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주기율표 원자번호 14번 규소입니다. 영어로는 실리콘(Silicon) 이죠.
실리콘벨리의 실리콘 맞습니다.
실리콘은
건축자재, 시멘트, 콘크리트, 벽돌을 만드는데 사용하고
유리, 도자기를 만드는데도.
인체 보형물, 컨텍트렌즈
세포벽, 식물의 골격, 피부, 머리카락, 손톱, 뼈
그리고 첨단 산업인
반도체, 태양전지, 태양광패널에 필수 요소랍니다.
– 최초 태양전지로 구동하는 위성 : 벵가드 1호
#실리콘#규소#태양광#반도체#태양전지
지구에서 가장 많은 금속. 한때는 금, 은 보다 비싼 금속 주기율표 원자번호 13번 알루미늄(Aluminium) 입니다.
https://youtu.be/TVM0UOnWefg
전 세계 인구 75억명이 동시에 점프하면 어떻게 될까요???
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정전기 란? 정전기 원인, 해결방법 반도체 디스플레이 기본 지식
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[케뉴-원소 이야기] 반도체 주원료, 규소(Si)…실리콘? – 케미컬뉴스
규소는 반도체 탄생에 필수 물질로 미국 캘리포니아주 첨단기술 연구단지 이름이 ‘실리콘 밸리’인 것도 규소에서 유래됐다. 반도체 주원료인 실리콘( …
Source: www.chemicalnews.co.kr
Date Published: 12/14/2021
View: 5703
[반도체 공정] 왜 실리콘인가? – Photogrammer
현재 대부분의 반도체 소자는 Si 기반으로 제작이 된다. 그런데 왜 실리콘으로 반도체를 만드는걸까? intrinsic semiconductor 소재로 Ge도 있지 …
Source: photogrammers.tistory.com
Date Published: 2/11/2022
View: 4846
[생활 속 화학 이야기] 반도체를 만드는 물질, 규소
규소(실리콘, Silicon)는 원자번호 14번의 원소로, 원소 기호는 Si입니다. 탄소와 비슷한 성질을 가지고 있어서 주기율표에서 탄소 아래에 위치해 …
Source: www.samsungsemiconstory.com
Date Published: 5/2/2021
View: 4767
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주제에 대한 기사 평가 반도체 실리콘
- Author: 다빈치노트
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- Date Published: 2020. 9. 14.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=UxCFcXsBFqk
모래에서 온 ‘실리콘’, 반도체 웨이퍼가 되기까지
반도체 원료인 실리콘은 지구 지각(地殼)에서 산소 다음으로 풍부한 원소로 전체 지각 질량의 약 27.7%를 차지합니다. 우리 주위에서 보이는 흙, 모래, 돌멩이는 이산화규소(SiO2)로 이뤄지는데, 이 물질을 구성하는 원소가 바로 실리콘입니다.
실리콘은 자원이 풍부해 가격이 저렴하고, 독성이 없어 환경이나 인체에도 무해하죠. 또한, 전기 전도율을 높이려고 불순물 원자를 첨가하는 도핑(Doping)을 통해 전기전도나 전도 형태를 변형 할 수 있는데요. 이처럼 흰 도화지 같은 원소여서 반도체 주원료로 사용합니다.
하지만 처음부터 반도체 주 원료가 실리콘은 아니었습니다. 트랜지스터에서 출발한 초창기에는 게르마늄(Ge)을 주로 사용했는데요. 실리콘이 게르마늄 보다 순도, 결정 구조에서 우수하고, 고온에서 안정한 산화막을 형성하는 등의 장점이 있어 현재 반도체 소자 90% 이상은 실리콘 웨이퍼를 원료로 만들고 있습니다.
미국 캘리포니아 주에 있는 실리콘 밸리(Silicon Valley) 명칭도 실리콘에서 유래했을 정도로 반도체 산업에 중요한 요소인데요. 반도체는 전기가 잘 통하는 도체와 통하지 않는 절연체 중간 정도의 전기 저항이 있는 물질입니다.
