학문
양자 터널링 현상에 대해 궁금합니다.
양자 터널링 현상은 고전 역학적으로 에너지가 부족해 넘을 수 없는 에너지 장벽을 입자가 확률적으로 통과하는 것을 의미한다고 하던데 이 현상이 현대 반도체의 미세 공정에서 누설 전류 문제와도 물리적 상관관계를 가지나요?
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
양자 터널링은 현대 반도체의 미세 공정에서 발생되는 누설 전류 문제와 실제로 매우 밀접한 관련이 있는 문제입니다.
반도체는 구조가 작아지면 작아질수록 절연막이나 장벽의 두께가 매우 얇아지게 되는데, 이때 기존에는 전자가 넘지 못해야 할 장벽을 확률적으로 통과해 버릴 수 있게 되는 것입니다. 특히 MOSFET의 게이트 산화막이 얇아지면 전자가 절연층을 뚫고 지나가는 게이트 누설 전류가 문제가 될 수 있게 됩니다. 소스와 드레인 사이 간격이 짧아진다면 또한 의도하지 않는 전류가 흐르거나, 소자가 완전히 꺼지지 않는 현상도 커질 수 있게 됩니다.
제 생각에는 양자 터널링은 결국에 반도체를 작게 만들수록 피하기 어려워지는 물리적인 한계 중 하나로 볼 수 있을 것 같고, 이를 극복하기 위한 고유전율 절연막을 활용하던지 아니면 새로운 트랜지스터의 구조를 개발하던지, 공정 설계 개선을 하던지 등의 방법으로 누설 전류를 줄여나가려는 연구들이 지속적으로 필요하리라 봅니다.
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
양자 터널링은 입자가 마치 벽을 뚫고 지나가듯이 장벽을 통과하는 현상입니다. 현대반도체 공정이 나노 단위로 얇아지면서 절연막이 너무 두터워져서 전자가 이 장벽을 그냥 통과하죠. 그래서 누설 전류를 만듭니다. 이 때문에 원치 않는 전력 소모랑 발열이 발생합니다. 미세 공정의 물리적인 한계를 극복하기 위해서 high K 같은 새로운 신소재랑 소자 구조를 개발해서 극복하고 있죠.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
양자 터널링 현상은 현대 반도체의 미세 공정에서 발생하는 누설 전류와 직접적인 관련이 있습니다 소자의 크기가 매우 작아져 절연막이 매우 얇아지면 전자가 에너지 장벽을 활률적으로 통과하여 전류가 새어 나갈 수 있으며 이로 인해 소비 전력 증가와 발열 문제가 발생 합니다 이를 줄이기 위해 반도체에서는 고유전율 절연막과 입체적인 트랜지스터 구조 등 다양한 기술을 적용하여 누설 전류를 최소화하고 있습니다
안녕하세요.
양자 터널링은 원래는 못 넘어야 하는 벽을 전자가 아주 낮은 확률로 통과해 버리는 현상이에요. 반도체가 점점 작아질수록 전자가 지나가면 안 되는 얇은 절연막들도 함께 얇아지는데, 그러면 전자가 절연막을 뚫고 새어 나가 누설 전류가 생겨버리는 거죠.
이 때문에 전력 낭비와 발열이 커져 반도체 성능에도 영향을 주게 되요. 그래서 최신 반도체들은 High-K 절연막이나 새로운 구조를 사용해서 터널링을 최대한 줄이는 기술들을 적용하고 있죠.
감사합니다.