[반도체물성] 실리콘 결정 구조 체계

이제, 앞선 포스팅에서 설명한 단위 셀들의 결정 방향을 표현하는 체계를 알아보겠습니다. 

 

1. 결정 방향?

 

실리콘 단위 셀

다음 그림의 각각의 입방체는 앞서 설명한 실리콘 단위 셀들을 나타냅니다.

그리고, 각각의 어두운 평면 부분들은 결정면이라고 합니다.

 

이제 하나씩 설명해보겠습니다.

 

우선, 설명하기에 앞서 밀러 지수(Miller Index)를 표기하는 방식에 대해 먼저 알아보겠습니다. 

 

1. 면이 x축에서 a점과 교차하고, y축에서 b점과 교차하고, z 축에서 c점과 교차하는 경우 각각 교차점들에 역수를 취해 1/a 1/b 1/c로 나타낸 후

2. 역수 형태를 정수 형태로 바꿔주기 위해 a, b, c의 최소공배수를 각각에 곱해줍니다. 

그리고 괄호에 넣어 표기하는 것이 결정 면을 나타내는 방식입니다.

 

위에 세 개 그림들을 예시로 다시 한번 설명해보겠습니다. 

우선 가장 왼쪽 그림의 경우, x축과는 1에서 교차하고, y축, z 축과는 에서 교차합니다. 1/1 1/ 1/ 로 역수를 취할 수 있고, 이 경우 최소공배수를 곱해주지 않아도 1 0 0으로 정수 형태가 됩니다. 

따라서 (100) 면이라고 나타내게 됩니다. 이때, 1 0 0 숫자를 밀러 지수라고 부릅니다.

 

다음 세 번째 그림의 경우, x축과는 1에서 교차하고, y축과도 1에서 교차, z 축과도 1에서 교차합니다. 

역수를 취하면 1/1 1/1 1/1으로 (111) 나타낼 수 있습니다. 

 

밀러 지수와 관련된 기호가 하나 더 있는데 [abc]입니다. 

(abc)와 다른 것은 괄호의 모양이 다른 것 같죠?

 

(abc)는 결정면을 가리키는 방식이고, [abc]는 결정 방향을 가리키는 방식입니다.

 

즉, 간단하게 벡터를 나타내는 방식과 비슷하다고 할 수 있습니다. 

 

 

가장 왼쪽의 [100]을 보면 x축, y축, z 축과의 교점이 1,0,0으로 방향도 이에 맞춰 [100]으로 나타내면 됩니다. 

한 가지 특징은 [100]과 (100)은 서로 수직 한다는 특징입니다. 

즉, [abc]와 (abc)는 서로 수직한다는 것이죠.

 

이 내용을 반도체에 적용해보겠습니다. 

보통 실리콘 웨이는 (100) 면을 따라 잘리는데, 이렇게 해야 균일성과 좋은 소자 성능을 얻을 수 있습니다.

또한 (011) 면으로 노치(notch)를 만들어 웨이퍼를 일관된 방향으로 위치시키도록 하기 위함입니다.

 

 

* 실리콘 웨이퍼 : 실리콘 등으로 만든 단결정 기둥을 적당한 두께로 얇게 썬 원판을 의미한다. 이 얇은 기판 위에 다수의 동일 회로를 만들어 반도체 집적회로가 탄생한다. 즉, 웨이퍼는 반도체의 기반이다. 웨이퍼에 대해서는 추후에 포스팅할 예정이다.