얼마나 도핑하는 하느냐에 따라 전도도를 조절할 수 있죠. 특히 금속과 달리 온도를 올리면 저항이 줄어들어 전기 전도도가 높아지는 점이 반도체의 중요한 특성인데요. 실리콘의 어떠한 성격 때문에 이런 특성을 띄는 것일지 지금부터 살펴보겠습니다.
왜 반도체로 실리콘(Si)을 사용할까?
왜 반도체로 실리콘(Si)을 사용할까?
# 왜 반도체로 Si를 많이 사용할까?
실제 반도체에는 Si, Ge, GaAs 등이 사용됩니다.
그 중 실리콘(Si)가 가장 널리 사용되는데요.
그 이유는 뭘까요?
몇 가지만 설명해보겠습니다.
첫번째 이유, 바로 낮은 원재료이기 때문입니다.
우리 지구상에는 산소 다음으로 규소(모래성분)가 많습니다.
지각의 27% 정도의 성분이니 할말 다했죠…
하지만 순수 실리콘이 아닌 규석(SiO2)으로 존재하기 때문에 순도 높은 실리콘을 사용하기 위해선 고가의 장비가 필수적입니다.
특히 집적회로IC의 밑판이 되는 웨이퍼는 순도 99.9999….9%의 단결정 실리콘이 사용되고 있죠.
0.0001%라도 불순물이 섞인다면?!
순 실리콘의 결정구조에 문제가 발생하고
차단(open) 혹은 단락(short)을 일으킬 수 있어 회로가 불안정해집니다.
하지만, 원재료가 워낙 싸니깐?!
두 번째 이유는 바로 독성이 없기 때문인데요?!
흔히 코에 넣는 보형물로 실리콘 넣는다고 하죠^^;; 만약 독성이 있다면??
성형에서 실리콘이 쓰이지 않았을 겁니다…
GaAs(갈륨비소)가 실리콘보다 성능이 우수하지만 사용하지 않는 이유는,
위에서 언급한 두 가지, 실리콘보다 고가의 제조비용과 독성 때문입니다.
친환경적인 실리콘~!!!
세 번째 이유는 ‘강하다’입니다.
온도 변화에 따른 특성변화(턴온전압)가 더욱 안정화되어있습니다.
따라서 Ge보다 고온에서도 소자가 잘 동작할 수 있습니다.
# 세 물질의 특성곡선
아래는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs)의 특성곡선입니다.
전류가 특정 전압부터 도통하게 되는데 이 지점을 턴온전압이라고 하는데요.
Ge의 경우 통상 0.3V정도에서 턴온되는데, 온도에 따라 이 특성이 달라집니다.
그리하면 조금의 전압변화에도 민감하게 반응하여 불안정해지겠죠?
# GaAs의 특징
Si의 전자이동도보다 6배나 빠른 GaAs…
그러니 처리 속도면에서 굉장히 빠르겠죠?
따라서 GaAs는 높은 주파수와 고온 환경인 항공우주와 무선통신, 군장비 등에 사용됩니다.
하지만 Si은 웨이퍼 잉곳 제조 시 큰 사이즈로 제조가 가능한데 비해 GaAs는 아직 크게 발전되지 않았습니다.
웨이퍼 잉곳이 크면 클수록 피자사이즈가 커지 듯이 더 많은 칩을 뽑아낼 수 있어 비용적인 부분과 관련있습니다.
또한 위에 언급했듯이 GaAs를 가공하면서 독성물질이 나타나므로
극한 환경에서 사용할 것이 아니라면 친환경적인 Si가 더욱 사용됩니다.
[케뉴-원소 이야기] 반도체 주원료, 규소(Si)…실리콘?
규소(Silicon), 암회색 금속성 물질의 원자번호 14번의 화학원소
실리콘(Silicone), 규소를 원료로 해 합성한 규소수지
화학의 가장 기본적인 원소와 우리 생활과의 연관된 이야기들로 독자 여러분들을 찾아가려고 합니다. 원소의 개수가 118개라고 하니 앞으로 다양한 이야기들을 기대해주세요. [편집자주]
규소는 영어로 ‘Silicon(실리콘)’이다. 우리가 흔히 알고 있는 그 실리콘일까?
