에 보이는 GaAs의 단위격자로 표시되는 섬아연광격자는 두 개의 다른 원자들 사이에서 동일하게 배분되어있다는 점만을 제외하곤 다이아몬드 격자구조와 정확히 일치한다. 갈륨(Ga)이 투과된 두 개의 면심입방 하위격자 중 하나를 차지하고 있으며, 비소(As)는 또 다른 면심입방 하위격자에 위치하고 있다. 단위 셀 형식의 사용을 설명하는 대표적이고 쉬운 응용은 기하학적 계산이다. 예를 들면 상온의 실리콘에 있어서 단위 셀의 모서리 길이(a)는 5.43Å(단 1Å = 10-8cm)이다. 실리콘은 단위 셀당 8개의 실리콘 원자들이 있고, 단위 셀의 부피가 a3 이므로 실리콘 격자 안에는 8/a3 또는 약 5×1022 atoms/cm3개 의 원자들이 있다.

문제 : 실리콘의 격자 상수 혹은 단위 셀 모서리 길이가 a = 5.43 × 10-8cm이라면 하나의 실리콘 원자 중심으로부터 이웃한 원자의 중심까지의 거리(d)는 얼마인가? 풀이 : 그림 1.4의 설명에도 나와있듯이 실리콘 단위 셀의.윗쪽 앞의 꼭지점에 있는 원자와 대각선을 따라 1/4만큼 아래로 떨어진 원자가 가장 가까운 이웃한 원자이다. 입방체의 대각선이 모서리 길이의 배와 같으므로 d = (1/4)a = (/4)(5.43 × 10-8cm) = 2.35 ×10-8cm

단위셀당 원자수: 1(모서리:8x(1/8)) + 3(각면6x(1/2))=4 Ex 1. FCC 구조의 충전 비율을 구하라 8개의 단위셀 모서리는 한구의 1/8차지 6개의 면중심에 위치한 구는 1/2차지 단위셀당 원자수: 1(모서리:8x(1/8)) + 3(각면6x(1/2))=4 가장 근접된 옆 원자와의 거리=1/2(a ) 각 원자의 반지름 =1/4(a ) 각원자의 체적 = 최대 셀 충전비율

1.2.4 Miller Indices (밀러지수) 보통 디바이스 제작에 쓰이는 단결정의 실리콘은 그림 1.5와 같이 가늘고 둥근 형태이다. Si 웨이퍼로 더 잘 알려져 있는 그림과 같은 접시모양 단결정은 대부분의 제조회사들에서 현재 사용되는 전형적인 초기 기판이다. 여기서 우리가 관심있게 보아야 할 것은 웨이퍼의 표면이 특별한 결정학적 평면을 따라 조심스럽게 방향지워져 있다는 것이다. 더욱이 "flat"이나 "notch"가 기준되는 방향을 잡기위해 표면내에서 웨이퍼 끝을 따라 갈려져 있다. 특수한 디바이스 프로세스과정에 있어서 정확한 표면의 방향성이 중요하며, 많은 수의 디바이스에 있어서 그 성질에 직접적으로 영향을 미친다. flat과 notch는 예를 들면 웨이퍼위의 디바이스 배열을 방향지움으로써 디바이스 분리공정의 효율을 높여 줄 수 있다.

그림 1. 5 대부분의 디바이스 제조회사에서 현재 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼의 전형적인 초기기판 그림 1.5 대부분의 디바이스 제조회사에서 현재 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼의 전형적인 초기기판. 750mm(6inch)와 200mm(8inch) 웨이퍼가 각각 0.625mm와 0.725mm 두께를 갖는다. 무결점의 거울같은 마무리를 위해 앞면은 폴리싱되고, 에칭되었다. 이 그림은 (100)평면과 [611]방향을 예로들은 밀러지수가 활용되는 모습이다.

1. 단위 셀의 모서리를 따라 좌표계를 구성한 다음 표시될 평면이 축들의 어느 곳을 가로지르는지 확인한다 1. 단위 셀의 모서리를 따라 좌표계를 구성한 다음 표시될 평면이 축들의 어느 곳을 가로지르는지 확인한다. 교차된 값을 각 좌표계 축 방향의 단위 셀 길이로 나누어주어 표준화된 결과의 교차값을 x, y, z의 순으로 기록한다. 2. 교차값을 뒤집는다; 즉 1/교차값의 형태이다. 3. 적당한 수를 곱하여 1/교차값들을 가능한 최소 정수의 집합형태로 변환한다. 4. 정수집합을 둥근괄호에 넣는다. 1, 2, 3 1, 1/2, 1/3 6, 3, 2 (632)

평면 표시과정. (ⅰ) 표시될 평면이 좌표축과 평행하다면 그 축을 따른 교차점은 무한대가 될 것이다. 따라서 예를 들면 그림 1.6(b)에 나타난 축과의 교차점은 ∞, ∞, 1이 되고, 그러므로 (001)평면 이다. (ⅱ) 표시될 평면이 좌표축의 음의 방향과 교차하게되면 -표시는 상응하는 지수의 위에 놓이게 된다. 그러므로 그림 1.6(c)에서 평면은 (221)로 나타난다. (ⅲ) 결정의 대칭성 때문에 동일한 (100), (010), (001), (100), (010), 그리고 (001)평면을 구분하는 것이 불가능하다; 또는 {100}평면들 끼리의 구분이 불가능하다. 밀러지수의 표시에서 동일한 평면들의 집단은 { }를 사용하여 표시한다. (ⅳ) 밀러지수는 원래의 좌표계를 지나는 평면은 만들 수 없다. 좌표계의 중심은 표시될 평면 상에 있어서는 안되며 격자위치로 바뀌어져야 한다. 평행한 평면의 동일한 성격에 의해 이 과정이 가능하다.

