반도체 보너스1 High-K의 모든 것(MOSFET, 커패시터). 밸류체인

산업공부/반도체

시위를 벗어난 화살처럼 2023. 7. 4. 10:18

컴퓨터가 발명된 초기, 애니악은 파이 값을 계산하는데 70시간이 걸린 반면,

최근의 스마트폰으로 파이 값을 계산하면 0.05초면 됨.

이게 반도체 셀 하나임.

게이트가 스위치. 게이트에 전압을 가하면 소스에서 드레인으로 전류가 흐름.

산화막은 절연체 역할

거의 모든 전자제품은 이것이 들어가 있음.

소스에서 드레인으로 전류가 흐름.

드레인에서 커패시터로 전하가 저장됨

전하를 많이 저장하기 위해 유전막 소재로 high-k 소재를 사용

미세화가 진행될수록 소스와 드레인 사이의 간격이 점점 좁아짐.

드레인의 폭이 좁아지면서 커패시터의 밑면의 크기도 줄어듬.

동일한 전하를 저장하려면 커패시터의 폭이 줄었으므로 길이를 더 길게 해야되는데,

이게 힘들면 유전율이 높은 소재를 사용해 더 많은 전하를 저장할 수 있도록 해주어야 함.

참고 : 종횡비. 커패시터에 유전율이 높은 물질을 사용하는 이유
반도체 용어 - 종횡비 (A/R) : 네이버 블로그 (naver.com)

유전율은 전하를 저장하는 능력이라고 말할 수 있는데,

미세화가 진행될수록 커패시터는 점점 작아져 전하를 저장할 수 있는 능력이 점점 줄어들 수 밖에 없음. 구속된 전하가 떨어져 나가기 쉽다는 것. 이것을 막기 위해 커패시터를 High-k 소재로 (유전율이 높은 물질로) 증착시켜줌.

이런 증착에 필요한 장비를 만드는 회사가 유진테크, 주성엔지니어링 등 증착 장비 업체임.

디램은 커패시터에 전하가 오래 남아있어야 함. 이것이 곧 성능.

ZrO2는 밴드갭이 작아 (도체에 가까움 = 자유전하가 떨어져 나갈 가능성 큼) 누설전류 발생하는 반면

Al2O3는 밴드갭이 높음(절연 성능이 커짐 = 누설전류를 막음). 대신 유전율이 작음.

그래서 둘을 결합해 유전율을 적당하게 만듬

일반적인 전구체를 커패시터 표면에 증착시키면 유전율이 3.9밖에 안됨. 커패시터에 전하를 많이 저장할 수 없음.

반면 ZAZ를 표면에 증착시키면 유전율이 25정도 되어서 SiO2대비 매우 많은 전하를 커패시터에 저장 할 수 있음.

현재는 ZAZ 소재를 이용하고 있으나 더 많은 전하를 저장하기 위해 앞으로는 TiO2 소재로 넘어가려 함.

Ti : 티타늄

과거에는 이런 소재들을 미국이나 일본이 독점했었음.

그러나 최근엔 한국 기업들이 이런 소재를 만들고 있음.

전구체 : 결합해서 새로운 물질이 되는 것 (반응하기 전 상태의 물질을 전구체라 이해하면 될 듯)

솔브레인 : 식각소재 만드는 기업인데, 많은 공정 물질에 사업을 하고 있음.

High-K 소재는 앞으로 더 많이 사용할 수 밖에 없음.

그러니 이런 소재를 만드는 회사들을 잘 봐야 함.

이와 관련된 이슈가 나오면 이들 기업을 공부했다가 투자하면 될 것.

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