말랑말랑한 고무 같은 재질의 일상 생활용품에서 많이 볼 수 있는 실리콘(Silicone)과 같은 단어라고 생각할 수 있는데 규소는 알파벳 e가 없다. 영문 글자도 비슷해 보이지만 동일한 단어는 아니며 연관되어 있다.
규소(Silicon)는 암회색 금속성 물질의 원자번호 14번의 화학원소이며, 규소를 원료로 해 합성한 규소수지가 실리콘(Silicone)이다.
실리콘은 유기성과 무기성을 겸비한 독특한 화학재료로 다양하게 응용된다. 대부분의 산업분야에서 필수 고기능 재료로 사용된다. 실리콘은 규소와 산소 등이 실록산 결합으로 연결된 모양으로 된 폴리머(수지)를 의미한다. 접착제 실런트, 절연체로 널리 사용된다.
주기율표에서 규소(Sillocon, Si) /미 국립보건원 PubChem 갈무리
규소(Silicon)는 기호가 Si인 화학원소로 금속으로 분류되는 규소는 실온에서 고체다. 국제순수응용화학연합(IUPAC)에 따르면 규소의 이름은 부싯돌(flint)이라는 의미의 라틴어 Silix와 Silicis에서 유래했다.
무정형 규소는 1824년 스웨덴의 화학자 욘스 야콥 베르젤리우스에 의해 발견되었다. 그는 규소 용기에 담긴 칼륨 칩을 가열한 다음 잔류 부산물을 씻어내어 무정형 규소를 발견했다고 한다. 결정 규소는 1854년 프랑스의 화학자 앙리 생트-클레르 데빌에 의해 처음 제조되었다.
정제된 규소 조각(왼쪽)과 규소 원소를 발견한 욘스 야콥 베르젤리우스(오른쪽)
규소는 우주에서 일곱 번째로 가장 풍부한 원소이며, 지각에서 두 번째로 풍부한 원소다. 오는 날 규소는 탄소와 함께 모래(SiO2)를 2200℃의 높은 온도로 가열해 생산된다. 결정질 규소는 금속광택과 회색빛을 띠며, 상대적으로 불활성인 원소지만 할로겐과 희석 알칼리의 공격을 받는다. 불소를 제외한 대부분의 산은 규소에 영향을 주지 않는다.
규소 결정은 붕소, 갈륨, 게르마늄, 인, 비소와 같은 원소로 도핑할 때 트랜지스터, 태양전지, 정류기 및 마이크로 칩과 같은 고체 전자 장치의 제조에 사용된다. 규소 카바이드(SiC)는 다이아몬드처럼 단단해서 연마제로 사용되며, 물유리로도 알려진 규산나트륨(Na2SiO3)은 비누, 접착제, 계란 방부제로 사용된다. 사염화규소(SiCl4)는 연막을 만드는 데 사용되고 규소는 윤활제, 연마제, 전기 절연체, 의료용 임플란트에 사용되는 재료의 일조 실리콘의 중요한 성분이기도 하다.
수소화 무정형 규소는 태양에너지를 전기로 전환하기 위한 경제적인 전지를 생산할 수 있는 가능성을 보여주었다.
규소의 사용 /사진=픽사베이
유리와 반도체의 주원료
규소는 인간의 가장 유용한 요소 중에 하나로 모래와 진흙의 형태로 콘크리트와 벽돌을 만드는 데 사용되며, 고온 작업에 유용한 내화재다. 규산염의 형태로 에나멜, 도자기 등을 만드는 데도 사용된다. 유리의 주성분으로 기계적, 광학적, 열, 전기적 특성이 뛰어난 재료 중에 가장 저렴한 재료이기도 하다. 유리는 다양한 모양으로 만들어질 수 있고, 용기, 유리창, 절연체 등 수천 가지의 다른 용도로 사용된다.
