안녕하세요, 이번에는 반도체 종류에 대해서 이야기하겠습니다. 

목차

1. 반도체와 캐리어 모델링
2. 캐리어의 움직임
3. PN 접합 다이오드
4. 쌍극성접합 트랜지스터
5. 전계효과 소자
6. 반도체의 8대공정
7. 연산증폭기 

무어의 법칙

Moore's Law: 무어의 법칙
전기전자학부 학생이면 절대 모를 일이 없는 법칙입니다. #of transistors on IC doubles roughly in 2 years 
예를 들어 1990년대 IC칩의 L 길이는 1um였습니다. 그리고 2000년이 되었을 때 L=130nm가 되었습니다. 
같은 면적에 트랜지스터가 몇십배나 더 들어갈 수 있게 된거죠. 무어의 법칙은 최근들어 길이가 너무 작아져서 그 법칙이 깨졌지만 몇가지 시사점을 안깁니다. 

그중 하나는  반도체의 크기는 줄일수록 좋다.  입니다. 
우리가 어떤 MOSFET을 가정해서 보았을 때 이것의 크기를 일정 비율로 줄인다고 하게 되면 모든 값들이 영향을 받게 됩니다. 전력소모는 줄인 크기의 제곱만큼 영향을 받고 digital circuit delay 또한 줄인 크기만큼 줄게 됩니다. 즉, 더 빠르게 더 전력소모를 적게 회로를 구성할 수 있는 것입니다. 따라서 반도체의 크기를 줄이는 시도는 여전히 이어지고 있고 우리가 흔히 뉴스에서 보는 nm를 줄이는 공정이 바로 이 L 값을 이야기하는 것입니다. 

반도체의 시장 

반도체를 구분하는 방법은 여러가지가 있습니다. 일단 메모리와 비메모리로 나눕니다. 메모리 반도체는 잠시후에 깊게 다룰 예정이고 비메모리 반도체는 이미지센서, CPU, API 등을 이야기합니다. 정보처리를 주로 다루며 반도체 시장의 70%를 차지합니다. 메모리 반도체는 삼성전자가 주력으로 담당하는 분야로 메모리 반도체는 RAM ROM/ volatile non-volatile/ static,dynamic memory 로 여러 방법으로 나눌 수 있습니다, 

1. RAM vs ROM

RAM은 휘발성 메모리 Random access memory의 줄임말로 저장된 요소를 읽고 쓰고 할 수 있는 것을 이야기합니다. 전원이 꺼지면 정보가 사라집니다. 

ROM은 Read-Only memory로 비휘발성 메모리입니다. 읽기전용 메모리이며,  정보가 오랫동안 저장됩니다. 

2.Volatile/non-Volatile

Volatile은 전력이 없으면 데이터를 지웁니다. non-volatile은 반대겠죠. 

3.static/ dynamic

static은 전력이 공급되고 있을 때 데이터를 계속해서 저장하고 있는 것이고 

dynamic은 주기적으로 재활성화를 하지 않으면 데이터가 초기화 됩니다. 

컴퓨터 메모리 구조 

Access time 빠른 순서대로 Register (Flip Flop) - Cache (SRAM) - On-Board Memory (DRAM) - OFF board memory (Flash disk, Magnetic hard drive)  이며 

반대로 storage capacity는 반대입니다. 왼쪽이 제일 작고 오른쪽이 제일 큽니다. 

그럼 SRAM과 DRAM을 보겠습니다. 

1. SRAM 

Static, volatile memory 입니다. 

 Hold mode, write mode, read mode 세가지가 있습니다.

2.DRAM

dynamic volatile memory입니다. 커패시터로 구성되어 있어 시간이 지나면 데이터가 바뀌게 됩니다. 따라서 주기적으로 refresh 해야합니다. 삼성전자에서 제일 잘 하는 반도체이기도 합니다. 

간단하게 반도체들의 종류를 보았습니다. 산업보다는 종류를 보았는데 다음에는 반도체 시장을 조사해보겠습니다.

안녕하세요, 이번에는 연산증폭기에 대해 이야기하겠습니다. 

목차

1. 반도체와 캐리어 모델링
2. 캐리어의 움직임
3. PN 접합 다이오드
4. 쌍극성접합 트랜지스터
5. 전계효과 소자
6. 반도체의 8대공정
7. 연산증폭기 

연산증폭기

연산증폭기는 두 개의 차동 입력과, 대개 한 개의 단일 출력을 가지는 직류  연결형  고이득 전압 증폭기입니다. 

• :V+ 비반전 신호 입력
• V−: 반전 신호 입력
• Vout: 출력
• VS+: 양의 전원 공급 전압
• VS-: 음의 전원 공급 전압

opamp의 출력 함수는 다음과 같이 정의됩니다. 

이제 이 연산증폭기를 가지고 회로를 구성해보겠습니다. 

반전증폭기

반전 증폭기는 말 그대로 입력의 부호를 반전시켜 증폭시킨 후 출력하는 역할을 가집니다. 

비반전증폭기

비반전 증폭기는 Vin 값을 증폭시켜 출력합니다. 

