반도체 소자의 미세화 한계는 어떤 물리적 요인에서 비롯되나요?
안녕하세용!
공정 선폭이 수 나노미터 수준으로 줄어들면서 양자 터널링이나 누설 전류, 발열 문제들이 커지고 있습니다. 이러한 현상이 소자의 성능과 집적도에 주는 제약사항은 어떤 것이 있나요?
안녕하세요.
공정 기술들이 최첨단화 되고 있지만, 결국에는 과학적인 법칙들이 결국에는 제한하고 있는 것이죠.
선폭들이 수 nm로 줄어서 미세화가 되고 있지만, 수 nm로 줄면 전자가 벽을 넘는 양자 터널링이 커지게되서, 꺼져 있어야 할 소자에서도 누설되는 전류가 발생할 수 있습니다. 이 누설 전류가 소비전력과 발열을 동시에 키우기 때문에 성능을 향상하기 보다는 열 관리가 더 큰 문제가 될 수 있어요.
그리고 채널이 짧아지면 전기장 제어력이 약해지기 때문에 스위칭 특성 또한 불안정해 질 수 있습니다. 그래서 이런 것들을 다 해결해야 미세화와 집적도를 높이는 것이 소용이 있겠죠.
감사합니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
선폭이 나노미터 수준으로 줄면 터널링에 따른 누설 전류가 급증해 대기전력과 발열이 크게 증가합니다이로인해 스위칭 대비잡음 여유가 줄고 클록 상승과 전압 스케일일에 한계가 생깁니다 결국 집적도는 높아지지만 실뢰성 전력 효율 열 관리 때문에 성능 향상이 선형적으로 따라가지못하는제약이 발생하게 됩니다
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
반도체에 기능을 많이 넣으려고 하면 결국 미세하게 만들어야 됩니다. 그러다 보면 결국에는 물리 법칙 자체가 하나의 벽이 되는 것이죠.
선폭이 나노미터 수준으로 줄어들면 전자가 절연막을 뚫고 이동하게 되는데, 양자 터널링이 발생하게 됩니다. 이것이 누설 전류가 급증하고, 전력을 쓰지 않아도 별열이 생기게 되는 원인으로 작용하게 되요.
성능 향상보다 전력이나 열을 관리하는게 더 어려워지는 것이죠..
안녕하세요.
반도체가 점차 미세화되면서 기존에 발견되지 않았던 것들이 발견되곤 하죠. 대표적인 것들이 질문 주신 내용들이 아닌가 싶습니다,.
반도체 선폭이 나노미터 수준으로 줄어들 경우 전자가 장벽을 뚫고 새는 양자 터널링이 증가하기 때문에 누설전류가 커질 수 있고, 트랜지스터 채널이 짧아지면서 전기장 제어력이 상당히 약화되면서 스위칭이 불완전해 질 수 있습니다. 그리고 전류 밀도의 증가 때문에 국부적으로 발열이 심해질 수 있어서 소자 수명이나 안정성에 상당한 영향을 미치게 되구요.
이런 문제 때문에 새로운 구조적인 관점에 대한 새로운 과제들이 많이 개발되고 있다고 알고 있습니다.