[반도체물성] 반도체와 실리콘 결정 구조

안녕하세요.

앞으로 반도체 물질과 반도체 소자 동작에 대한 기본 지식에 대해 포스팅을 하려고 합니다. 

크게 반도체 물성과 공정, 소자 순서로 다뤄볼 예정입니다

 

1. 우선 반도체가 뭘까요?

 

전류의 흐름에 따라 도체, 반도체, 부도체로 나뉩니다.

도체란 전기 혹은 열이 잘 흐르는 물질로 철, 전선, 알루미늄 등을 말합니다.

부도체는 전기 혹은 열이 잘 흐르지 않는 물질로 유리, 도자기, 플라스틱 등을 말합니다.

 

반도체는 전기전도도가 도체와 부도체의 중간 정도 되는 물질로서 순수한 반도체는 부도체와 같이 전기가 거의 통하지 않지만, 어떤 조작을 가하면 도체처럼 전기가 흐르기도 합니다.

빛 혹은 열을 가하거나 특정 불순물을 주입하면 도체처럼 전기가 흐르게 됩니다. 

 

처음으로 다룰 내용은 반도체 소자 물성입니다. 물성 내에도 광범위한 내용들이 있는데요, 이번 포스팅에서는 반도체를 구성하는 원소인 실리콘 구조에 대해 알아보겠습니다. 

 

2. 실리콘 결정 구조?

 

실리콘 결정의 단위 셀

위 그림의 큰 입방체는 실리콘 결정의 단위 셀 (Unit cell) 입니다. 

각각의 구는 실리콘 원자를 나타내고요, 

이 단위 셀이 반복적인 구조로 배열됨으로써 실리콘 결정을 형성하게 됩니다. 

그림에 표시된 5.43Å의 단위 셀 길이를 격자상수 (lattice constant) 라고 부릅니다. 

 

실리콘(Si)은 주기율표에서 4족 원소이므로 4개의 원자가 전자를 가집니다. 

이 구조에서도 한번 살펴보면, 각각의 실리콘 원자는 가장 가까운 이웃 원자로 4개의 다른 실리콘 원자들을 가지고 있습니다. 

즉, 중심원자 하나가 4개의 이웃 원자들을 갖고 있는 것을 볼 수 있습니다. 

이 구조를 기본 셀 (Primitive cell) 이라고 합니다. 

 

이 단위 셀의 구조는 다이아몬드 구조 (diamond structure)라고도 부릅니다. 왜냐하면 실리콘 원자에서 탄소 원자로 바뀐 모양이 다이아몬드 결정의 단위 셀과 같기 때문입니다. 

 

다음 포스팅에서는 이러한 단위 셀들의 결정 방향을 표현하는 체계를 알아보겠습니다. 

 

 

"현대 반도체 소자 공학" 책을 바탕으로 공부하며 작성한 것입니다.