Si   Silicon   실리콘, 규소

(2017-01-15)
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1. 규소 (Silicon, Si)탄소생물학계의 기본인 것 처럼, 규소는 지질학계의 기본임
     - 규소가 산소와 결합(SiO₂)하여, 바위,모래,흙의 구성성분인 규산염을 형성

  ㅇ 집적회로 등에 사용되는 대표적인 반도체 재료 화학원소


2. 실리콘 특징지구 지각(地殼)에 존재하는 원소 비율로는 27% 이르러 산소 다음으로 많이 존재
     - 자연상태 하에서는 안정된 구조의 `자연 산화물`인 `이산화규소(SiO₂)의 형태`를 취함
       . 지구 광물로는 규산염 광물에서 찾아볼 수 있음

  ㅇ 다이아몬드 결정구조를 갖음
     - 작은 다이아몬드사면체들이 모여서 큰 입방체(cubic)가 만들어지는 등

  ㅇ 융점(Melting Point) 높음  
     - 같은 반도체 재료로써 Ge 보다 Si 더 높음  (융점 : Ge 938.25 ℃ < Si 1,414 ℃)
     - 금속들인 알루미늄(Al),금(Au),은(Ag) 보다 더 높아서, 패키징 때 유용함

  ㅇ 에너지 밴드 갭이 큼                         ☞ 에너지 밴드 갭 참조 
     - 에너지 밴드 갭이 커서 비교적 고온에서도 동작 가능 (온도에 따른 특성 변화가 적음)
        . (Si 1.12 eV > Ge 0.66 eV)

  ㅇ 전기적 절연성이 뛰어남    (비저항 Si 230,000 Ω㎝ > Ge 47 Ω㎝)
     - 전도 전류에 기여할 수 있는 전자 반송자 농도Ge 보다 적음

     - 실온 상태에서는 자유전자가 거의 없어 절연체적 성질을 갖으나,
        . 주입되는 불순물 형태,농도에 따라 전기 전도도의 조절 가능 ☞ 불순물 반도체 참조

  ㅇ Si-SiO₂간의 계면 특성이 좋음               ☞ 실리콘 산화막, 반도체 집적공정 참조
     - 쉽게 안정된 산화막 형성이 가능하여, 전체적으로 평면 특성이 우수
        . 리소그라피(Lithography), 식각(Etching) 등의 평면 공정에 유리      

  ㅇ 쉽게 단결정화가 가능                        ☞ 단결정 성장 참조
     - 단결정화된 기판에서 => 웨이퍼 생산

  ㅇ 순도에 따라 여러 응용이 가능                ☞ 실리콘 순도 참조
     - 집적회로에 사용시 초고순도 (11 Nine : 99.999999999% 이상)를 요구함

  ㅇ 독성이 거의 없어, 환경적으로 우수함


3. 실리콘 화학적 특징원자번호   : 14번
  ㅇ 족         : 4족
  ㅇ 주기       : 3주기
  ㅇ 원자량     : 28.08
  ㅇ 밀도       : 2.33 g/㎤
  ㅇ 원자가전자 : 4개 또는 4가 (이들 4개 전자공유결합에 참여)
  ㅇ 전자배위   : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
     - 14개의 전자가  K각에 2개, L각에 8개, M각(최외각)에 4개가 궤도 운동을 함


4. 실리콘의 결정화 

  ㅇ 3차원 격자구조                                 ☞ 다이아몬드 단위격자 참조 
     - 작은 정 사면체가 모여서, 규칙적인 결정질 배열의 큰 입방체(정육면체)의 
       FCC(면심입방) 결정구조를 이룸

  ㅇ 최외각 전자를 하나씩 공유하며, 인접한 4개 원자들과 공유결합을 이룸
     - 각 원자는 주위의 원자들과 8개의 전자를 공유  ☞ 팔전자 규칙 참조


5. 실리콘 결정 형태별 구분 및 응용비정질 실리콘 (Amorphous Silicon)
     - 저성능 TFT-LCD 등

  ㅇ 다결정 실리콘 (Poly Crystalline Silicon)
     - MOSFET 게이트(gate) 전극, 저성능 TFT-LCD 등

  ㅇ 단결정 실리콘 (Single Crystalline Silicon)
     - 고성능 트랜지스터(집적회로) 등

  ※ 시장에서는  비정질, 다결정, 단결정 고체 모두를 사용하고 있음


6. 규화물 (Silicide,실리사이드)금속과 규소 간의 화합물
     - 열적으로 안정한 금속 화합물
     - 내열성인 금속과 규소의 계면 상에서 낮은 전기저항을 갖음

  ㅇ 例) 코발트/실리콘 (CoSi2), 몰리브덴/실리콘 (MoSi2), 
         플래티늄/실리콘 (PtSi2), 탄탈륨/실리콘 (TaSi2),
         티타늄/실리콘 (TiSi2), 텅스텐/실리콘 (WSi2)


[반도체 재료] 1. 실리콘 2. 실리카 3. 다결정 실리콘 4. 갈륨비소 5. 화합물 반도체

 
        최근수정     요약목록(시험중)     참고문헌