금오공대 신소재 반도체공정 시험 정리

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문서 내 토픽

• 1. 반도체 재료

  Ge / Si Ge은 최초로 반도체에 사용한 물질로 Si보다 캐리어의 mobility가 높아 성질이 우수하지만, 성능이 금방 저하된다. Ge의 산화는 Si보다 빨라 산화로 인해 물질과 성질의 변형으로 오랜 사용이 불가능하므로 외부 요인에 의한 영향이 큰 Ge보다 Si을 사용하기 시작한 것이다. Si은 Ge보다 안정성이 좋아 표면에서 산소와 결합하여 SiO2층을 형성하여 성능이 꾸준히 유지 된다는 점과 흔하다는 장점이 있다. 또한, 전하 운반자 제어가 쉬워 도핑하기가 쉬우며 산소와 질소에 안정적이므로 기판 물질로 잘 쓰인다. 최근에는 Packaging 기술의 발달로 외부 습기의 차단이 가능해지면서 Ge 개발에 힘쓰고 있으며 Si 위에 Ge을 증착하는 방법이 고안되고 있다.

• 2. 반도체 구조

  반도체는 비어있는 전도대와 꽉 채워진 가전자대가 밴드갭 만큼 떨어져 있는 구조이다. 밴드갭이 부도체에 비해 작은 값을 갖기 때문에 열이나 광자와 같은 외부 에너지 입사 시 가전자대에서 전도대로 전자가 점프하여 자유전자를 형성하기 때문에 이 효과를 이용해서 외부 에너지를 활용해서 인간의 목적에 맞게 전기를 흐르게 할 수 있는 물질이다. 반도체는 전도성을 더 높이기 위해서 이온을 도핑하여 n형, p형 반도체를 형성하고 이를 접합시켜서 빛 방출, 스위치, 증폭 등의 기능을 가진 여러 반도체 소자의 형성이 가능하다.

• 3. 반도체 도핑

  반도체는 크게 진성반도체와 외인성 반도체로 구별된다. 진성반도체는 순물질로 규정될 수 있는 물질로 이루어진 반도체로 Si, Ge과 같은 물질로만 공유결합을 한 반도체를 말한다. 불순물을 첨가한 외인성 반도체는 주 캐리어가 양공인 P형 반도체와 주 캐리어가 전자인 N형 반도체로 나뉜다. 반도체의 도핑은 Diffusion과 Implantation 두 가지 방법으로 나뉜다. Diffusion은 이온을 고농도에서 저농도로 이동하는 확산의 법칙에 따라 이동한다. Implantation은 외부 에너지를 가하여 주는데 이온을 전기장, 자기장을 통해 가속하여 조절을 통해 위치와 침투 깊이를 원하는 위치에 위치시키는 방법이다.

• 4. 나노 기술

  Nano는 10 ^{-9} m이다. Scale이 점점 줄어들면서 나노 단위도 생기게 되었고 nano는 양자 효과가 나타나는 영역을 말하고 nano scale일 때 나타나는 특징은 quantum dot effect, size effect 등이 있다. 하지만 공정이 복잡하고 비용이 비싸다는 단점이 있다.

• 5. 결정 결함

  결정은 완전하지 않아 물리적, 기계적 성질에 영향을 주는 여러 가지 유형의 불완전함과 결함을 포함한다. 결함의 종류는 점, 선, 면 등 기하학적 모양과 배열에 따라 분류된다. 점 결함, 선 결함, 면 결함 등이 있으며 이러한 결함은 원자의 이동도, 전자전도도 등 재료의 중요한 공업적 성질에 영향을 미친다.

• 6. PN 접합

  PN junction이란 한 물질에 p형 반도체와 n형 반도체가 공존할 때 두 영역의 접합부이다. 접합 시 p형의 정공과 n형의 전자가 정전기적 인력으로 인해 접합부에 모이게 되고 재결합을 하면서 전기적 중성을 띄는 공핍 영역이 만들어진다. 동종 접합 homojunction은 동일 종류의 반도체 간의 접합이며 이종 접합 heterojunction은 다른 종류의 반도체 간의 접합이다.

• 7. 확산 이론

  Fick의 법칙은 확산 flux에 대한 법칙이다. Fick의 제 1법칙은 정상 상태에서의 확산으로 용질 원자 농도가 시간이 지남에 따라 변하지 않는 정상 상태에서 고농도에서 저농도로 이동하는 것을 말한다. Fick의 제 2법칙은 비정상 상태에서의 확산으로 용질 원자 농도가 시간의 흐름에 따라 증가하는 비정상 상태에서의 고농도에서 저농도로 확산하는 것을 말한다.