규소는 동식물의 생명에도 중요하다. 담수와 바닷물에 있는 규조류는 물에서 실리카를 추출해 세포벽을 만든다. 실리카는 식물의 재와 인간의 뼈에 존재한다. 실리콘은 규소의 중요한 산물이며, 염화규소 디메틸과 같은 염화규소 유기염화규소를 가수분해해 제조할 수 있다. 다양한 대체 클로로실렌의 가수 분해와 응축은 액체에서 고체까지 매우 많은 양의 고분자 제품, 실리콘을 생산하는 데 사용된다.
‘삼성반도체이야기’에 따르면 반도체 집적회로의 핵심 재료인 웨이퍼는 모래에서 추출한 규소로 만들어지며 규소를 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액을 만들고, 실리콘 기둥인 잉곳(ingot)을 만들어 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 자르면 웨이퍼가 된다.
규소는 반도체 탄생에 필수 물질로 미국 캘리포니아주 첨단기술 연구단지 이름이 ‘실리콘 밸리’인 것도 규소에서 유래됐다. 반도체 주원료인 실리콘(Silicon)과 연구 단지가 위치한 산타클라라 인근 계곡 ‘밸리(valley)를 합쳐 만들어진 이름이다.
케미컬뉴스 이민준 기자
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[반도체 공정] 왜 실리콘인가?
현재 대부분의 반도체 소자는 Si 기반으로 제작이 된다. 그런데 왜 실리콘으로 반도체를 만드는걸까? intrinsic semiconductor 소재로 Ge도 있지 않은가? Ge와 Si는 어떤 차이가 있기에 우리는 Si를 기반으로 반도체를 제작하고 있는 걸까?
1. Passivation layer 형성이 용이함.
: 반도체를 만드는 공정 내에서는 다양한 물질을 통해 pattern과 thin film을 형성시키는 과정이 반복된다. 이렇게 다양한 layer들이 적층이 된다. 복잡하게 layer들이 적층되기 때문에 상호간의 간섭을 막는 passivation layer 형성이 아주 중요하다. ( 보통 절연 역할을 함 )
따라서, 반도체 소자를 만들 때는 passivation layer를 형성하는 물질을 선택하는 것이 중요하다. 이 passivation layer는 CTE, 접착성 등 기판 특성과 유사한 소재 선정이 필요하다.
Si 기반 반도체에서는 이 passivation layer를 보통 SiO2를 통해 해결할 수 있다. SiO2는 훌륭한 절연성과 ( 최신 기기까지 적용되는 수준은 아니지만…) Si 기판에 적층했을 때 우수한 특성을 가지고 있고, 형성이 상대적으로 용이하다.
Si를 대체할 수 있는 intrinsic semicontuctor material 로써는 대표적으로 Ge가 있다. Ge의 경우, 산화막이 SiO2에 비해서 특성이 좋지 않을 뿐 만 아니라, 안정하지 못하다. 따라서 다른 passivation layer 소재를 선택해야하고, 이는 공정에서 불리하다.
2. BandGap이 적당함
: Si 의 bandgap은 1.12eV, Ge의 banagap은 0.67eV로 Ge보다 Si가 더 높은 bandgap을 가지고 있다. Bandgap이 너무 낮을 경우, 구동 온도가 낮아진다. (적은 열로도 전자의 전이가 가능해지므로) 이는 구동온도가 낮아진다는 단점을 안게된다. 실제로, Si의 경우 구동온도는 ~150’C 정도이지만, Ge의 구동온도는 ~100’C이다. 더 높은 구동온도를 가진 Si는 더 많은 구동 환경에서 작동할 수 있다.
3. 비용
: Si, Ge 모두 우주에서 따지면 얼마 되지 않는 원소이다. 하지만, Si는 지구에 아주 풍부한 원소 중 하나이다. 따라서 Ge에 비해 Si를 생산하는 비용이 상대적으로 저렴하다. (약 10배정도 더 저렴함)
4. 녹는점이 높다.
: Si는 Ge에 비해 녹는점이 높다. 이는 더 높은 공정온도를 활용하여 반도체 소자를 제작할 수 있기 때문에 공정적인 측면에서 더 유리하다.
