안녕 개드리퍼들! 나는 반도체 관련 학과에서 박사과정을 밟고있는 대학원 노예야!
이 글을 쓰게 된건, 정작 나도 화공과 출신이라 반도체의 기본에 대해서 약한데 생각보다 반도체의 기본이 흔들리는 사람들이 많더라고!
그래서 나 자신의 공부 겸 개드리퍼들에게 도움이 될까 해서 이 글을 쓰게 되었어.
나는 반도체의 시작부터 기본적인 공정까지 쭉 정리하며 쓸 예정이야. 매일 공부하고 쓰면 좋겠지만 본업(노예업무)도 있고 하니 일주일에 한 번 정도 올리려고.
이 글은 기본적으로 고등학교 화학을 알고있는 대학 학부생을 대상으로 쓰고 있지만, 최대한 쉽게 설명하려고 노력했어.
이 글을 읽고 있는 개드리퍼가 누구든 간에 도움이 되는 글이였음 좋겠어!
그럼 반도체 대학원생이 들려주는 반도체 이야기, 시작합니다.
글 읽기 싫어하는 개드리퍼들을 위한 오늘의 3줄 요약:
1) 반도체는 조건에 따라 전류가 흐르기도 하고 흐르지 않기도 하는 물질이다.
2) 이런 특성은 반도체의 밴드갭이 애매하게 작기 때문에 일어나는 일이다.
3) 컴퓨터의 0/1 (On/Off) 와 맞물려 정보통신에서 필수적인 부품이 되었다.
0. 그래서 반도체가 뭔데? - 반도체란 무엇인가, 그리고 밴드갭이란 무엇인가?
<반도체 하면 주로 떠오르는 이미지>
우리 모두 일상 생활속에서 반도체라는 단어를 많이 쓰지만 반도체가 무엇인지, 무엇이 달라서 반도체를 그렇게 주목하게 되는지 제대로 알고 있는 사람은 생각보다 드물어. 반도체라는 것의 의미가 생각보다 불분명하거든. 오죽하면 반도체에 대해서 이야기 할 때 나는 제일 먼저 ‘반도체가 뭐에요?’라고 묻곤 해. 이 반도체에 대해 이야기하려면 우선 전기가 흐르는 것이 무엇인지에 대해 이야기해야 돼.
1) 전류는 전자의 일정한 방향으로의 움직임
<전류와 전자의 움직임간의 관계 (출처: https://onuii.com/QA_detail?qn=454373)>
전기가 흐른다, 즉 전류란 전자의 움직임을 뜻해. 일반적인 상황에서도 전자는 항상 움직이고 있지만, 전자가 움직이는 방향이 무질서하기 때문에 어느 한 쪽이 더 큰 전하값을 갖거나 하는 일은 없어 (화학에서는 순간적인 전하값 차이를 쌍극자 모멘트라고 표현하기도 하는데, 여기서는 무시하도록 하자.) 무질서하게 전자가 움직이는 회로에 전압이 걸리게 되면 (-)를 띄는 전극과 (+)를 띄는 전극이 생기게 되고 전자는 일정한 방향으로 움직이게 돼. 이 전자의 움직임의 반대 방향을 전류의 방향이라 하지. 즉, 전자가 일정한 방향으로 움직여야 전류가 발생하게 되는 거야.
2) 반도체란? - 밴드 구조의 시작
초등학교 때 열심히 과학 수업을 들었던 친구들이라면 도체/부도체(절연체)에 대해서 ‘전기가 통하면 도체, 통하지 않으면 부도체’라고 배웠을 거야. 이건 반은 맞고 반은 틀린 말이야. 엄밀하게 말하자면 ‘도체는 전기전도도가 매우 큰 물질, 부도체는 전기전도도가 매우 작은 물질’이라 표현할 수 있어. 반도체는 도체와 부도체 사이, 전기전도도가 애매한 물질이고.
이와 같이 물질에 따라 전기전도도가 달라지는 이유는 원자 내 전자에 있어. 위에서 언급했듯 전류가 흐르기 위해서는 전자가 움직여야 되고, 이 말은 전류가 흐르는 물질은 원자 간 자유롭게 움직일 수 있는 전자가 있다는 말과도 동일해. 전자는 원자핵에 의해 붙잡혀 있기 때문에 자유롭게 움직일 수 없지만, 일부 에너지를 받은 전자들이 원자핵의 인력을 깨고 자유롭게 움직일 수 있게 되지. 이 고에너지 전자들은 전압이 가해지면 일정한 방향으로 움직이고 전류가 흐르게 돼.
<부도체, 반도체, 도체의 밴드갭 구조>
무슨 말인지 이해가 되지 않을거야. 위의 그림을 보면서 이야기를 해보자.
위 그림은 부도체, 반도체, 도체의 ‘밴드 구조’라는 것을 그린 그림이야. 이 밴드 구조에서는 위로 올라갈수록 높은 에너지를 가지고 있음을 뜻해.
