반도체의 미래

차세대 반도체 ㅣ 최종현학술원 과학기술혁신 시리즈 3
석민구 외 지음 / 플루토 / 2023년 12월

현재 이슈가 되고 있는 반도체 기술과 산업의 다양한 면모에 대해 논의한다. 우연히 찾아보게 됐는데 SK의 최종현학술원에서 진행했던 과학혁신 시리즈 17차 '차세대 반도체 기술의 미래'란 제목의 온라인 강연과 토론 내용을 정리한 것이라고 한다. 

기초 설명부터 시작하는 '최신 반도체 집적회로 설계 동향'부터 '폰 노이만 구조의 한계를 뛰어넘는 차세대 아키텍쳐 설계', '글로벌 반도체 기술 패권 경쟁과 공급망 재편' 등의 시사적 내용까지 포괄하고 있다. 기술적 내용은 사실 쉽지 않지만, 그래도 AI 기술의 대두로 인한 프로세서와 메모리의 통합 시도 흐름을 엿본 것으로 만족한다. 덧붙여 여러 반도체 기술 용어에 대해서도 생각해 볼 기회가 됐다. 

  반도체공학자들은 이처럼 열심히 게이트 수를 늘려서 무엇을 얻으려 할까요? 바로 게이트 제어력controllability입니다. 구조를 자세히 들여다보면 게이트와 채널 사이 경계에 절연막이 있는데, 게이트 소재인 금속-절연체-금속 구조가 마치 커패시터와 같습니다. 조금 전문적인 용어로 말하면 게이트 제어력을 높인다는 것은 게이트와 채널 사이의 용량성 결합capacitive coupling을 높이는 것이라고 할 수 있습니다. 다시 말해 3차원 구조를 도입함으로써 용량성 결합을 높여 동일한 전압에 대한 전류 밀도를 향상시키고, 부차적으로는 미세화로 인해 채널 길이가 짧아져 생기는 여러 2차 효과도 쉽게 해소할 수 있습니다. (74 페이지)