Junction, Semiconductor Junction, Homojunction, Heterojunction   반도체 접합, 동종 접합, 이종 접합

(2022-11-09)

접합 , 접합


1. 접합 (Junction) 이란?

  ㅇ 두 물질이 붙어서 계면(주로,고체 간에)을 형성한 상태
     - 전기적 성질이 다른 두 고체 물질 영역 사이에 물성적으로 교류/천이되는 부분

  ※ [물리/화학계면 종류]  ☞ 계면 (Interface) 참조
     - 서로 다른 재료표면(表面,Surface)들이 만나는 곳(경계면)

  ※ [전기적 계면 종류]  전자의 이동으로 인한 전기적 현상이 일어날 수 있는 계면들
     - 기체,액체 간 : 전자 이동이 매우 쉽게 가능 (플라즈마,전해질 등)
     - 금속 간 : 전자 이동이 비교적 쉽게 가능 (도체 간의 접촉, 전극 등) 
     - 금속액체,기체 간 : 전자 이동이 특정 조건 하에서 가능 (열 전자방출에 의한 전자총,진공관 등)
     - 반도체 간, 금속반도체 간 : 전자 이동이 고체 물성학적 접촉(결합)에 의해서 만 가능
        . 이를 위해, 반도체 제조 상에는, 진공,고온,고압 등 극한의 환경적 조건이 가해지도록 함 

  ※ [반도체 계면 종류]  ☞ 아래 2,3,4.항 참조
     - 특히, 반도체 접합 이론은, 반도체 소자 해석의 기초가 됨
        . 1949년 W. Shockley(노벨상 수상)가 PN 접합 특성을 다룬 논문 발표


2. 주요 반도체 접합의 종류

  ㅇ 두 반도체 간의 접합 (PN Junction, PN 접합)
     - p형 반도체(P) 및 n형 반도체(N)가 결정으로서 금속학적 접촉을 이루고 있는 것

  ㅇ 금속반도체 간의 접합 (Metal-Semiconductor Junction)
     - 정류형 접합, 저항성 접합 2 종류가 가능

  ㅇ 층 접합 구조 (Layered Junction)
     - 금속절연체 간과 절연체반도체 간의 층 접합 (Metal-Oxide-Semiconductor Junction)
     - [참고] ☞ MOSFET 구조,  MOS 커패시터 참조


3. 두 반도체 간의 접합 (PN 접합) (Semiconductor Junction)

  ㅇ 호모 접합 (동종 접합, Homojunction)  
     - 동일 종류의 반도체 간의 접합
        . 동일한 밴드갭 에너지를 가진, 다른 불순물 농도도핑된 두 반도체를 접합시킨 것
        . 통상, p형 반도체 기판(Substrate,3가,정공 많음) 위에, 확산 공정 or 이온주입 공정을 이용,
          도너 불순물(5가,전자 많음)을 주입시켜 제조함
        . 그 기능(역할)이 주로, 정류(Rectification) 임   ☞ PN 접합 참조

  ㅇ 헤테로 접합 (이종 접합, Heterojunction) 
     - 다른 종류의 반도체 물질 간의 접합
        . 격자상수,에너지갭 처럼 물질 고유한 값이 서로다른채, 목적에 따라 달리 결합시킨 것
           .. 주로, 다른 밴드갭 에너지를 가진 2개의 반도체를 접합시킨 것
        . 복수개의 다른 물질들을 원자상태에서 접합시킬수도 있음

  ※ [특징]
     - 두 반도체 각각의 밴드갭 에너지 및 불순물 도핑 정도에 따라 그 특성이 달라짐


4. 금속 반도체 접합 (Metal-Semiconductor Junction)정류형 접합 (쇼트키 접합, 쇼트키 다이오드)
     - 금속과 저 농도 도핑반도체 간의 접합
     - 단방향 전기 전도성을 갖는 정류성 접촉
     - 다수 캐리어에 의해서만 동작

  ㅇ 저항성 접합 (옴 접합, Ohmic Contact/Junction)
     - 금속과 고 농도 반도체 간의 접합
     - 양방향 전기 전도성을 갖는 낮은 저항옴성 접촉 (선형적 전압-전류 특성)
     - 반도체 소자에서 도선과의 접촉 단자로 많이 활용

  ※ [특징]
     - `일함수 크기` 및 `반도체 형태(p형,n형)`에 따라 전류 흐름 특성이 달라짐


5. 반도체 접합의 제조합금 접합 (Alloyed Junction)
     - 서로다른 재료를 가열
        . 도핑 원자를 포함한 금속반도체 위에서 합금 형태로 만들어지는 접합
     * 최초 트랜지스터 제조에 이용 (점 접촉형, Point Contact형)
        . 1947년 n형 게르마늄 결정 표면에 뾰족한 침을 갖는 2개의 금 접촉을 통해 pn 접합을 만듬

  ㅇ 성장 접합 (Grown Junction)
     - 단결정 성장 과정에서, 보상 도핑(역 도핑)을 통해 만들어지는 접합      ☞ 보상 반도체 참조
     * 한편, 단결정 성장은, 고 순도의 반도체를 얻는 과정에 주로 쓰임

  ※ 통상, 불순물 농도 분포는,
     - 합금형,성장형 접합의 경우에는, 갑작스런 변화를 갖는 계단형(step)이고,
     - 확산,이온주입형의 경우에는, 완만한 변화를 갖는 경사형(graded)임

  ㅇ 확산 접합 (Diffused Junction)                                        ☞ 확산 공정 참조
     - 반도체 결정 표면으로부터 불순물 도핑 원자를 결정 내로 주입 후 열에 의해 확산시킴
     * 반도체 접합 공정에 가장 많이 쓰이던 방식

  ㅇ 이온 주입 (Ion Ion Implantation)                                      ☞ 이온주입 공정 참조
     - 불순물(B,P,As 등)을 이온화 상태로 주입
     * 최근 정밀 공정에 보다 더 많이 쓰임



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