밑에 주황색 박스(밸런스 밴드)는 전자가 원자핵에 묶여 있는 영역이고, 위의 비어 있는 박스(컨덕션 밴드)는 전자가 자유롭게 움직이면서 전류를 흐르게 할 수 있는 영역이야. 만약 어떤 물질이 전류가 흐르기 위해서는 밸런스 밴드에 있던 전자가 에너지를 받아 컨덕션 밴드로 이동하고, 이 전자가 회로를 따라 움직임으로서 전류가 흐르게 되는 거지.
오른쪽 도체의 경우에는 이미 밸런스 밴드(전자가 기본적으로 가지고 있는 에너지) 영역과 컨덕션 밴드(전자가 움직여 전류가 흐르게 하기 위한 에너지) 영역이 겹쳐있어. 즉, 도체는 별도로 에너지를 주지 않더라도 이미 전자가 자유롭게 움직일 수 있어서 전기전도도가 매우 높다는 거지. 주변에 금속 물질들이 전기가 잘 통하는 것만 봐도 납득할 수 있어.
왼쪽 부도체의 경우는 밸런스 밴드와 컨덕션 밴드간 간격, 밴드갭이 상당히 커. 부도체 물질이라고 전류가 흐르지 않는 것은 아니지만, 전류가 흐르기 위해서는 밸런스 밴드와 컨덕션 밴드 사이 간격인 밴드갭 이상의 에너지를 주어야만 전류가 흐를 수 있다는 거지. 우리가 항상 이야기하는 절연 물질들이 이와 같이 밴드갭이 큰 물질이야.
그러면 우리가 이야기하고자 하는 반도체는 어떨까? 반도체는 애매한 크기 (실리콘의 경우 약 1.2 eV) 의 밴드갭을 가지고 있어. 그렇기 때문에 마찬가지로 애매한 전기전도도를 가지고 있지. 반도체 물질이나 나중에 언급할 도핑 등으로 전기전도도를 조절할 수 있지만, 전기회로나 절연 물질로도 쓰기 애매한 전기전도도를 가지고 있어.
3) 반도체는 왜 쓰는가? - 컴퓨터와 반도체의 관계
<반도체의 핵심 물질인 실리콘의 원료. 돌덩이에 불과하다.>
그럼 이렇게 애매한 전기전도도를 가진 반도체 물질을 대체 왜 쓰는 걸까? 실리콘의 원료가 되는 규소는 지각에서 무게로 27.7%를 차지하고 있는 물질로, 모래나 돌덩이가 이 규소로 만들어진 물질이야. 1900년대까지만 해도 아예 관심도 없던 이 규소를 왜 갑자기 반도체 물질로 쓰기 시작한 걸까?
그 이유는 바로 컴퓨터의 발명에 있어. 너희들도 알다시피 컴퓨터는 0과 1, On 과 Off 를 이용하여 연산을 진행해. 그렇기 때문에 이전에는 전기가 흐르는 도체나 아예 막아주는 부도체와는 달리, 조건에 따라 전류가 흘렀다 멈췄다 하는 물질이 필요하게 된거지. 이에 전기전도도 조절이 가능할 뿐만 아니라 조그마한 전압 차이에도 전류가 흘렀다 멈췄다 조절할 수 있는 반도체 물질이 각광받게 되었고, 지금과 같이 반도체 시장이 폭발적으로 성장하게 된거지. 즉, 반도체 물질의
1) 전류가 흐르지 않다가도 조금만 전압을 가하면 전류가 흐르기 시작함
2) 전기전도도 조절이 가능해 원하는 정도의 전류를 흐르게 할 수 있음
이 두 가지 특성이 반도체가 정보통신산업의 핵심 소재가 될 수 있게 해 준 거지.
그럼 대체, 어떻게 전기전도도 조절이 가능하고, 이를 어떻게 활용했기에 전원을 자유자제로 On/Off 를 할 수 있는 걸까?!
이는 다음 시간에 알아보자 :)
처음 쓰는 글이라 익숙치도 않고, 워드에 작성했다가 옮겨적어서 양식도 중간에 조금씩 바뀌었네. 점점 더 발전할 거라 생각하고 봐줬으면 해!!
우선 앞으로 쓸 글의 목차는 다음과 같아.
1. 전기전도도 조절 - 도핑
2. 반도체 소자의 기본 - FET
3. LED 의 원리는?
4. 각 공정간의 설명
혹시 이 글을 읽으면서 궁금한 점이나, 앞으로 다뤄주었음 하는 사항에 대해서도 말해줬음 좋겠어!!
