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/화학적 계면 종류] ☞ 계면 (Interface) 참조
- 서로 다른 재료의 표면들이 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)
- 금속과 액체,기체 간 : 전자 이동이 특정 조건에서 가능 (열 전자방출에 의한 전자총,진공관 등)
- 반도체 간, 금속과 반도체 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 (Semiconductor Junction)
. 1949년 W. Shockley(노벨상 수상)가 PN 접합 특성을 다룬 논문 발표
2. [반도체] 접합의 종류
ㅇ 물질 종류에 따른 접합 구분 ☞ 아래 3.항 참조
- 두 반도체 간에 금속학적 접촉을 이루고 있는 것
ㅇ 금속과 반도체 간의 접합 (Metal-Semiconductor Junction) ☞ 아래 4.항 참조
- 정류형 접합, 저항성 접합 2 종류가 가능
ㅇ 층 접합 구조 (Layered Junction) ☞ 아래 5.항 참조
- 금속과 절연체 간과 절연체와 반도체 간의 층 접합
3. [반도체] 물질 종류에 따른 접합의 구분
ㅇ 호모 접합 (동종 접합, Homojunction)
- 동일 종류의 반도체 간의 접합 ☞ PN 접합 참조
. 동일한 밴드갭 에너지를 가진, 다른 불순물 농도로 도핑된 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
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
.. 例) GaAs, GaAlAs 등이 접합된 구조
. 복수개의 다른 물질들을 원자상태에서 접합시킬수도 있음
. 고속 및 광전자 소자의 응용에 매우 중요
※ [특징]
- 두 반도체 각각의 밴드갭 에너지 및 불순물 도핑 정도에 따라 그 특성이 달라짐
4. [반도체] 금속 반도체 접합 (Metal-Semiconductor Junction)의 유형
ㅇ 정류형 접합 (쇼트키 접합, 쇼트키 다이오드)
- 금속과 저/중 농도 도핑된 반도체 간의 접합
- p-n 접합과 유사하게 정류 특성을 갖음
- 단방향 전기 전도성을 갖는 정류성 접촉
- 다수 캐리어에 의해서만 동작
ㅇ 저항성 접합 (옴 접합, Ohmic Contact/Junction)
- 금속과 고 농도 반도체 간의 접합
. 옴 접촉은 거의 전압 강하 없이 양방향으로 전류를 통과시킬 수 있으므로,
. 소자와 외부 세계 간의 필수 연결을 제공
- 양방향 전기 전도성을 갖는 낮은 저항의 옴성 접촉
. 선형적 전압-전류 특성을 갖음
- 반도체 소자에서, 도선과의 접촉 단자로 많이 활용
※ [특징]
- `일함수 크기` 및 `반도체 형태(p형,n형)`에 따라 전류 흐름 특성이 달라짐
5. [반도체] 층 접합 구조 (Layered Junction)의 유형
ㅇ MIS (Metal Insulator Semiconductor)
- 반도체 표면에 절연막을 형성시켜, 그 막 위에 금속을 부착시킨 구조
ㅇ MOS (Metal Oxide Semiconductor)
- 특히, 절연막으로 산화막을 쓴 구조
※ [참고] ☞ MOSFET 구조, MOS 커패시터 참조
6. [반도체] 접합의 제조 유형
ㅇ 합금 접합 (Alloyed Junction)
- 서로다른 재료를 가열
. 도핑 원자를 포함한 금속을 반도체 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
.. n형 Ge 기판 위에 인(In)을 녹여 p형 Ge을 형성시킴으로써, pn 접합을 만드는 등
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 ☞ 단결정 성장 참조
※ 통상, 불순물 농도 분포는, `계단형 접합` 또는 `경사형 접합` 임
- 합금형,성장형 접합의 경우에는, 갑작스런 변화를 갖는 계단형 접합(step junction, abrupt junction)이고,
- 확산,이온주입형의 경우에는, 완만한 변화를 갖는 경사형 접합(graded junction)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