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탄화규소 반도체의 성능 향상에 성공
  • 편집부
  • 등록 2004-07-24 14:21:26
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일본 원자력 연구소(日本原子力硏究所)와 독립 행정법인인 산업기술종합연구소(獨立行政法人 産業技術總合硏究所)가 탄화규소 반도체를 기판으로 하는 트랜지스터(반도체 소자)를 개발, 성능 지표인 채널 이동도(전자가 움직이기 쉬운 정도를 나타내는 척도)에 대해 실용화에 필요한 200cm2/Vs의 벽을 넘어, 230cm2/Vs라는 세계 최고 성능을 달성했다. 탄화규소(SiC) 반도체에 의해 기존 실리콘(Si) 반도체를 능가하는 소형으로 전력 손실이 적은 반도체 소자가 실현 가능해지고, 전력, 철도, 가전 등 여러 분야에서 전력 제어용 소자로 응용하거나, 우주, 원자력 시설에서 사용하는 방사선에 강한 반도체 소자에의 응용이 기대되는 성과이다. SiC는 Si와 탄소(C) 원소로 구성되어 원소의 반복 배열 패턴이 다른 결정형이 다수 존재한다. 그 중에서 입방정(立方晶) 단결정은 전기적 특성이 가장 우수하지만 고품질 결정의 육성이 곤란하고, 결정 성장 기술의 개발이 요구되고 있었다. SiC 소자의 제작에서, pn 접합 형성에 반드시 필요한 전기 전도형태의 제어와 양질의 절연막 형성 기술개발이 소자 실현의 열쇠가 되어왔다. 일본 원자력연구소 및 산업기술 종합연구소에서는 SiC 기판 상에 고품질 단결정의 육성 기술을 산업기술 종합연구소에서 트랜지스터 제작 기술의 개발을 원자력 연구소에서 분담하는 공동 연구를 2002년 7월부터 진행해 이러한 과제 극복을 진행했다. 그 결과, 산업기술 종합연구소는 입방정 SiC 기판(HOYA Advanced Semiconductor 제공)위에 원료 가스를 열분해해 성분 원소를 기판 상에 퇴적시키는 화학 기상 성장법(CVD법)을 이용해 조건의 최적화를 진행시켜 고품질의 p형 입방정막을 성장시키는 것에 성공했다. 일본 원자력연구소는 그 단결정막에 고온에서의 이온 주입에 의해 불순물을 첨가해 부분적으로 n형 영역을 만들어 수소를 연소시키면서 실시하는 산화기술에 의해 양질의 절연 산화막을 형성하여 기술적 과제를 해결, 고성능 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 제작에 성공했다.

 

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