이 외에도 증폭기를 활용해 다양한 출력값을 낼 수 있습니다. 간단하게 다루므로 자세하게 원하신다면 전자회로 책을 찾아보는 것을 추천드립니다. 

안녕하세요, 이번에는 반도체의 8대 공정에 대해 이야기하겠습니다. 반도체 8대 공정은 아마.. 반도체에 관심있는 분이라면 다 한번씩 들어봅했을 내용입니다. 

목차

1. 반도체와 캐리어 모델링
2. 캐리어의 움직임
3. PN 접합 다이오드
4. 쌍극성접합 트랜지스터
5. 전계효과 소자
6. 반도체의 8대공정
7. 연산증폭기 

1. 웨이퍼 제조공정 

- 웨이퍼는 반도체 집적 회로를 올리기 위한 기본입니다 . 실리콘 잉곳을 만들어서 이를 연마해서 제작합니다. 

2. 산화 공정

산화 공정은 SiO2를 만들기 위해 진행합니다. SiO2는 절연막을 형성해서 전류가 흐르지 못하게 합니다. 

산화에는 건식과 습식산화가 있습니다. 건식 산화는 모스펫에서 중요한 절연 영역을 형성하는데 사용합니다. MOSFET 부분을 보시면 SiO2가 게이트의 절연막으로 쓰인다는 사실을 볼 수 있습니다. 습식 산화는 더 빠른 속도로 일어나므로 두꺼운 산화막 형성에 사용됩니다. 이 과정을 연구실에서 본 적이 있었는데 주로 확산이나 이온주입 방식으로 산화시킵니다. 

3. 포토공정
웨이퍼 위에 회로를 그리는 과정을 포토공정, 리소그래피라고 합니다. 포토마스크를 그리고 노광을 통해 회로를 만듭니다. 빛에 반응하는 감광액을 통해 원하는 부분만 제거할 수 있는 기술입니다. 

ASML이 이 장비로 유명합니다. 

4.식각공정

식각공정은 필요한 부분을 제외하고 제거하는 공정부분입니다. 

5.증착과 이온주입 공정 
바깥으로 소자구조를 연결시키기 위해 금속층의 증착이 요구됩니다. 이에 물질의 상호확산을 막고 오염으로부터 회로를 보호하기 위해 증착이라는 과정을 합니다. 

이온주입공정은 말 그대로, 도핑하는 단계입니다. 이온을 넣어 불순형 반도체를 만듭니다. 

6. 금속배선 공정 
금속 배선을 통해 회로에 선을 깝니다. 금속을 통해 전자가 흐르므로 잘못 연결하면 회로가 다 꼬입니다. 

7. EDS 공정 8. 패키지 공정 

그 후 EDS 공정을 통해 품질을 검사하고 패키징을 합니다. 

간단하게 반도체의 8대 공정을 알아보았습니다. 

안녕하세요, 이번에는 전계효과소자 에 관해서 이야기하겠습니다. 전계효과소자 특히 MOSFET은 가장 기본적인 회로 구현 단위로 크기가 작아, 저비용 고집적 회로를 제작할 수 있으며 전력 소모가 적고 속도가 바르므로 고주파 대역의 신호를 사용하는 칩등에 사용됩니다. 

목차

1. 반도체와 캐리어 모델링
2. 캐리어의 움직임
3. PN 접합 다이오드
4. 쌍극성접합 트랜지스터
5. 전계효과 소자
6. 반도체의 8대공정
7. 연산증폭기 

전계효과 소자 FET 

전계효과 소자는  bipolar transistor 과 다르게 carrier이 오직 하나입니다. 

mosfet의 구조는 위와 같습니다. gate 부분에서 전압을 통해 소스와 드레인 사이의 통로를 만듭니다. 게이트 산화막 밑 작은 통로가 생기고 이를 통해 전류가 흐르게 됩니다. 
FET라는 용어는 Field effect transistor이라는 뜻으로 게이트가 산화막을 통해 전기장을 사용하여 트랜지스터를 키고 끄는 것에 기인했습니다. 
MOSFET은 게이트 전압에 따라 꺼지거나 켜질 수 있습니다. 마치 하나의 on off 스위치처럼 이용할 수 있습니다. 

상보형 MOS 기술 

위 이미지는 소스와 드레인을 N으로 도핑한 만큼 NFET이라고 부릅니다. 전도채널에 전자가 풍부하여 N채널이라고 부르며 P패널은 반대입니다. 이때 게이트 전압이 일정 전압으로 올라가게 되면 NFET은 켜지고 PFET은 꺼집니다. 반대로 게이트 전압이 0이 되면 NFET은 꺼지고 PFET은 켜집니다. 이를 활용해 NFET과 PFET을 이용해 CMOS 회로를 만들수 있습니다. 아래 그림과 같이 동그라미가 있는 소자를 PFET, 동그라미가 없는 소자를 NFET이라고 합니다. CMOS는 전력소비가 매우적고 간단해서 IC칩의 기본이 되었습니다. 

오늘은 간단하게 FET에 대해 알아보았습니다. 사실은 훨씬 방대한 내용이 있지만 요약 글이다 보니 간단하게 적었습니다. 자세한 내용을 원하면 현대 반도체소자공학, 반도체소자 관련 책을 찾아보는 것을 추천드립니다.