반도체공학 특론

들어가면서

제1부 반도체 산업

1. 초기의 반도체
2. 진공관
3. Bell Lab
4. Fairchildren
5. 실리콘밸리
6. INTEL
7. SEMATECH
8. 일본의 득세와 몰락
9. 대한민국의 출현
10. 중국의 오판

제2부 반도체 기술

11. n형, p형 반도체
12. 물과 전기
13. 집적 회로, 무어의 법칙
14. 도핑과 임플란트
15. 사진 공정, Photolithography
16. 식각(Etching) 기술
17. 플라스마(Plasma) 기술
18. 새 부리와 트렌치
19. 배선 기술
20. 조립 기술

끝내면서

“흔히들 오늘날의 반도체 산업은 1947년 미국의 AT&T Bell Lab에서의 고체 트랜지스터(Solid-State Transistor) 발명으로부터 시작되었다고 보고 있다. 그 후 1950년대의 게르마늄(Ge) 바이폴라(Bipolar) 소자, 실리콘(Si) MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 소자와 집적 회로(Integrated Circuit; IC)의 발명을 거쳐 1970년대 이후의 메모리(Memory) 반도체, 마이크로프로세서(Microprocessor) 소자에 이어 최근의 GPU(Graphic Processor Unit) 카드 개발에 이르기까지 눈부신 발전을 거듭하면서 반도체는 우리의 생활을 가히 혁명적으로 변화시켜 왔다. 혹자는 이 변화를 반도체 혁명(Semiconductor Revolution)이라고 부르기도 하는데, 증기기관의 발명으로 에너지 활용 방법에 큰 변화를 가져와서 인류문명을 한 차원 높인 18세기의 산업혁명(Industrial Revolution)에 견주기도 한다.” -‘들어가면서’ 중에서

“재료의 전도(conduction) 현상을 설명하기 위하여 전하(電荷, charge)의 개념을 도입하면 편하다. 전하 운반자(charge carrier)라고 불리는 전기를 짐처럼 지고 다니는 입자를 생각한다. 전자(電子)가 대표적인 음전하 운반자이고 양전하 운반자를 정공(正孔, hole)이라고 부른다. 전자를 잃어버리거나 외부에서 전자를 얻은 원자의 덩어리를 이온(ion)이라고 부르는데 양전하 운반자도 있고 음전하 운반자도 있다. 일상생활에서도 캐리어란 말을 쓰거나 듣고 있다. 여행 갈 때 짐을 쑤셔 넣는 바퀴 달린 여행용 가방을 캐리어라고 하고 항공모함(航空母艦)이 영어로 aircraft carrier이다. 항공모함은 날개 달린 전투기 백여 대와 수만 명의 병력을 싣고 바다 위를 떠다니는 움직이는 비행장으로서 국력이 있어야 운용할 수 있는 전투 무기이다. 이 분야에서 미국이 단연 우위를 보인다. 미 해군은 모든 선박에 함급 분류 기호를 붙이는데, 항공모함에는 CV라는 기호가 사용된다. CV가 Cruiser Voler의 두문자(頭文字)라는 설도 있으나 필자는 Carrier Vehicle의 약자가 적절하다고 생각한다. 예를 들어 CV-67은 항공모함 ‘존 F. 케네디 호’의 식별 부호이고, CVN-80은 새로 나온 핵 추진 항공모함 ‘엔터프라이즈호’의 분류 기호이다.”

“1947년 동부의 벨 전화 연구소(Bell Telephone Laboratories)에서 처음으로 진공관 대용으로 개발된 증폭기는 게르마늄 재료를 이용하여 제작한 점 접촉 트랜지스터(point-contact transistor)였다. 이 트랜지스터의 작동 원리가 처음에는 전계효과(electric field effect)인 줄로 알았으나 반도체의 표면 효과라고 밝혀졌다. 그 뒤 쇼클리는 접합 트랜지스터(junction transistor) 원리를 이론적으로 완성하였다. 이 반도체 소자는 당시의 진공관 작동 원리를 유추하여 n-p 접합과 p-n 접합 접하여 있는 n-p-n 접합 트랜지스터 구조였다. 이런 구조의 소자를 제작하기 위해서는 게르마늄 재료의 정제, 게르마늄 단결정의 성장, 게르마늄 재료에 통제된 불순물 주입이 주요한 작업이었다. 당시에 이미 전하의 원활한 이동을 위해서 불순물이 별로 없는 순수한 게르마늄 재료의 준비와 다결정이 아닌 단결정의 제작이 필수라는 사실이 확립되어 있었다. 천만(10의 8승) 개의 게르마늄 원자에 두 개의 안티몬(Sb) 원자를 도핑하면 n형 반도체 지역을 얻을 수 있고, 여기에 4개의 갈륨(Ga) 원자를 도핑하면 p형 반도체 지역을 얻을 수 있고, 갈륨 원자의 도핑을 중단하면 다시 n 형 지역을 형성할 수 있어, 전체적으로 n-p-n 구조를 만들 수 있었다. 이러한 구조의 접합 트랜지스터를 제작한 벨 전화 연구소(Bell Telephone Laboratories)의 제조 부문인 웨스턴 일렉트릭(Western Electric)은 큰돈을 벌 수 있었다. 이를 성장 접합 단결정 기술(grown junction single-crystal technique)이라고 부른다. 이러한 기술 개발의 중심에 벨 전화 연구소의 틸(Gordon K. Teal, 1907~2003)이 있었다.”