생각하는 공대생

보일의 법칙 (Boyle's law) 보일의 법칙(Boyle's law)이란 기체의 부피-압력 간의 상관관계를 제시한 법칙이다. 일정한 온도에서, 기체의 부피는 압력에 반비례한다. ( k는 비례상수)비례상수 k의 값은 온도와 기체의 양에 의존한다. (온도와 기체의 몰수는 일정)

활성화 에너지 (Activation Energy) 활성화 에너지(Activation Energy)란 화학반응이 진행되기 위해 필요한 최소한의 에너지를 말한다. 반응물질들이 모두 존재한다고 해서 화학반응이 진행되는 것은 아니다. 화학반응이 진행되려면 입자간의 유효충돌이 많아야 하고 이를 위해 입자가 일정한 양 이상의 에너지를 가지고 있어야 하는데, 이 일정한 에너지가 바로 활성화 에너지이다. 쉽게말해 활성화 에너지란 한 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 넘어가기위한 언덕이라고 생각하면 된다. 공급된 에너지가 화학 반응을 유도하기 위해서는 반응물이 가지고 있는 화학결합을 끊어야 한다. 반응물은 종류에 따라 다양한 화학 결합을 가지고 있고 그 화학 결합의 종류에 따라 다른 결합 에너지를 가지고 있다. 만약 ..

pn 접합 (pn junction) pn 접합(pn junction)이란 p-type 반도체와 n-type 반도체를 접합한 구조이다. p-type의 majority carrier은 정공이고 n-type의 majority carrier은 전자이기 때문에 이들의 농도차로 인해 확산(diffusion)이 일어난다. 이때 p-n 접합부에서는 전자(electron)와 정공(hole)이 서로 상쇄되어 공핍층(depletion layer)이 형성된다. 공핍층 안에서 n형 반도체 쪽은 donor 양이온이 많아 (＋)으로, p형 반도체 쪽은 acceptor 음이온이 많아 (ー)으로 대전되기 때문에 내부에 전기장(Electric field)이 발생하며 이에따른 전위차가 발생하게 된다. 여기서 주의할 점은 전자와 정공만이 ..

몰 농도(molarity, M)와 몰랄 농도(molrality, m) 몰 농도란 용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 몰수로, 단위는 M 또는 mol/L를 사용한다. Ex) 0.1 M NaOH 수용액은 물 1 L에 NaOH 0.1 mol (4 g)을 녹여 만든 용액이다. (용액의 부피이므로 용매인 물뿐만 아니라 용해된 NaOH의 부피까지 고려해야하지만, 매우 작은 값이기 때문에 편의상 무시하고 계산한다) 여기서 주의할 점은 온도가 변하면 용액의 부피가 변할 수 있기때문에 몰농도 또한 변할 수 있다는 것이다. 몰랄 농도는 이러한 단점을 보완할 수 있는 단위로, 용매 1kg 속에 녹아 있는 용질의 몰수로 나타낸다. 단위는 m, mol/kg를 사용한다. Ex) 0.1 m NaOH 수용액은 물 1 kg에 NaOH ..

삼투현상(Osmosis) 서로 다른 농도를 가진 두 용액 사이를 용매는 통과시키나 용질을 통과시키지 않는 반투과성막(semipermeable membrane)으로 막아놓았을 때, 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 용매가 이동하는 현상을 삼투 현상(osmosis)이라고 한다. 이 현상으로 생기는 압력이 바로 삼투압이다. 사실 액체들의 농도 차이가 줄어드는 것은 삼투 현상의 결과이고, 일어나는 직접적인 원인은 액체 간 압력 차이이다. 용매 분자들은 매우 작은크기로 인해 반투막을 통과할 수 있다. 그러나 용질 분자들은 아무리 크기가 작다고 하더라도 용매분자들이 녹이기 위해 주위를 둘러싸기 때문에 크기가 커져 반투막을 통과하지 못한다. 대표적으로 물을 예시로 들자면 물 분자들은 염화나트륨(NaCl)이나 설탕 분자..

