계산전자공학 입문

홍성민 지음

GIST PRESS(광주과학기술원) 2025년 04월 03일 출간 국내도서 : 2025년 03월 31일 출간

작품소개

책소개

계산전자공학의 또 다른 큰 축은 반도체 공정 시뮬레이션이지만, 전작인 「계산전자공학 입문」에서는 다루지 못하였다. 이 책은 반도체 소자를 제조하는 과정에서 필요한 중요한 공정들에 대한 시뮬레이션 기법들을 설명하며 산화 공정, 확산 공정, 이온 주입 공정의 기본 원리들을 소개하고 이들을 컴퓨터 시뮬레이션으로 다루어 본다. 아울러 박막 증착 공정과 식각 공정을 위한 공정 에뮬레이션을 간단히 소개한다. 계산전자공학 분야의 특성상, 실제 수치해석 프로그램을 작성하는 것이 필수적이므로, 이에 대한 적절한 수준의 실습 예제들을 제시하여 피상적인 이해를 뛰어넘을 수 있도록 하였다.
제1장에서는 공정 시뮬레이션 분야의 간단한 역사와 현재의 상태를 설명한다. 2차원/3차원 mesh에 대한 처리와 과도 응답 계산과 같이, 공정 시뮬레이션을 다루다 보면 필수적으로 필요한 수치해석 기법들을 제2장에서 다룬다. 제3장에서는 산화 공정을 다루는데, 먼저 간단한 Deal-Grove 모델에서부터 시작하여 부피 변화를 고려하는 수치해석 모델로 발전해 나간다. 제4장에서는 공정 시뮬레이션의 중요한 분야들 중 하나인 불순물의 확산 현상을 다룬다. 제5장은 이온 주입을 위한 장인데, 먼저 주입된 이온의 분포를 위한 해석적인 식들을 소개한다. 최근에는 소형화된 소자 구조의 정확한 시뮬레이션을 위해 Monte Carlo 기법이 많이 사용되고 있으므로 이에 대해서 간략하게 소개한다. 박막의 증착과 식각은 반도체 공정의 핵심이지만, 구조의 변화가 수반되기 때문에 수치해석으로 다루는 것이 간단하지 않다. 최근에는 level-set 방법을 사용한 공정 에뮬레이션이 널리 사용되고 있으므로, 제6장에서는 구체적인 물리적 모델을 다루지 않고 구조의 변화만을 추적하는 공정 에뮬레이션을 소개한다. 제7장에서는 이 책에서 배운 다양한 기법들을 종합하여 MOSFET 공정을 시뮬레이션해 본다. 마지막으로 제8장은 요약을 한후 미처 다루지 못한 관련 주제들을 소개한다.
이 책은 전작인 「계산전자공학 입문」에서 다룬 내용들을 다시 다루는 일은 피하면서도, 책을 이해하는 데 필요한 지식을 자기완결적으로 모두 담을 수 있도록 노력하였다. 모쪼록 이 책과 전작인 「계산전자공학 입문」이 계산전자공학이라는 매력적인 분야에 대한 유용한 입문서로 쓰여, 관련 분야 연구를 시작하는 연구자들에게 길잡이가 되기를 바란다.

목차

머리말
감사의 글
주요 표기법
주요 상수들

CHAPTER 01 서 론
1.1 계산전자공학에 대하여
1.2 공정 시뮬레이션에서 다루는 범위
1.3 구조의 표현
1.4 역사적인 발전

CHAPTER 02 2차원/3차원 구조, 과도 응답, 희소 행렬
2.1 들어가며
2.2 2차원/3차원 구조
2.3 Laplace 방정식의 구현
2.4 과도 응답
2.5 희소 행렬

CHAPTER 03 산화 공정
3.1 들어가며
3.2 산화 공정의 원리
3.3 Deal-Grove 모델의 유도
3.4 Deal-Grove 모델의 수치해석적 구현
3.5 1차원 부피 팽창
3.6 Deal-Grove 모델의 2차원 확장
3.7 산화 공정 시뮬레이션

CHAPTER 04 확산 공정
4.1 들어가며
4.2 확산 공정의 원리
4.3 단순한 확산 시뮬레이션
4.4 경계 조건
4.5 2차원 확장
4.6 여러 종류의 불순물 확산
4.7 전기장 효과
4.8 발전된 확산 시뮬레이션 기법들

CHAPTER 05 이온 주입 공정
5.1 들어가며
5.2 이온 주입의 원리
5.3 주입된 이온의 분포에 대한 해석적인 식들
5.4 Monte Carlo 기법
5.5 Monte Carlo 기법의 적용 예

CHAPTER 06 공정 에뮬레이션
6.1 들어가며
6.2 공정 에뮬레이션의 필요성
6.3 Level-set 함수
6.4 Level-set 방정식
6.5 발전된 공정 에뮬레이션 기법들

CHAPTER 07 MOSFET 공정
7.1 들어가며
7.2 서울대학교 반도체공동연구소 0.25 마이크론 CMOS 공정
7.3 공정 시뮬레이션

CHAPTER 08 마무리
8.1 요약
8.2 다루지 못한 관련 주제들

참고문헌
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지은이 소개

작가정보

저자(글) 홍성민