최리노의 한 권으로 끝내는 반도체 이야기-최리노(221103~221106)

*주의: 개인적인 정리 목적의 글. 전공자가 아니라 오독 가능성 높음

 

<책 정보>

최리노의 한 권으로 끝내는 반도체 이야기(2022)

-저자: 최리노

-출판사: 양문

-분야: 공학

-반도체 산업에 대한 개인적인 흥미로 책을 선택

-반도체 산업의 기본 개념과 역사의 흐름을 개괄적으로 파악하고 정리하기 좋음

-단, 쉽게 설명한다고는 했는데 몇몇 개념의 경우 설명이 생략된 경우 존재

-주변에 책을 추천해본 결과 반도체 산업 관련하여 문외한이라면 첫 챕터부터 막히는 부분 있을 수도. 개괄이라 전체 내용 구조에서 분리되어 있으므로 만약 막힌다면 뒤에 내용들부터 읽고 돌아올 것을 추천

 

 

<내용>

반도체와 소자

-반도체의 정의: 도핑을 통해 전기전도도를 조정, 반도체와 도체를 인위적으로 조정가능한 물질(p형, n형)

-반도체 소자의 정의: 반도체와 무관, 해당 산업의 기술을 이용한 파생 산업(ex: 바이오 센서)

 

증폭소자의 역사

-에디슨 전기 -> 그레이엄 벨 전화 -> 전선주 증폭

 -> 플레밍 2극 진공관 -> 디포리스트 3극 -> 반도체 고체 다이오드

 -> 레이더 수요 + 불순물 정제 기술(Zone -> Float)

 -> 트랜지스터의 탄생

 

논리/스위치 소자의 발전

-부울 대수 -> 새넌의 스위치 소자 -> 진공관 에니악

 

컴퓨터의 발전

-폰 노이만 아키텍쳐(직렬, 단순) vs 하버드 아키텍쳐(병렬, 복잡, 정확)

 -> 수은 지연. 자기 드럼 진공관(휘발 메모리)

 -> 자기 코어 메모리(비휘발) + 반도체 등장

 

반도체 회로의 역사

-트랜지스터의 시대: 쇼클리 반도체 랩

 -> 젊은 기술자들의 분리

-IC회로(집적소자): 텍사스 인더스트리 vs 페어 차일드

 -> 인텔

 

무어의 법칙 체제

-무어의 법칙? 반도체 집적 트랜지스터 수에 대한 예측

 -> 나중에는 예측이 아닌 산업 전체의 목표로 수정됨

 

MOSFET

-MOSFET: 소스-채널-드레인 구조의 반도체의 MOS 게이트를 얹은 형태(npn/pnp)

-작동원리: MOS에 Threshold Voltage를 넘는 전압을 가하면 Inversion 발생, 전류 발생

 ex: nMOSFET(npn -> nnn), pMOSFET(pnp -> ppp)

-Complementary MOSFET: pMOSFET과 nMOSFET의 결합

 전압에 따라 둘 중 하나의 회로만 켜져 저전력으로 작동한다는 게 장점. 휘발성 메모리

 -> SRAM(큼. 빠름. 캐시 메모리에 사용) vs DRAM(작음. 느림. 주메모리에 사용)

-FG MOSFET: MOS에 FG라는 전류가 잔류하는 부분을 추가. 비휘발성. 플래시 메모리에 사용

 -> USB, SD, SSD가 전부 FG MOSFET 기술

 

반도체 산업의 주요 개념

-팹 공정(칩 제작 클린 룸) vs 패키징 공정(코팅, 단자 부착 등 칩에 대한 후공정)

-웨이퍼 크기 키우기 vs 다이 크기를 작게

-제작단계: 세정, 증착, 리소그래피, 식각

-포토 리소그래피: 빛으로 깎아내는 기술. (ex: 수은을 극자외선으로)

-Dennard 법칙: 소자 크기와 전압을 1/2로 줄이면 소자 딜레이는 1/2, 전력 사용량은 1/4로 감소한다는 법칙

-소자미세화의 규칙: 0.7nm b/c 0.7*0.7 => 0.50

 

무어의 법칙의 끝

-원인: 기술적으로 nm 미만으로 줄이는 것이 불가능

-재료의 변화 노력: 소스와 드레인에 ge 넣은 si 사용

-채널면을 늘리는 노력: Fin FET, GAA FET의 등장

-소자적층 시도: 3D NAND(소자 눕혀 쌓기), TSV(웨이퍼 관통)의 개발

 

반도체 산업의 분화

-기존의 산업 형태: 팹 중심 공정

 -> 산업이 팹리스와 파운드리로 분화: 소부장 기술 개발 난이도 > 소자 기술 개발 난이도

-팹리스 산업: 팹 없이 설계만 담당

-파운드리 산업: 제작만 담당(-> 오늘날에는 솔루션 제시까지 역할 확장 중)

-우리나라: 미국이 일본을 규제하면서 반도체 소자 산업 1위로 등극

 

이종집적 기술에 대한 주목

-전통적 기술: System on Chip. 크기 줄이고 수율 높이는 것에 집중

-Chiplet: 각각의 칩렛을 먼저 제작하고 나중에 하나의 칩으로 조립

-WLP: 웨이퍼 상태로 패키징까지 진행한 후 다이로 절단

-InFO WLP: 다이를 먼저 절단, 간격을 벌려 몰딩한 후 범프를 부착

-하이브리드 본딩: 범프 없이 다이끼리 마주보게 접합하고 구리패드 연결

 

최근 연구 방향

-소자 미세화는 이미 끝

-Si 채널의 개선: Ge와 3-5족 물질 이용(산화막과의 반응 문제 발생)

 -> 카본 나노튜브의 개발(공정 자체의 난항 발생)

 -> 그래핀의 도입(배선 접촉 문제와 전류 새는 문제 발생)

- 폰 노이만 아키텍쳐 탈출 시도: 두뇌모사(다치Multi Value소자), 양자(큐빗 소자)

 

과학과 공학의 차이점

-과학은 호기심을 해결, 공학은 문제를 해결