Damascene 공법 Damascene 공법은 식각을 진행 한 후 식각된 부위에 물질을 증착한 후 표면을 갈아내는 상감기법이다. 여기서 Barrier로 사용되는 물질은 주로 Ti/TiN 또는 SiN을 사용한다. 또한, Step Coverage 향상을 위해 CVD로 증착을 진행한다. Barrier의 역할은 다음과 같다. 1. 금속과 실리콘 간의 확산을 방지 (Cu의 단점인 확산 방지) 2. Void가 생겨도 전기적 연결이 끊기지 않게 전자의 추가적인 경로 역할 (저항이 증가한다는 단점이 있음)

Electromigration Electromigration이란 얇은 박막(thin film)이나 wire형태의 전도체에 높은 전류밀도가 가해질 때 Mass transport가 일어나는 현상이다. 이로 인하여 hillock, bridge나 void 같은 defect이 생겨 device의 성능저하를 초래한다. Electronmigration이 일어나는 대표적인 2가지 mechanism은 다음과 같다. (1) Electron Wind Force 높은 전류 밀도에서, 전자(electron)는 금속 이온(metal ion)에 충분한 momentum을 가하여 양극(anode)쪽으로 이동하도록 할 수있다. Net flux of metal ions toward the anode는 다음과 같다. z* = effecti..

Junction Spiking 현상 Junction Spiking이란, 높은 온도의 반도체 공정에서 Al과 Si가 activity difference에 의해 interdiffuse(상호 확산) 되면서 발생하는 현상이다. 만약 Si에 defect이 존재한다면 이러한 현상은 더욱 심해지며, device에 short를 일으켜 오작동하게 만든다. Junction Spiking 해결법 Junction Spiking을 방지하기 위해서는 Al 내에 1%의 Si를 첨가한 합금(alloy)을 사용하면 된다. 첨가한 Si는 substrate에서 Si의 outdiffusion을 방지하는 역할을 한다. 그러나 반도체 공정에서 cooling & heating cycle을 반복하는 동안 Si의 solubility가 감소하여 gr..

Packaging 공정 반도체 칩(IC)는 기판이나 전자기기의 구성품으로서 필요한 위치에 장착되고 외부 충격으로부터 보호되어야 한다. 때문에, 그에 적합한 모양으로 전기적인 포장(Packaging)을 하는것 또한 매우 중요하다. 즉, 패키징(Packaging)은 상호배선, 전력공급, 방열, IC보호 의 역할을 수행한다. 특히, 고온, 고습, 화학약품, 진동, 충격 등 다양한 외부환경으로부터 제작된 IC를 안전하게 보호할 수 있어야 한다. 먼저, EDS Test에서 Ingking 공정을 거친 웨이퍼를 다이아몬드 절단기로 잘라 낱개의 칩으로 분리한다. 절단된 칩들은 리드 프레임(Lead Frame) 또는 PCB(Printed Circuit Board) 위에 올려 전기적 연결을 수행하는 Ball을 달게 된다...

EDS(Electrical Die Sorting) 공정 EDS란 Electrical Die Sorting의 준말로 웨이퍼 상태에서 다양한 검사를 통해 각 칩들의 상태를 확인하는 과정이다. 이 과정을 통해 웨이퍼 제조 공정상의 문제점이나 설계상의 문제점을 수정하고 공정 및 설계 과정에 피드백을 통해 수율(Yield)을 증가시킬 수 있다. 반도체 제조 공정에서 수율이란 웨이퍼 한 장에서 생산된 chip의 수 대비 정상작동하는 chip의 수를 뜻한다. 수율(Yield) = (정상 작동하는 chip 갯수)/(전체 생산된 chip 갯수)(검은 색 칠한 부분은 사용하지 못하는 칩 조금 심화 과정으로 들어가자면, 머피의 수율모델(Murphy's yield integral)에 따르면 반도체의 수율은 아래의 2변수함수로..