위와 같이 Si는 Ge에 비해서 비용, 특성에서 모두 Ge보다 우위를 차지하고 있다. 첫 반도체 소자는 Ge로 만들어졌지만 현재 대부분의 반도체 소자는 이러한 이유에 비롯하여 Si 기반으로 제작되고 있다.
[생활 속 화학 이야기] 반도체를 만드는 물질, 규소 – 삼성반도체이야기
봄이 시작된다는 입춘이 지나고, 긴 겨울도 어느덧 막바지에 접어들었습니다. 볕이 좋은 봄날이면 창가에 앉아 잠시 여유를 즐기고픈 생각을 하게 되는데요. 이렇게 투명한 유리창을 통해 바깥 풍경을 바라볼 수 있는 건 우리 주변에서 흔히 만날 수 있는 원소인 ‘규소’가 존재하기 때문입니다.
유리창은 규소와 산소의 결합으로 만들어 집니다. 산소와 결합한 규소는 투명한 성질을 갖게 되어 이를 이용해서 유리를 만드는 것인데요. 유리 외에도 생활 속에서 규소를 만날 수 있는 곳이 하나 더 있습니다. 바로 컴퓨터, TV, 스마트폰 등에 쏙쏙 들어가 있는 ‘반도체’의 주원료가 규소라는 사실!
이렇게 평소 낯설게 느껴졌던 규소는 사실 우리의 삶 곳곳에서 밀접한 연관을 맺고 있습니다. 투명한 유리잔으로 시원한 물 한 잔을 마실 수 있는 것도, 컴퓨터와 스마트폰을 통해 더 빠르고 편리한 세상을 만날 수 있는 것도 모두 규소 덕분인데요,
오늘은 우리의 생활 곳곳에 숨어 있는 화학물질 중 반도체를 만드는 물질, ‘규소(실리콘)’에 대해 자세히 알아보겠습니다.
■ 지각 구성 물질 중 산소 다음으로 풍부한 ‘규소’
규소(실리콘, Silicon)의 Silicon이라는 이름은 라틴어로 부싯돌을 의미하는 ‘silex’와 탄소의 영문명인 carbon의 ‘on’이 합쳐져 탄생했습니다. 또한 한자식 표현 규소(硅素)는 ‘유리를 만드는 흙의 원소’라는 뜻인데요,
이렇게 이름에서도 알 수 있듯이 규소는 부싯돌이나 흙, 그리고 모래에 가장 많이 들어있습니다. 이 때문에 규소는 지각에서 산소 다음으로 풍부한 원소로, 지각 무게의 약 25% 이상을 차지하는 것으로 추정되고 있습니다.
규소(실리콘, Silicon)는 원자번호 14번의 원소로, 원소 기호는 Si입니다. 탄소와 비슷한 성질을 가지고 있어서 주기율표에서 탄소 아래에 위치해 있는데요. 하지만 규소는 탄소와 달리 금속과 비금속의 특성을 모두 갖는 준금속으로 반도체적 성질을 가지고 있습니다.
그렇다면 이런 특징을 가진 규소는 어느 곳에 이용되고 있을까요?
■ 반도체는 모래에서 나온다
규소가 사용되는 대표적인 곳은 역시 ‘반도체‘입니다. 반도체는 전기가 잘 흐르는 물진인 ‘도체’와 전기가 흐르지 않는 물질인 ‘부도체’의 중간 성질을 가지고 있는데요. 평소에는 부도체처럼 전기가 잘 통하지 않지만, 불순물이 섞이거나 빛 혹은 열을 가하면 전기가 통하는 성질이 생기게 됩니다.
준금속인 규소는 이러한 성질에 적합하기 때문에 반도체 산업에서 가장 많이 이용되고 있습니다. 또한 규소는 지구상에 풍부하게 존재해 안정적으로 얻을 수 있고, 독성이 없어 환경적으로 우수하다는 장점이 있는데요. 이것이 바로 반도체의 주원료가 될 수 있었던 또 다른 이유랍니다.
