반도체 공부를 하다 보면 직접도의 증가 그리고 지속적인 gate channel length의 감소가 요구되고 있음을 알 수 있습니다. 단순히 트랜지스터의 특성 개선이 필요하기 때문에 작아져야 한다 로 이해할 수도 있지만, 돈을 더 많이 벌기 위함도 있습니다. 물론 트랜지스터의 특성 개선을 위해서 작게 만드는 것도 맞습니다. 다만 돈을 벌기 위해서 작게 만들 수밖에 없는 것도 있습니다.
-. 반도체는 왜 작게 만들어야 하나요?
트랜지스터는 실리콘 웨이퍼 위에 제작됩니다. 피자 도우를 생각하시면 됩니다. 한 판의 피자위에 정사각형 칩 (chip)을 만들어 판다고 가정해 봅시다. 그리고 이 한 판의 피자 위에는 정사각형 칩 10개를 만들 수 있다고 가정하겠습니다. 이때 피자 도우의 크기는 정해져 있는데 남들보다 싸게 팔려면 어떻게 해야 할까요?
무슨 수학 문제처럼 되어 버렸는데요. 정답은 피자 도우의 크기는 동일하기 때문에 정사각형 칩의 크기를 줄여서 10개가 아닌 11개, 12개, 13개가 만들어 지도록 정사각형 칩을 줄이는 것입니다. 그러면 기존에 10개 밖에 못 팔았는데, 이제는 11개, 12개, 13개 이렇게 점점 한 판의 피자 도우로 더 많은 칩을 만들 수 있게 됩니다. 즉 1개당 가격을 싸게 만들 수 있는 것입니다.
작게 만들면 돈을 벌 수 있지만, 그 만큼 고가의 장비 투자도 함께 따라옵니다. 따라서 확실하게 줄여서 더 많이 팔 수 있도록 해야 합니다. 그렇다면 돈 때문에 트랜지스터를 작게 만들어야만 할까요? 그렇지 않습니다. 아래는 MOSFET의 전류 수식입니다.
전류=0.5 × μ × Cox × (W/L) x (Vgs-Vt)^2
이 수식은 교과서에 나오는 수식입니다. Gate channel length (L)를 줄이기만 한다면 전류를 크게 가져갈 수 있는 특성을 보이고 있습니다. 즉 칩을 작게 만들기만 해도 같은 전압을 인가한 상태에서 더욱 특성이 좋은 트랜지스터를 만들 수 있게 됩니다. 다르게 말하면 전압을 덜 걸어도 기존과 동일한 특성을 가질 수 있다는 것입니다.
돈을 벌기 위해 칩을 줄이는 노력을 했더니 트랜지스터 특성이 함께 좋아지는 1석 2조의 상황이 되었습니다.
-. 위에서 언급한 피자 도우는 크게 못 만드나요?
피자 도우는 silicon ingot 이라고 불리는 silicon 덩어리를 피자처럼 얇게 자른 것입니다. 이 silicon 덩어리를 얼마나 잘 만들 수 있는가 가 기술력입니다. 이 ingot은 czochralski 초코라스키 방법으로 성장시키게 되는데, 이게 지금의 피자 도우 크기를 결정하게 됩니다. 이 크기를 크게 만들 수 만 있다면 분명 반도체 업계에 또 다른 큰 변화가 생기겠네요. 해당 내용에 대해서도 마지막에 검색어를 남겨 두겠습니다. 궁금하신 분은 아래 검색어를 통해 구글에서 확인해 보세요. 과연 더 크게 만들 수 있을까요?
-. Gate channel length라는 표현을 사용했는데, 소비자가 내용을 확인할 수 있나요?
소비자가 직접 이 gate channel length를 확인할 방법은 없습니다. 다만 우리가 가장 가깝게 접하는 intel 땡nm 프로세서 출시, intel 땡nm 공정 등의 표현으로 기사가 많이 나와 있습니다. 또 intel cpu 몇nm 공정 적용 이런 식으로 제품에 표기가 되어 있기도 합니다. 이 nm라고 되어 있는 부분이 대략적으로 가장 작게 만들어진 gate channel length를 나타낸다고 이해하면 될 것 같습니다.
비메모리 업체에서 이러한 기술 경쟁력을 서로 앞다투며 경쟁을 하고 있습니다. 삼성, TSMC, Intel, IBM, STMicroelectronics, Toshiba, NEC등 많은 업체가 더 작고 더 빠르게를 위해 수많은 투자와 연구를 진행하고 있습니다. 내용이 더 궁금하시다면 아래 검색 키워드를 남겨 두겠습니다. 구글에서 검색을 하시면 보다 재미난 내용과 그림을 접하실 수 있습니다.
반도체 직접도를 높이는 이유에 대해서 간략하게 알아보았습니다. 이 외에도 더 많은 이유가 있습니다. 그 부분에 대해서는 다음 포스팅에서 하나씩 소개해 보고자 합니다. 그리고 직접도를 높이면서 생기는 부작용도 분명 있습니다. 이러한 부작용을 막기 위한 개발도 진행하고 있고요. 그렇다면 부작용은 도대체 무엇인지 또 궁금하니깐, 다음 포스팅으로 넘겨보도록 하겠습니다.
검색어- intel gate length, intel process, silicon ingot,
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