7장 반도체 재료

7장 반도체 재료 2009년 1학기 송태권

CHAPTER 7 Semiconductor Materials 7.1 Introduction 7.2 Semiconducting Compounds 7.3 Other Semiconducting Compounds 7.4 Zone Refining 7.5 Crystal Growth 7.6 Junctions 7.7 Integrated Circuits

개 요 IV 족 원소는 모두 다이아몬드 구조 IV, III-V, II-VI 반도체 화합물은 sphalerite(Zinc blende) 혹은 wurtzite 구조.-다이아몬드 구조의 변형 여러가지 원자가(variable valence) - d band 반도체 소자 응용을 위해 고순도의 반도체 필요 단결정 성장: Czochralski, Bridgeman-Stockbarger 방법 p-n접합은 합금, 확산, 성장속도조절, 되녹임 방법으로 집적회로 공정: 확산, 산화, 광식각, 에칭, 증발 및 에피 증착

7.1 도 입 가장 널리 사용되는 반도체: Si, Ge - 다이아몬드 구조: 4가의 공유성 결합 결합이 강할수록 에너지 간극 증가 탄소도 1000oC 이상이면 고유반도체

7.2 반도성 화합물 SiC: 500oC 이상에서 고유 반도체 III-V 족 화합물 반도체

Zinc blende 구조 (섬아연광 구조)

고유반도체로 되는 온도 200oC 100oC 더 높은 온도 큰 에너지 간격 : 높은 온도에서 사용 가능한 반도체 소자(군사용) 고갈(공핍) 영역에서 반도체 소자의 동작이 유리: 동작 특성이 온도에 의존하지 않는다. 낮은 이온화 에너지를 갖는 불순물은 에너지 간극 증가

III-V 화합물에서는 주개와 받개 불순물의 종류가 다양하게 변화 GaAs에서 Ge를 첨가하면 p-형(As 치환)일 수도 n-형일 수도 있음(Ga 치환). 열처리 조건에 따라 화합물 반도체는 대체로 큰 이동도를 가지고 그러면 전도도가 커지므로 특성이 좋아짐.

7.3 기타의 화합물 반도체 II-VI 화합물: 절연체이자 반도체 CdS 2.45 eV Wurtzite CdSe 1.8 eV Wurtzite(섬유아연광) CdTe 1.45 eV Zinc blende(섬아연광) CdS는 에너지 간극이 가시광선영역 : 빛 측정계 PbS(0.37 eV), PbSe(0.27 eV), PbTe(0.33 eV) ; 전자기파(적외선) 측정계, 야간 투시기 PbTe: 열기전 물질 3원소 화합물: 고용체: 농도에 따라 에너지 간극 변화 MCT(MgCdTe) 적외선 측정계

산화물 반도체 ZnO: 3.3 eV 아연 증기에서 가열: interstitial: n-형 반도체 Cu2O: Cu 빼내기 : p-형 전이금속 산화물 : TiO 금속성 TiO2절연체 화학조성이 맞지 않으면 비고유 반도체의 성격 나르개의 이동도가 낮다. 방향성 탄화수소 : 긴 고분자 : 반도성

7.4 영역 정제 K ; 분포 혹은 분리 계수 불순물의 효과를 이용한 반도체 소자를 만들기 위해서는 우선 순수한 반도체가 필요. 비저항이 10-2Wcm인 n-형 반도체의 주개 밀도는 백만분의 1보다 작아야 됨. K가 1보다 작을 때 정제

고체에서는 확산이 일어나지 않고 액체에서는 빠른 확산에 의해 농도가 균일

* 뜬 영역 기법 (floating zone technique) 수직으로 바를 세움 도가니에 의한 오염을 줄인다.

7.5 결정 성장 낮은 핵 생성율과 높은 성장 속도 쵸크랄스키 방법

브릿지만 방법 0.1~1 cm/h

7.6 접합 doping : 불순물의 첨가 다수 나르개의 변화 페르미 준위의 변화 큰 주입 효율을 위해 에미터에는 많은 도핑 베이스에는 적은 도핑

7.7 집적회로 결정 성장, 극소 공작(micromachining), 식각, 진공 증착, 확산 기술

과제 마감: 2009년 5월 28일 DEFINITIONS 번역 Doping 문제 풀이: 7.16

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