이처럼 반도체 집적회로의 핵심 재료인 웨이퍼는 모래에서 추출한 규소로 만들어 집니다. 모래에서 추출한 실리콘은 반도체 원료로 쓰이기 위해 정제 과정이 필요한데요, 규소를 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액을 만들고 이것으로 실리콘 기둥, 즉 잉곳(ingot)을 만듭니다. 이 잉곳을 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 절단하면 웨이퍼가 탄생하는 것이죠!
이렇게 탄생한 웨이퍼는 전기가 통하지 않는 순수 상태이기 때문에 반도체적 성질을 갖도록 웨이퍼 표면에 여러 물질을 형성시킨 후, 설계 회로 모양대로 깎고 다시 물질을 입혀 깎는 작업을 반복해 반도체 집적회로로 탄생하게 됩니다.
이처럼 규소는 반도체 탄생에 꼭 필요한 물질인데요, 이러한 특성으로 인해 미국 캘리포니아주에 위치한 첨단기술 연구단지 ‘실리콘 밸리(Silicon Valley)’의 이름도 규소에서 유래됐습니다. 반도체의 주원료인 ‘실리콘(silicon)’과 연구단지가 위치한 산타클라라 인근 계곡 ‘밸리(valley)’를 합쳐서 탄생된 이름이라고 합니다.
■ 반짝반짝 빛나는 보석 크리스털
반도체 외에도 우리 생활 속에서 규소를 만날 수 있는 곳은 매우 많습니다. 먼저 반짝반짝 빛나는 보석인 수정(크리스털)이 대표적인데요. 수정은 규산염의 한 형태로 규소와 산소로 이루어져 있습니다. 여기에 약간의 불순물이 섞이면 자수정과 같은 아름다운 색을 띄게 되는 것입니다.
또한 규소는 철, 구리, 알루미늄 등과 합금을 만드는데 더 많이 사용됩니다. 규소 합금은 우리 주변의 전선, 전화선 및 용접과 자동차 부품에도 사용되는데요. 내부식성이 좋기 때문에 건축물 및 다리, 선박 등 교통기관 제작에도 사용되고 있습니다.
그렇다면 우리가 흔히 알고 있는 ‘silicone’과 ‘silicon’은 같은 의미일까요? 두 용어는 비슷해 보이지만 화학적으로 엄밀히 구별됩니다.
위에서 설명한 것처럼 silicon은 원자번호 14번 규소를 의미하고, silicone은 규소와 산소로 이루어진 고분자 화합물입니다. 즉 ‘silicone’이라 불리는 유기 규소 화합물을 만드는 원료 물질로 규소(silicon)가 사용되는 것입니다. 여기서 silicone은 주로 콘텍트렌즈의 재료, 접착제, 성형수술에 사용되는 보형물 등으로 사용되는데요, 여러분이 흔히 알고 있는 실리콘(silicone)이 이것을 칭하는 말이랍니다.
동에 번쩍 서에 번쩍 다양한 형태로 사용되는 규소의 쓰임새, 알고 보니 놀랍지 않나요? 평소에는 잘 알지 못했지만, 규소는 우리 생활 곳곳에서 폭넓게 이용되고 있었는데요, 이처럼 규소는 우리 생활에 편리함과 즐거움을 더해줄 소중한 존재랍니다.
반도체 소재 실리콘웨이퍼 1분기 출하량, 역대 최대
[테크월드뉴스=노태민 기자] 올해 1분기 반도체 소재인 실리콘 웨이퍼의 출하량이 분기 기준 역대 최대치를 기록했다.3일 SEMI(국제반도체장비재료협회)에 따르면 1분기 실리콘 웨이퍼 출하 면적은 36억 7900만in²다. 지난 분기보다 0.9% 증가했고, 지난해 동기보다 10.2% 늘어난 수치다.
SEMI측은 “기록적인 1분기 실리콘 출하량은 반도체 산업 내 모든 영역이 지속적으로 성장하고 있다는 것을 보여준다”며 “실리콘 웨이퍼는 타이트하게 공급되고 있으며, 새로운 팹에 대한 투자로 공급에 제약이 생길 수 있다”고 전망했다.
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