요즘 주식에 사람들이 관심이 많아지면서 자연스레 기술에 대한 관심도 커졌다.
좋은 기술은 주가가 올라갈 테니까 말이다. 이 때문에 삼성전자 파운드리와 TSMC 반도체에 대한 뉴스는 많이 다루었을 것이다.
반도체는 크게 팹리스(설계) -> 파운드리(제작) -> 패키징(후공정)으로 나뉘는데, TSMC는 파운드리에 몰빵한 회사고, 삼성전자는 이 모든 것을 할 수 있는 종합 반도체 회사이다. 여기서 삼성전자 내 파운드리를 TSMC와 경쟁하고 있다.
반도체는 실리콘으로 만든 웨이퍼 위에 회로를 그려 만든 것이다. 이걸 어떤 식으로 그리느냐에 따라 정보를 저장하는 메모리 반도체와 정보를 처리하는 비메모리 반도체로 만들 수 있다.
반도체 기술은 점점 더 작게, 그리고 높은 효율을 추구하고 있다. 그러기 위해선 웨이퍼 하나의 미세하게 그림을 그릴 수 있어야 한다. 이는 집적도가 올라가고 더 높은 성능을 낼 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 반도체가 작아질수록 칩을 서로 이어주는 전극인 와이어가 문제가 된다. 와이어는 인풋 대비 아웃풋이 적고, 면적을 크게 차지하여 문제가 된다.
이 때문에 앞서 말했듯, 반도체를 적층 하여, 엘리베이터 같은 구멍을 만들어주거나, 화합물 반도체를 이용하는 연구가 많다고 했다.
적층하여 쌓는다는 것은 3차원의 입체 구조를 만든다는 것인데, 이는 쉬운 일이 아니다. 이에 2차원 소재(선)를 먼저 이용하려는 연구가 많이 진행되고 있다. 그리고 후에는 2차원 소재를 적층 시켜 3차원 구조의 반도체를 만들 것이다.
앞서 게시물에 썼던 것처럼 반도체의 크기가 작아질수록 제어가 힘들고, 전자의 흐름에 병목현상이 생긴다. 그래서 새로운 물질을 적용해야 하는데 웨이퍼 위에 새로운 물질을 첨가해줄 경우, 일함수(전자를 떼어내는 데 필요한 힘)의 차이로 벽이 생긴다. 이 벽을 넘어야 전자가 흐를 수 있다. 일함수의 차이로 인한 장벽 때문에 새로운 물질을 적용하는 것이 쉽지가 않다.
헌데 최근 이런 점을 보완할 수 있는 논문이 나왔었다. 논문 제목은 'Wafer-scale production of patterned transition metal ditelluride layers for two-dimensional metal–semiconductor contacts at the Schottky–Mott limit' 한국의 연구진들이 발표한 논문으로 Nature에 실렸었다.
내용을 요약하면 다음과 같다.
1) 텔루륨(Te)이라는 원소를 이용하는데, 이 텔루륨은 불안정하다.
2) 이에 니켈과 텔루륨이 결합된 금속을 증발시켜서 나온 텔루륨을 웨이퍼 기판 위에 성장시킨다.
* 특정 금속을 텔루륨에 적당량 첨가하면, 낮은 온도에서도 액화가 가능. 액화된 상태에서 방출되는 텔루륨 원자를 가두어 반응시키는 기법을 사용함.
3) 텔루륨을 성장시킨 웨이퍼 기판 반대쪽엔 텅스텐, 몰리브덴 기판이 있다.
4) 포토리소그래피로 도면을 그려준 뒤에 패턴화 한다.
5) 하지만 쇼트키 장벽의 한계가 있었는데,
6) 거기에 추가로 이황화몰리브덴을 올려봤더니, 장벽이 낮아졌다.
7) 즉, 반도체의 크기를 줄였을 때, 장벽이 낮으니까 전자들이 휙휙 지나갈 수 있다.
이때 측정된 쇼트키 장벽은 98.9 meV로 아주 낮았고, 그만큼 전자의 이동이 쉬어지는 결과를 얻을 수 있었다. 다만, 연구 단계이기 때문에 상용화되는 데에는 상당한 시간이 걸릴 것이다.
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