그럼 대학원생은 이만 들어가볼게. 모두들 안녕~
거참말많네
지금 쓰는 반도체 개념이 우와 ㅈ 되네 쩐다 이래도 생각보다 과거에 정립되었음
개 똑똑한 양반들이야 하
년차대학원생
세상은 똑똑한 천재 한 명에 의해 돌아간다는 말이 맞는듯
시작하는사람
되돼되돼되
년차대학원생
다만 -편협된 회사 풀(갈수있는 회사가 생각보다 없다) -반도체 특성상 교대근무가 필수적 -(특히 박사이상의 경우) 빠르게 변하는 지식으로 직업 수명이 길지않음 이라는 단점잎있어
죽죽
단점 - 취직하면 공부할 시간 없음. 대기업에 노동력 빨린다고 보면됨. 그래서 철지나면 꼰대 되고 윗직급에서 이래라 저래라 하는 사람 됨.
장점 - 그만큼 돈 잘 받아서 미리 좀 모아놓고 여유롭고 편한 꼰대에 진입할 수 있음. 수명은 길지 않지만 적당한 때까지 안정적으로 주어진 수명 누리다 나올 수 있음.
숨겨진 단점 - 너 말고 니 가족이 행복함. 너는 피곤함.
보직간호장교군영관리
시작하는사람
년차대학원생
그냥해본거임
년차대학원생
결론부터 말하면 '고무의 경우 고압을 가하면 전류가 순간적으로 흐르나 바로 타버린다' 라 할 수 있어.
절연체도 밴드갭 이상의 에너지를 주게 되면 전류가 흐르게 되어있어. 오히려 고압을 줘야 한다는 특성으로 인해 다이아몬드 같이 절연체로 생각하고 있던 물질을 사용하기도 하거든.
그런데 고압 또는 고전류가 흐르게 되면 회로에 열이 나는 등 부차적인 현상이 발생하고, 이게 심해지면 회로가 타버리기도 해. 고무가 이 케이스인데, 고압을 가하면 전류는 흐르지만 너무 쉽게 타버려서 회로로는 사용할 수 없어.
년차대학원생
내 생각엔 언젠간 우리나라를 따라잡을 수 있을거라 생각해. 워낙 인력,인재를 갈아넣는 데에 능한데다가 정부 차원에서 지원이 엄청나거든. 다만 우리나라에서는 아예 넘보지 못할 새로운 기술로 승부보고 있는 만큼, 한동안은 그렇게 쉽게 따라잡히진 않을 것이라 생각해.
2a9qo3vm3
그 과정에서 불이나거나 폭발하는데 절연파괴라고 한다 검색 ㄱㄱ
별거아닌데그만들싸워
츤데레 용개쨩
valence band가 heavy hole, light hole, split off hole 등이 있는걸로 아는데
conduction band도 valence band 처럼 종류가 여러개 있어?
년차대학원생
Conduction band에 대해서는 나도 정확히 배운 바는 없어. 하지만 내 생각엔 없을 거라고 생각해. Hole의 경우는 필연적으로 lattice에 대해 고려해야하지만(hole이 lattice 중간중간 빈자리로 찾아가야하니깐) electron 은 자유전자기 때문에 방향성의 영향을 받지 않거든. Heavy/light 등으로 나뉘는 이유를 생각해보면, 역으로 electron은 방향의존성이 없어서 hole처럼 나뉘지 않을 것이라 생각해!
즐거운칼퇴근
년차대학원생
보라뚱이
어디 대학원생이 감히 노예에 비비면서 슬쩍 같은급인척 들려고 하느냐는거지 헤헤
2a9qo3vm3
본인은 현재 반도체 생산라인 건설업에 종사중이다
구역 구분이 없는 배기/공조 설비 도면으로 생산장비위치 가늠이 되냐?
도면에 포토, 에치, CCSS, GCS, 패키지, 테스트존 구별이 안되어있고
캐미컬 공급라인이랑 장비레이아웃은 없는데 이런거에 보안이 살벌하게 걸려있어서 궁금해서 물어본다.
후학히
2a9qo3vm3
년차대학원생
무다구치렌야
리비아의 게롤트
년차대학원생
흰두루
년차대학원생
년전까지 멋쟁이
년차대학원생
아기찹쌀떡
년차대학원생
Erry
년차대학원생
미나린스키
년차대학원생
미나린스키
똥꼬맛생크림
년차대학원생
blitz
난 E직군 입사해서 1년 교대했는데 교대할 때가 더 좋았음ㅋㅋ
블루투스 너마저
물리과 출신이 반도체 회사에 갈 수있나 궁금함
전에 취업박람회에 중소 반도체회사 있길래 가니까 물리과에서 왜 오셨어요? 이러더라고....
blitz
우리 공채 동기 보면 반도체 아는 애들 별로 없었어ㅋㅋ 입사하고 배운거지.
리비아의 게롤트
ᅚᅚᅚᅚᅚᅚᅚᅚᅚᅚᅚᅚ
년차대학원생
예를들면 S사에서 구름 - H사에서 영입 - 중소반도체 영입 - 이런식으로
speedcore300
년차대학원생
척척박사
년차대학원생
무다구치렌야