[반도체 소자] 반도체의 역사 1강_Part 2

 

이번 글의 내용은 성균관대학교 전자전기컴퓨터공학과 신창환 교수님의 "반도 채 몰라도 들을 수 있는 반도체 소자 이야기" 강의를 정리 및 참조하였음을 먼저 밝힙니다.

 

그럼 시작 해보도록 하겠습니다.

 

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저번 포스트에서는 반도체의 크기를 줄이는 기술 중점과 반도체 개발회사들이 채널의 길이를 짧게 하여 전자가 이동하는 거리를 줄이는 연구에 몰두하고 있다는 점을 설명하였습니다.

 

 

이번 시간에는 반도체의 역사에 대한 부분을 잠시 언급하는 것을 기점으로 흐름을 이어가겠습니다. 과거에 1958년 시점을 기준을 시점을 돌아가보겠습니다. 당시 texas instruments에 재직 중이시던 잭 킬비 박사(Jack Kilby)님은 반도체 집적회로에 대해서 연구를 하셨는데 당시에 아래와 같은 말씀을 하셨습니다. 게르마늄ge이라고 일컫는 반도체 재료를 이용하면 간단한 집적회로를 실제 제작할 수 있다고 하셨습니다.

 

위의 주기율표를 보면 잭 킬비 박사님이 반도체(직접회로 제작)의 재료로 언급하신 게르마늄을 원소 주기율표 32번에서 찾아볼 수 있습니다. 게르마늄은 고체 형태로 이루어진 것을 알수 있으며 전이후 금속 성질을 가지고 있습니다.

 

 

실제 제작된 결과물의 그림을 참조하면 우리가 생각하는 첨단 형태의 반도체 이미지와는 사뭇 다를 것입니다. 참고로 잭 킬비 박사님은 위에서의 연구 및 개발 업적을 가지고 2000 년대에 노벨물리학상까지 수상하셨습니다.

 

 

1959년에는 페어차일드 세미컨덕터fairchild semiconductor 에 재직 중이시던 로버트 노이스 박사(Robert Noyce )님이 게르마늄ge이 아닌 실리콘si으로 0.06 inch의직경을 가지는 웨이퍼 위에 집적회로를 성공적으로 제작하였습니다.

 

 

 

이 페어차일드 세미컨덕터에서 분사되어서 나온 회사가 가장 널리알려진 회사 중 하나인 인텔이라는 반도체 회사입니다. 인텔은 우리가 잘 알고 있는 회사이죠? 현재 저희가 쓰는 거의 모든 컴퓨터에서는 인텔 코어 i3, i5, i7의 CPU가 탑재되어 있습니다. 인텔은 지난 반세기 동안 실리콘 재료를 기반으로 반도체 기술 개발을 이끌어 왔습니다.

 

위의 그림[상단 그림 참조, figure 1]을 참조하시면 1970년부터 2020년까지의 집적회로 내부에 들어가 있는 총 트랜지스터의 예상 개수 가 나와 있습니다. 현재에는 약20억 개까지 집적이 되어 있다고 보시면 됩니다. y축은 log 스케일이고,

x축은 linear 스케일인 세미로그 그래프입니다.

 

이 그래프의 기울기가 직선을 나타내고 있기 때문에 y축인 프로세서 칩 당 들어가는 트랜지스터의 개수가 기하급수적으로 증가하고 있음을 볼 수 있습니다.

 

우측 부분[상단 그림 참조, figure 1]에는 피자의 그림을 준비 했습니다. 보통 피자의 크기와 비슷한 직경 300mm 의 크기가 현재 전 세계의 대다수 반도체 회사에서 양산하고 있는 웨이퍼 크기입니다. 반도체회사는 이 웨이퍼 하나를 공정을 한 다음에 가로 세로 방향으로 자르게 됩니다. 물론 피자는 저렇게 잘라도 맛있겠지만 대각선 방향으로 자르는 게 일반적입니다.

 

이렇게해서 300mm 웨이퍼에서 잘린 한 사각형 영역이 칩 한 개가 될 것입니다. 예를 들어 이 칩에서 인텔의 경우 core i7 프로세서 하나가 만들어 진다고 보시면 됩니다. 더 자세히 들여다보면 내부에 현재 약 20 억 개의 트랜지스터가 집적이 되어 있다고 이해하시면 됩니다. 앞서 집적도가 기하급수적으로 향상되었다고 말씀 드렸습니다.

 

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긴 글 읽어주셔서 감사합니다.