반도체는 상온에서 전기 전도도가 도체와 절연체의 중간인 물질입니다. 일상생활에서 사용하는 구리선처럼 알루미늄선은 도체이고, 고무는 절연체입니다. 전도도라는 관점에서 보면, 반도체는 절연체에서 도체까지 전도도를 조절할 수 있는 물질입니다.
반도체 칩 초창기에는 실리콘이 주재료가 아니었고, 게르마늄이 주를 이루었습니다. 최초의 트랜지스터는 게르마늄 기반 트랜지스터였고, 최초의 집적 회로 칩 또한 게르마늄 칩이었습니다.
하지만 게르마늄은 반도체에서 계면 결함이 많고, 열 안정성이 낮으며, 산화물 밀도가 불충분하는 등 여러 가지 어려운 문제점을 가지고 있습니다. 더욱이 게르마늄은 희귀 원소로, 지구 지각에 존재하는 양은 백만 분의 7에 불과하고, 게르마늄 광석의 분포 또한 매우 분산되어 있습니다. 게르마늄이 매우 희귀하고 분포가 특정 지역에 집중되어 있지 않기 때문에 원자재 가격이 매우 높습니다. 원자재가 희소하고 가격이 높으면 게르마늄 트랜지스터를 어디에서나 저렴하게 생산할 수 없기 때문에 게르마늄 트랜지스터의 대량 생산이 어렵습니다.
그래서 연구진은 연구의 초점을 한 단계 높여 실리콘에 집중했습니다. 게르마늄의 모든 고유한 단점이 실리콘의 고유한 장점이라고 할 수 있기 때문입니다.
1. 규소는 산소 다음으로 두 번째로 풍부한 원소이지만, 자연에서 규소 자체를 찾기는 어렵습니다. 규소의 가장 흔한 화합물은 규산염과 이산화규소입니다. 이산화규소는 모래의 주요 구성 성분 중 하나입니다. 또한, 장석, 화강암, 석영 등도 규소-산소 화합물을 기반으로 합니다.
2. 실리콘은 열 안정성이 우수하고, 밀도가 높으며 유전 상수가 높은 산화막을 형성하여 계면 결함이 거의 없는 실리콘-실리콘 산화물 계면을 쉽게 만들 수 있습니다.
3. 산화규소는 물에 녹지 않고(산화게르마늄도 물에 녹지 않음) 대부분의 산에도 녹지 않는데, 이것이 바로 인쇄회로기판의 부식 인쇄 기술의 핵심입니다. 이 두 가지 특성을 결합한 제품이 오늘날까지 사용되고 있는 집적회로 평면 공정입니다.
게시 시간: 2023년 7월 31일