• 8. 에피택시

  Epitaxy(Epitaxial growth)는 결정 기판 위에 base 물질의 결정구조와 격자상수가 유사한 물질을 base 물질의 결정구조와 동일하게 증착하여 성장시키는 방법이다. homoepitaxy는 성장되는 결정이 기판 결정과 같은 물질이고 heteroepitaxy는 결정들이 기판과 유사한 격자 구조이지만 다른 결정이 성장하는 것이다.

• 9. 양자 우물

  Quantum well은 우물 모양으로 전자의 양자역학적 에너지 준위가 주위보다 낮은 구조로 nano size의 2차원적 평판 구조로 전자의 움직임이 2차원의 우물에 속박되어 전자의 에너지 준위가 양자화되는 것이다. 이 에너지 양자화 효과는 같은 물질에서 전기적 특성과 광 특성을 향상시키는 결과를 준다.

• 10. 반도체 공정

  반도체 공정에는 웨이퍼 제조, 산화, 포토, 식각, 이온 주입&박막 증착, 금속 배선, EDS, 패키징 등 8대 공정이 있다. 각 공정에서는 다양한 기술들이 사용되며 이를 통해 반도체 소자를 제작한다.

• 11. 반도체 패키징

  반도체 패키징 기술에는 와이어 본딩, 플립칩 본딩 등이 있다. 와이어 본딩은 미세한 금 선이나 알루미늄 선으로 반도체 칩의 알루미늄 전극과 리드를 접합하는 방법이고, 플립칩 본딩은 칩을 뒤집어 기판이나 다른 칩에 붙이는 기술이다. 또한 TSV, RDL, UBM 등의 기술을 이용한 적층 패키징 기술도 있다.

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• 1. 반도체 재료

  반도체 재료는 반도체 산업의 핵심 요소입니다. 실리콘, 게르마늄, 화합물 반도체 등 다양한 재료가 사용되며, 각각의 특성에 따라 적용 분야가 달라집니다. 반도체 재료는 전자 소자의 성능과 효율에 직접적인 영향을 미치므로, 새로운 재료 개발과 기존 재료의 특성 향상을 위한 지속적인 연구가 필요합니다. 또한 재료의 가격, 공급 안정성, 환경 친화성 등도 고려해야 합니다. 반도체 재료 기술의 발전은 반도체 산업의 미래를 결정할 것입니다.

• 2. 반도체 구조

  반도체 소자의 구조는 매우 복잡하며, 이는 소자의 성능과 기능에 직접적인 영향을 미칩니다. 트랜지스터, 다이오드, 집적 회로 등 다양한 반도체 소자들은 각자의 고유한 구조를 가지고 있습니다. 이러한 구조는 제조 공정과 설계 기술의 발전에 따라 지속적으로 진화하고 있습니다. 반도체 구조의 최적화는 소자의 크기 감소, 속도 향상, 전력 효율 개선 등을 가능하게 합니다. 따라서 반도체 구조에 대한 깊이 있는 이해와 혁신적인 설계 기술은 반도체 산업의 발전을 위해 매우 중요합니다.

• 3. 반도체 도핑

  반도체 도핑은 반도체 소자의 전기적 특성을 조절하는 핵심 기술입니다. 불순물을 의도적으로 첨가하여 반도체 물질의 전도성을 변화시키는 도핑 기술은 트랜지스터, 다이오드, 집적 회로 등 다양한 반도체 소자의 작동 원리에 기반이 됩니다. 도핑 기술의 발전은 반도체 소자의 성능 향상, 집적도 증가, 제조 공정 개선 등을 가능하게 합니다. 또한 최근에는 새로운 도핑 기술을 통해 반도체 물질의 특성을 더욱 정교하게 제어할 수 있게 되었습니다. 이러한 도핑 기술의 혁신은 반도체 산업의 지속적인 발전을 이끌 것으로 기대됩니다.

• 4. 나노 기술

  나노 기술은 반도체 산업에 혁신적인 변화를 가져오고 있습니다. 나노 스케일에서의 물질 제어 기술은 반도체 소자의 크기를 획기적으로 줄이고, 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 나노 트랜지스터, 나노 센서, 나노 메모리 등 다양한 나노 기반 반도체 소자들이 개발되고 있으며, 이를 통해 초소형, 초고속, 초저전력 전자 기기의 구현이 가능해지고 있습니다. 또한 나노 기술은 새로운 물질 합성, 나노 공정 기술 등 반도체 제조 기술의 발전에도 기여하고 있습니다. 향후 나노 기술의 지속적인 발전은 반도체 산업의 미래를 결정할 것으로 보입니다.

• 5. 결정 결함

  반도체 소자의 성능과 신뢰성은 결정 구조의 결함에 크게 의존합니다. 결정 내부의 격자 결함, 불순물 원자, 결정립계 등은 전자의 이동을 방해하고 소자의 특성을 저하시킬 수 있습니다. 따라서 결정 결함을 최소화하고 제어하는 기술은 반도체 산업에서 매우 중요합니다. 결정 성장 기술, 결함 분석 기술, 결함 제어 기술 등의 발전을 통해 고품질의 반도체 소자 제조가 가능해지고 있습니다. 향후 결정 결함에 대한 더욱 깊이 있는 이해와 혁신적인 해결 방안이 필요할 것으로 보입니다.

