반도체란 무엇인가?
반도체 소자는 전기 전도를 이용하지만, 구리와 같은 도체와 유리와 같은 절연체의 중간적인 특성을 가진 전자 부품입니다. 이러한 소자는 기체 상태나 진공에서의 열전자 방출과는 달리 고체 상태에서 전기 전도를 이용하며, 대부분의 현대 응용 분야에서 진공관을 대체하고 있습니다.
반도체는 집적회로 칩에 가장 많이 사용됩니다. 휴대폰과 태블릿을 포함한 현대의 컴퓨팅 기기는 수십억 개의 작은 반도체가 하나의 칩에 결합되어 있고, 이 모든 반도체가 하나의 반도체 웨이퍼에 상호 연결되어 있습니다.
반도체의 전도도는 전기장이나 자기장을 도입하거나, 빛이나 열에 노출시키거나, 도핑된 단결정 실리콘 그리드의 기계적 변형을 이용하는 등 여러 가지 방법으로 조작할 수 있습니다. 기술적 설명은 매우 자세하지만, 반도체 조작이야말로 오늘날의 디지털 혁명을 가능하게 한 핵심입니다.
반도체에서 알루미늄은 어떻게 사용되나요?
알루미늄은 반도체와 마이크로칩에 사용되는 주요 소재로 자리매김하는 여러 가지 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 알루미늄은 반도체의 주요 구성 요소인 이산화규소(실리콘 밸리라는 이름이 유래된 곳)와의 접착력이 뛰어납니다. 전기 저항이 낮고 와이어 본드와의 접촉이 우수하다는 전기적 특성 또한 알루미늄의 또 다른 장점입니다. 또한, 반도체 제조의 핵심 단계인 건식 에칭 공정에서 알루미늄을 구조화하기 쉽다는 점도 중요합니다. 구리나 은과 같은 다른 금속들은 내식성과 전기적 강도가 더 뛰어나지만 알루미늄보다 훨씬 비쌉니다.
반도체 제조에서 알루미늄이 가장 널리 사용되는 분야 중 하나는 스퍼터링 기술입니다. 마이크로프로세서 웨이퍼에 나노 두께의 고순도 금속과 실리콘을 얇게 증착하는 것은 스퍼터링이라고 하는 물리 기상 증착 공정을 통해 이루어집니다. 타겟에서 재료를 추출하여 진공 챔버에서 실리콘 기판 층에 증착합니다. 진공 챔버에는 공정을 용이하게 하기 위한 가스(일반적으로 아르곤과 같은 불활성 가스)가 채워져 있습니다.
이러한 타겟의 백킹 플레이트는 탄탈륨, 구리, 티타늄, 텅스텐 또는 99.9999% 순도의 알루미늄과 같은 고순도 증착 재료를 표면에 접합한 알루미늄으로 제작됩니다. 기판의 전도성 표면을 광전식 또는 화학적 에칭하여 반도체 기능에 사용되는 미세 회로 패턴을 생성합니다.
반도체 공정에서 가장 흔한 알루미늄 합금은 6061입니다. 합금의 최상의 성능을 보장하기 위해 일반적으로 금속 표면에 보호용 양극산화층을 적용하여 내식성을 높입니다.
반도체 소자는 매우 정밀하기 때문에 부식 및 기타 문제를 면밀히 모니터링해야 합니다. 반도체 소자의 부식에 영향을 미치는 여러 요인이 발견되었는데, 예를 들어 플라스틱 포장재가 그 예입니다.