[Chapter 1] 1.3 반도체 결정의 성장(2)

결정 성장시 고체 내 원자의 배열의 흐트러짐은

반도체 생산시 전기적 특성에 영향을 미치게 됩니다.

 

하지만 우리가 앞서 이야기 했던 결정격자 부분에서

완벽한 단결정의 재료를 만드는 것은 매우 어렵다라고 말했었습니다.

 

그 이유로 

1. 격자 진동 (Lattice vibration)

완벽한 단결정 내에서 원자들은 격자상수 만큼의 일정한 거리를 유지하면서 격자내에서 위치하지만

열에너지에 의한 진동을 하게 되어 일정거리를 유지할 수 없게 됩니다.

이로 인해 완벽한 단결정은 거의 불가능합니다.

 

2. 결함 (Defect)

1) 점결함 (Point defect)

점결함에는 정 위치에 있어야할 원자가 없는 Vacancy,

격자 위치 사이에 원자가 존재하는 Interstitial 

두 종류가 있다. 

 

위 두가지 경우로 인하여 원자의 완벽한 배열을 깨고,

원자간 이상적인 화학결합을 방해하여

전기적 특성에 영향을 끼치게 됩니다. 

 

Vacancy            같은 원자         Interstitial

Vacancy            다른 원자              Interstitial

 

2) 선결함 (Line defect)

a. Edge Dislocation (칼날 전위)

원자의 전체 열이 정상적인 격자 위치에서 누락되는 현상입니다.

누락되는 부분의 위쪽은 압축력을 받고 누락된 부분은 인장력을 받게 됩니다.

 

b. Screw Dislocation (나선 전위)

나선 전위는 칼날 전위에서 Slip 면을 중심으로 위아래가 밀리면서 

다른 면끼리 접하면서 면 하나가 남는 경우를 말합니다.

 

 

결함에서 중요한 변위량은 버거스 벡터(Burgers Vector)입니다.

L - 전위선 벡터, b - 버거스 벡터

버거스 벡터는 결함이 발생된 면에 의해 생겨난 변위량을 나타내는 벡터입니다.

격자가 어긋난 정도의 방향과 크기를 나타내는 역할을 합니다.

위 그리과 같이 전위선 벡터와 버거스 벡터는

칼날 전위에서는 수직이고, 나선 전위에서는 평행한 방향입니다.

보통 고체의 경우 벡터의 크기는 원자간의 거리이고 방향은 원자가 조밀하게 구성된 방향입니다.

 

3) Grain boundary (결정립계)

 

결정립계는 이전에 이야기 했듯이 다결정내에서 작은 단결정들 사이에 존재하는 면입니다.

이 면에서는 원자 불일치가 일어납니다. 양 옆면에 비해서 불규칙적인 구조이기때문에 

전기적 특성에 영향을 주게 됩니다.

 

이외에도 특수한 결함이 있는데

이온 결정의 경우 전기적 중성이 유지되어야 한다는 점에서 

Frenkel defect, schottky defect이 있습니다. 

1. Frenkel 결함

그림에서와 같이 원래 격자 자리에서 벗어나 격자점 사이의 위치로 이동하여,

격자 빈자리와 틈새형 이온이 생기는 결함입니다.

 

2. Schottky 결함

이온 결정이 양이온과 음이온을 짝으로 잃어버려서 2개의 빈자리가 형성되는 것입니다.