문제 : 입방체 결정격자에 있어서 (a) 그림 1.4(a)에 보이는 평면과 방향벡터에 대해 밀러지수를 결정하라. (b) (011)과 [011]로 표시되는 각각의 평면과 방향벡터를 그려라. 풀이 : x, y, z 좌표축을 자르는 평면과의 교차점은 -1, 1, 2이다. [1/교차점]의 과정을 거치면 -1, 1, 1/2가 된다. 구할 수 있는 최소정수를 만들기위해 2를 곱하고, 괄호안에 넣으면 평면에대한 밀러지수 (221) 이 나타난다. 방향벡터는 x, y, z 좌표축 각각에 대해 2a, a, 0의 진행을 가진다. 그러면 이 방향에 대한 밀러지수는 [210] (b) (011)평면에 있어서 [1/교차점]은 0, 1, 1,이 된다. 그러므로 정규화된 평면의 교차점은 ∞, 1, 1 이 된다; 평면은 y축의 a점과 z축의 a점과 교차하고 x축과 평행하다. 입방체에 있어서 [011]방향은 (011)평면에 수직하게 된다. 추론된 평면과 방향이 그림 E1.4(b)에 나와있다.

1.3 결정성장 1.3.1 Ultrapure Si 추출 1.3.2 Single crystal formation (단결정형성) 하나의 요소로 단독으로 존재 안함. Silica (불순물 Sio2) 나 Silicate (Si+O+다른 원소)로는 존재함. (2) 추출 Process: 1. 전기로에서 실리카를 탄소와 가열하여 저급의 실리콘이나 페로실리콘 추출. 2. 염소처리하여 SiCl4 를 만듬. 3. 여러 차례의 증류과정을 통해서 ultrapure SiCl4 추출. 4. 수소환경하에서 SiCl4 를 가열하여 ultrapure Si 추출 (SiCl4 +2H2 = 4HCl+Si) 1.3.2 Single crystal formation (단결정형성) (1) 위에서 추출된 ultrapure Si는 polycrystalline. 따라서 부가적인 방법이 필요함. (2) 큰 Si 단결정을 형성하는데 Czochralski (쵸크랄스키) 방법을 가장 많이 사용함. (3) Czochralski 방법: 1. 석영도가니에서 ultrapure polycrystalline Si 을 녹인다. 2. 미리 정해진 방향으로 정렬된 작은 단결정 (Si seed)을 금속막대에 고정하여 액체에 담금. 3. 열적평형상태에서 seed 주변의 용융체(melts) 온도가 떨어지게 되고, 용융체로부터 Si이 Seed에 얼어 붙으면서 구조적으로 seed 와 동일하게 된다. 4. 이어서 Seed 결정을 회전하면서 melts로 부터 끌어 올리게 되면 seed 밑에 더욱 더 많은 Si 단결정이 얻어지게 된다. 5. 보통, 지름 = 200mm (8 inch), 길이 = 1~2 m

. 반도체의 결정성장 Wafer(Bulk): Bridgman, Czochralski, and Float zone method 반도체의 결정성장 Wafer(Bulk): Bridgman, Czochralski, and Float zone method Thick and thin Film: CVD, LPE, MBE, Sputter, Laser Cz method

Fullman Company clients like MEMC and Mitsubishi Materials Silicon create raw polycrystalline silicon by mixing refined trichlorosilane with hydrogen gas in a reaction furnace and allowing the poly- silicon to grow on the surface of electrically heated tantalum hollow metal wicks.

1.4 요약 이 장은 반도체에 대한, 특히 실리콘에 대한 일반적인 기초 지식을 담고 있다. 반도체의 기본적인 구성을 살펴보면 평균적으로 한 원자당 4개의 가전자들이 있다는 것을 알게 된다. 더욱이 디바이스용의 반도체는 전형적으로 고순도를 갖는 단결정이다. 실리콘은 Diamond lattice (다이아몬드 격자구조) 이고, GaAs는 Zincblende lattice (섬아연광 격자구조)이며, 이 두 경우에 있어서 격자원자들은 4개의 이웃한 원자들을 가진다. 결정구조에 대한 설명에 소개된 Miller Indices (밀러지수) 는 결정내 평면들과 방향들을 구분하는데 사용된다. 마지막으로 디바이스 등급 실리콘의 큰 단결정은 보통 Czochralski Method (쵸크랄스키법) 으로 생성된다.