[반도체 소자] 반도체의 역사 1강_Moore's Law

 

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 직접회로 소재를 게르마늄으로 개발하는 것부터 시작하여, 실리콘 소재 기반으로 발전된 역사의 일부분을 소개하였습니다. 그리고 추가로 반도체의 웨이퍼에 대한 간단한 설명을 하였습니다.

 

 

이번 포스트에서는 무어의 법칙(Moore's Law)에 대하여 설명하려고 합니다.

 

 

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골든 무어는 매 2년 혹은 18 에서 24개월 마다 같은 면적에 들어가는트랜지스터의 총 개수가 2배씩 늘어날 것이라고 예상했습니다. 실제로 지난 반세기 동안 반도체 기술은 무어의 법칙을 따라서 눈부시게 발전해 왔습니다.

 

 

그 덕분에 인류의 생활은 크게 바뀌었습니다.

 

위의 그림을 보시면 1980년 1990년 2000년 그리고 2010년 이렇게 넘어오면서 개인용 pc 시대를 넘어서서 인터넷 스마트폰 까지 발전한 것을 확인할 수 있습니다. 요즘에는 휴대폰이 거의 대중화가 되어서 컴퓨터를 하나 씩 들고 다니는 것과 같습니다. 다시 말해 입는 컴퓨터의 시대까지 열려있습니다. 이런 눈부신 반도체기술의 발전 때문에 스마트폰 태블릿 pc 모바일 비디오 홈 엔터테인먼트 사물인터넷 등 최근 10년 간 반도체 기술 현황을 확인하는 시간을 갖겠습니다.

 

2003년에 인텔은 100nm 이하 반도체 기술인 90nm 반도체기술을 완성하여 상용화 했습니다. 90nm 반도체 기술의 핵심 기술은 실리콘si 원자 사이의 거리를 늘리거나 줄여서 전자나 양공의 이동도를 향상시키는 기술이었습니다. 무어의 법칙에 따라 2년 뒤에 65nm 기술이 완성되었습니다. 다시 2년 뒤에는 45nm 기술이 완성되었습니다. 이 때 세계 최초로 전기적으로는 더 얇으면서 물리적으로는 더 두꺼운 실리콘 다이옥사이드sio2의 절연체 역할을 할 수 있는 재료를 도입했습니다. 이 신 물질의 정체는 하프늄 다이옥사이드hfo2입니다.

 

실제 실리콘 다이옥사이드sio2 보다 유전상수k 값이 더 커서 high-k 라는 단어를 붙였습니다. 그래서 이 기술을 줄여서 하이케이 메탈게이트 hk/mg 기술이라고 표현합니다. 2007년에 45nm 기술 이후 2011년에 이르러서 인텔은 세계 최초로

3차원 반도체소자 구조를 가진 부품 소자를 집적회로에 넣겠다고 공식 발표했습니다. 실제 2012년부터 반도체 집적회로에는 이런 3차원 반도체 소자가들어가기 시작했습니다.

 

이후 현재까지 오면서 10nm 급 반도체 기술이 양산체제로 들어가고 있습니다.

 

 

아마 다가오는 2020년 2030년에는 10nm 이하의 반도체 기술이 주를 이루게 될 것입니다. 그리고 새로운 반도체 기술의 핵심은 아마 슈퍼 스팁 스위칭 디바이스의 등장이라고 생각이 됩니다. 슈퍼스팁 스위칭 디바이스란 흐르는 전류를 10배 늘리는데 필요한 최소의 게이트 전압이 60mv 보다 작은 소자가 될 것입니다.

 

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긴 글 읽어주셔서 감사합니다.