Si wafer에 대해 알아보자!(실리콘 웨이퍼의 모든 것)

안녕하세요. 훈릴스입니다.

오늘은 제 Si wafer에 대해 알아보는 시간을 가져보고자 합니다. 조금은 난이도가 있는 부분이라 처음 보시면 어려우실 수도 있지만, 최대한 이해하기 쉽게 설명해보도록 하겠습니다!

 

Si wafer 어떻게 만들어지나요?

Si wafer는 반도체 기판으로 많이 사용되는 재료입니다. 보통 Czochralski method(쵸클라스키 방법)을 이용해서 Si wafer를 만드는데요. 쵸크랄스키 방법은 실리콘 웨이퍼를 용융상태에서 뽑아내는 방법입니다. 이러한 방법을 이용해서 순도가 높은 Si ingot을 만들 수 있는데요. Si ingot을 아래 그림과 같이 잘라내면 Si wafer가 만들어지는 것입니다.

 

출처 : 내머리

또한, 결정의 성장 방향이 일치하는 wafer를 만들 수 있는데요. 즉, Single crystal로 이루어진 Si wafer를 만들 수 있기에 우리는 czochralski method를 사용해서 Si wafer를 만들어내게 됩니다.

 

Si wafer를 왜 사용하는지 궁금하신 분들이 많을 것인데요. 그 이유는 바로 Si wafer가 반도체이기 때문이에요. 반도체라는 것은 뉴스에서 많이 보셨을테지만 정확한 정의는 다음과 같습니다.

 

도체 - 낮은 저항을 가지고 있는 것

부도체 - 높은 저항을 가지고 있는 것

반도체 - 도체도 될 수 있고 부도체도 될 수 있는 것

 

반도체는 보통 도체와 부도체의 중간 성질을 띄고 있는데요. 정확한 정의는 우리가 원할 때는 도체 또는 부도체로 만들 수 있는 것을 의미합니다.

 

부도체는 band gap energy가 무척이나 큰 특징을 가지고 있어요. band gap이라는 것을 말하기에 앞서서 가전자대와 전도대에 대해서 말씀을 먼저 알아야해요.

 

가전자대 - 전자 껍질의 최외각

전자대 - 전하의 흐름을 형성할 수 있는 밴드 대역

 

가전자대와 전자대의 에너지 준위 차이를 band gap이라고 하는데요. band gap에 따라서 부도체와 도체를 구분할 수도 있답니다. 주기율표에서 14족에 위치한 Si은 전자의 개수가 총 14개인데요. 여기서 4개가 가전자대에 위치하고 있어요. 3S1, 3P3 --> SP3이라는 혼합 오비탈을 형성해서 최외각 전자 4개는 Si 결합을 형성하고 있죠. 그래서 우리는 도핑을 하거나 3족 또는 15족의 원소와의 결합을 통해서 전도도를 조절할 수 있기에 Si 기판을 반도체의 기판으로 사용하고 있는 것이죠.