• 6. PN 접합

  PN 접합은 다이오드, 트랜지스터 등 대부분의 반도체 소자의 핵심 구조입니다. PN 접합에서 발생하는 전하 캐리어의 확산과 drift 현상은 반도체 소자의 작동 원리를 결정합니다. PN 접합의 특성을 정밀하게 제어하는 기술은 반도체 소자의 성능과 신뢰성을 높이는 데 필수적입니다. 최근에는 이종 접합, 양자 구조 등 새로운 형태의 PN 접합이 개발되어 반도체 소자의 성능을 더욱 향상시키고 있습니다. PN 접합에 대한 깊이 있는 이해와 혁신적인 설계 기술은 반도체 산업의 지속적인 발전을 위해 매우 중요할 것으로 보입니다.

• 7. 확산 이론

  반도체 소자의 제조 공정에서 확산 현상은 매우 중요한 역할을 합니다. 불순물 원자의 확산을 통해 PN 접합, 트랜지스터 채널 등의 구조를 형성할 수 있습니다. 확산 이론은 이러한 확산 현상을 수학적으로 모델링하고 예측할 수 있게 해줍니다. 확산 이론의 발전은 반도체 소자의 크기 축소, 공정 최적화, 신뢰성 향상 등에 기여해 왔습니다. 최근에는 나노 스케일에서의 확산 현상, 새로운 확산 메커니즘 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 확산 이론의 지속적인 발전은 반도체 제조 기술의 혁신을 이끌 것으로 기대됩니다.

• 8. 에피택시

  에피택시 기술은 반도체 소자 제조에 있어 매우 중요한 공정 기술입니다. 에피택시를 통해 단결정 박막을 성장시킬 수 있으며, 이는 트랜지스터, 집적 회로 등 다양한 반도체 소자의 핵심 구조를 형성하는 데 활용됩니다. 에피택시 기술의 발전은 반도체 소자의 성능과 신뢰성 향상, 집적도 증가, 제조 공정 개선 등에 기여해 왔습니다. 최근에는 원자층 수준의 정밀한 박막 성장, 새로운 에피택시 재료 개발, 에피택시 공정의 최적화 등을 통해 에피택시 기술이 지속적으로 발전하고 있습니다. 이러한 에피택시 기술의 혁신은 반도체 산업의 미래를 결정할 것으로 보입니다.

• 9. 양자 우물

  양자 우물은 반도체 나노 구조에서 발생하는 양자 효과를 활용하는 기술입니다. 양자 우물 구조에서는 전자의 에너지 준위가 양자화되어 새로운 물리적 특성이 나타납니다. 이러한 양자 효과를 활용하면 초고속 전자 소자, 양자 센서, 양자 컴퓨터 등 혁신적인 반도체 소자를 구현할 수 있습니다. 양자 우물 기술의 발전은 반도체 산업의 새로운 패러다임을 열어줄 것으로 기대됩니다. 하지만 아직 양자 우물 소자의 제조와 응용 기술이 초기 단계이므로, 지속적인 연구 개발이 필요할 것으로 보입니다.

• 10. 반도체 공정

  반도체 공정 기술은 반도체 소자 제조의 핵심입니다. 리소그래피, 증착, 식각, 도핑 등 다양한 공정 기술의 발전을 통해 반도체 소자의 크기가 지속적으로 축소되고 성능이 향상되어 왔습니다. 최근에는 극자외선 리소그래피, 원자층 증착, 플라즈마 식각 등 첨단 공정 기술이 개발되어 나노 스케일 반도체 소자 제조를 가능하게 하고 있습니다. 또한 공정 자동화, 공정 모니터링, 공정 최적화 등의 기술 발전으로 반도체 제조의 생산성과 수율이 크게 향상되고 있습니다. 반도체 공정 기술의 지속적인 혁신은 반도체 산업의 미래를 결정할 것입니다.

• 11. 반도체 패키징

  반도체 패키징 기술은 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하고 전기적 연결을 제공하는 핵심 기술입니다. 와이어 본딩, 플립 칩, 3D 적층 등 다양한 패키징 기술의 발전을 통해 반도체 소자의 크기와 두께가 지속적으로 감소하고 있습니다. 또한 고밀도 배선, 열 관리, 전자기 간섭 차폐 등 패키징 기술의 혁신으로 반도체 소자의 성능과 신뢰성이 크게 향상되고 있습니다. 최근에는 패키징과 회로 설계를 통합한 시스템 수준의 접근이 이루어지고 있습니다. 반도체 패키징 기술의 지속적인 발전은 반도체 산업의 미래를 결정할 것으로 보입니다.