MAP 1. 트랜지스터가 최초의 반도체라고?
첫 번째 키워드는 ‘트랜지스터’다.
트랜지스터는 반도체를 구성하는 주요 소자로 게이트를 통해 전류의 흐름을 조절하는 역할을 한다.
전자기기는 대부분 전류의 흐름을 조절하는 방식으로 정보를 저장하기에 트랜지스터는 ‘최초의 반도체’라 불린다.
위 그림에서 볼 수 있듯이 트랜지스터가 작아지면 더 빠른 연산이 가능하고, 더 적은 전력으로 동작할 수 있다.
즉, 트랜지스터를 작게 만들어 웨이퍼 하나에 얼마나 많은 트랜지스터를 넣느냐는 반도체의 성능과도 직결되는 문제
MAP 2. 초미세 공정의 한계에 부딪히다
반도체를 작게 만드는, ‘초미세 공정’은 반도체 기술력의 상징으로 불린다.
반도체 크기가 작아질수록, 반도체 칩을 구성하고 있는 트랜지스터도 점점 작아져야 하는데,
이 과정에서 한가지 문제가 발생하게 된다. 바로 ‘단채널 현상(Short Channel Effect)’이다.
트랜지스터의 구조를 살펴보면 단채널 현상을 더 빠르게 이해할 수 있다.
게이트(Gate)에 전압이 가해지면 트랜지스터는 채널(Channel)을 통해
소스(Source)에서 드레인(Drain)으로 전자가 흐르면서 동작하게 된다.
하지만 트랜지스터가 점점 작아지면, 소스와 드레인 간 거리가 가까워지게 되어 누설 전류가 발생하고,
결국 너무 짧아진 게이트는 제 역할을 하지 못하게 된다.
*단채널 현상: 게이트의 길이가 너무 짧아짐에 따라 발생하는 모든 현상
이처럼 단채널 현상은 단어의 이름처럼 전류의 흐름을 조절하는
게이트의 길이가 너무 짧아짐에 따라 발생하는 모든 현상들을 일컫는다.
MAP 3. 그것이 궁금하다, GAA
단채널 현상을 극복하기 위해 1차원 Planar FET부터 3차원 FinFET까지
트랜지스터 구조도 함께 발전해 왔다.
GAA: (Gate-All-Around)
GAA(Gate-All-Around)는 전류를 더 확실하게 제어할 구조를 고민한 결과 탄생한 구조이다.
4개의 채널을 4개의 게이트로 둘러싼 형태로
기존보다 더 정교한 전류 조절과, 더 확실한 전류 제어가 가능하기 때문에
성능과 특성 측면에서 훨씬 좋은 이득을 얻을 수 있다.
MAP 4. 삼성전자 반도체만의 GAA, 궁극의 MBCFET™
*MBCFET: Multi-Bridge Channel Field Effect Transistor
‘MBCFET™’은 삼성전자 반도체만의 독자적 GAA 구조이다.
초기 GAA 구조의 채널(Channel)을 보다 넓게 만들어서,
기존 대비 통로가 넓어지기 때문에 저항이 줄어들고,
그로 인해 전류가 더 많이 흐르게 되어 누설 전류를 더욱 효과적으로 제어할 수 있다.
이러한 MBCFET™은 기존의 트랜지스터보다 전력 소모를 줄이면서도 성능을 향상할 수 있는 차세대 반도체 기술로 평가된다.
기존 Nanowire보다 넓은 Nanosheet 형태로 통로가 넓어졌기 때문에 전류가 더 많이 흐를 수 있고,
원하는 수준까지 소비 전력을 줄일 수 있는 장점이 있다.
그리고 사용자가 요구하는 다양한 성능에 따라 다양한 시트를 제공한다는 점이 MBCFET™ 의 가장 큰 장점이다.
연산을 많이 해야 하는 CPU 같은 곳에서는 전류가 많이 흘러야 하기 때문에 넓은 시트를 사용하고,
저전력을 요구하는 곳에서는 좁은 나노시트를 써서 그 성능을 맞추게 된다.
GAA / Gate All Around / 트랜지스터 / 단채널 현상 / Short Channel Effect / MBCFET
