반도체 공정에서 Si을 사용하는 이유는?

[반도체공정에 Si(실리콘)을 사용하는 이유]

① 희소성

게르마늄은 희소원소이기 때문에 자연계에서 구하기 어렵다. 반면에 실리콘은 모래만 녹이면 된다.

② 좋은 온도 특성

실리콘은 온도특성에서 더 좋다. 게르마늄은 조금만 뜨거워지면 금방 단락 되어 버리기 때문이다. 실리콘도 높은 온도에서 그렇기는 하지만 실온에서는 정상 동작한다.

③ 단 하나의 산화물

실리콘의 산화물은 SiO2로 한 가지이다. 다른 물질들은 여러 산화물을 만들어내기 때문에 공정상 어려움이 많다. 즉, 예측이 되지 않으므로 불량률이 매우 높다.

④ 발달된 불순물 정제기술
실리콘은 불순물 정제기술이 잘 발달되어 있어 완벽에 가까운 순수물질을 만들 수 있다. 쉽게 말하면 1조개의 원자 중에 1개가 불순물이라고도 한다.

⑤ 높은 녹는점

실리콘은 녹는점이 알루미늄이나 금, 은보다도 높기 때문에 다 만들고 나서 금속선을 붙이는 것이 가능하다. 즉, 금속선을 붙이는 동안에 녹지 않는다는 것이다. 그러나 게르마늄은 자칫 녹아버릴 수가 있어 적합하지 않다.

[실리콘, 반도체의 신화를 창조하다]

실리콘은 산소에 이어 지구상에서 두 번째로 가장 흔한 물질이다. 쉽게 말해서 이 물질은 우리가 사는 땅 전체 질량의 4분의 1을 넘을 정도로 흔하다. 흙이나 바위를 통틀어 4분의 1이 실리콘이란 얘기다. 강가의 모래만큼이나 그리고 바닷가의 모래만큼이나 많다는 그 물질 속에 실리콘은 들어 있다. 거의 무한한 가용자원이 아닐 수 없다.

하지만 모래 자체로는 반도체를 만들 수 없는 노릇이다. 모래는 SiO2(산화규소)의 형태로 존재하기 때문에 산소를 떼어 내기 위해 가열을 하여 녹이고 굳히고를 반복해 순수한 실리콘을 얻을 수 있다. 그리고 이 순수한 실리콘 상태에서 반도체 재료로 쓰이기에 적합한 상태로 변형을 해야만 반도체를 만들 수가 있는 것이다.

반도체는 전기가 통하는 도체와 전기가 통하지 않는 부도체의 중간물질로, 전기를 통해 주거나 빛을 비춰 주거나 다른 물질을 섞어 주는 등 어떤 특정한 조건에서 전기가 통하는 물질을 말한다. 반도체 물질에 주로 사용되는 것은 실리콘이나 게르마늄이다. 컴퓨터 안을 뜯어보면 실리콘으로 만들어진 반도체 집적회로가 들어 있는데, 여기에는 수천만 개의 트랜지스터와 저항기, 캐패시터가 들어 있으며, 정보를 기억하고 기계를 제어하는 일을 한다.