안녕하세요
제이사이언스의 제이입니다
우리나라 사람들에게
가장 먼저 생각나는 반도체 기업이 어디냐
질문했을 때
가장 많이 나오는 답변은
"삼성전자"
그 다음이 "하이닉스" 입니다
삼성전자와 하이닉스는
"DRAM과 FLASH 메모리" 반도체로 유명하죠
그렇다면 이 메모리 반도체는
어디에서 만들어지는지 아시나요?
바로 "웨이퍼(Wafer)"라는
동그란 판 위에 만들어집니다
웨이퍼는 다른 단어로
"기판(Substrate)"이라고도 하는데요
쉽게 말해서 "기"반이 되는 "판"이라는 뜻입니다
웨이퍼는 주로 실리콘(Silicon, Si)으로
만들어지는 데요
실리콘이 사용되는 이유와
실리콘이 무엇인지에 대해서
알아보는 시간을 가지도록 하겠습니다
"첫번 째, 구하기가 매우 쉽습니다"
사람들이 국내여행을 간다고 하면
가장 먼저 생각하는 것이
산과 바다 중에 어디로 놀러갈 것인지
결정하는 것이지요
바다에 가면 뭐가 있을까요?
네, 해변이 있습니다
해변에는 뭐가 있을까요?
파라솔이 있고, 의자가 있고, 근처에 횟집도 있고...
하지만 가장 먼저 보이는 것은 바로
"모래사장"입니다
(아니라고요? 아님말고요 ㅋ)
모래에는 다량의 이산화규소(SiO₂)가
포함되어 있습니다
(그외에도 모래에는 여러 원소들이 있습니다)
그래서 해변이라든지, 사막과 같은 곳에서
모래를 정제하면
많은 양의 순수한 실리콘을 얻을 수 있습니다
실제로 모래는 우리 실생활에서
유리로도 많이 만들어지는
자연이 준 아주 고마운 재료입니다
"두 번째, 성장하기 쉽습니다"
특히, 단결정으로 성장하는 데 말이죠
실리콘 웨이퍼는 단결정으로 이루어져 있습니다
단결정은 무엇일까요?
만약 실리콘의 결정구조가
아래와 같이
큐빅(Cubic) 형태로 있다고 합시다
이 큐빅들이 규칙성을 가지고
무한으로 결합을 하게 되면
아래와 같은 구조를 이루게 됩니다
이렇게 틀어짐 없고
결정들이 규칙적으로 결합하고 있는 형태를
"단결정(Single crystal)"이라고 부릅니다
웨이퍼는 이러한 실리콘 결정들이
무한으로 결합된 구조라고 보시면 됩니다
아래는 실제 실리콘 원자들의
결정구조(Crystal structure)입니다
위의 결정구조는 전문용어로
"다이아몬드 구조(Diamond structure)"입니다
실제 탄소(Carbon)로 이루어진
다이아몬드의 결정구조가
위의 이미지와 같이 이루어져 있기 때문입니다
(결정구조 → 실리콘 = 탄소(다이아몬드))
결정구조가 뭔가 복잡하게 보이죠?
마치 원자들의 규칙성이 없는 것처럼 보입니다
하지만 대각으로 보면
그 규칙성이 뚜렷이 보입니다
이처럼 아름다운 구조로 결합되어 있는
실리콘의 결정 길이는 어떻게 될까요?
현재 알려진 실리콘 결정구조 1개의 길이는
큐빅 한 변에 5.43Å(옴스트롱)입니다
큐빅 한 변의 길이는 전문용어로
"격자상수(Lattice distance)"라고도 부릅니다
그리고 실리콘 원자와 원자 사이의
결합길이는 1.17Å 정도로 알려져 있죠
엥?
옴스트롱이 뭐냐고요?
옴스트롱(Å)은
입니다
즉, 1.17Å은
(m은 미터입니다)
머리카락 두께(=0.1mm)보다
무려 "1/100,000배" 작은 수준입니다
또한
실리콘 웨이퍼 한 장의 지름은
10inch (=300mm=30cm) 정도 되는 데요
한 지름에 실리콘 결정이
"약 600,000,000개(=6억개)"가
규칙적으로 배열되어 있다고 봐도
되겠습니다
(대충 격자상수를 5Å으로 본다면 말이죠...)
실리콘 결정
얼마나 작은지 감이 오시나요?
참고로 실리콘 웨이퍼는
"초크랄스키(Czochralski) 공법"과
"플로팅존(Floating zone) 공법"을 통해서
단결정 성장이 이루어지고
여러 공정 과정을 거쳐 만들어집니다
여러 공정에 대한 구체적인 내용은
SK 실트론에서 공개한 영상을
아래에 링크로 달아드리겠습니다
https://www.youtube.com/watch?v=ad-fZDchlo0
(영상 퀄리티가 아주 좋습니다...)
여기까지
반도체에 실리콘이 사용되는 이유와
실리콘이 무엇인지에 대해
구체적으로 알아보는 시간을 가졌습니다
"자연은 하나님의 작품이요, 예술은 사람의 작품이다"
- 롱펠로우 -
* 이미지 출처 *
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Diamond_cubic
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