[반도체] 반도체 이야기_반도체 기초2

 

◆ 반도체 제품의 발전 방향

전자제품을 찾는 사람들의 욕구와 이를 만족시키기 위해 반도체 제품에 요구되는 항목은 다음과 같습니다.

 

◆ 무어의 법칙

트랜지스터, 저항, 다이오드, 캐패시터 등을 연결하여 하나의 전자회로로 구성한 집적회로(Integrated Circuit, IC)가 등장하여 전자제품의 소형화가 가능해졌습니다.

 

반도체 집적회로의 성능이 24개월마다 2배로 증가한다는 '무어의 법칙(Moore's law)'이 있습니다. 1965년 인텔의 공동 설립자인 고든 무어가 발표한 이 법칙은 단순한 예측에서 시작했지만, 점점 예측에 맞는 스펙을 갖추기 위해 엔지니어들이 노력하는 현실이 되었습니다.

 

트랜지스터의 크기를 줄여 집적회로에 더 많은 수의 트랜지스터를 집적하게 되면, ①동작 속도가 빨라지고 ②적은 전류로도 가동이 가능해진다는 장점과 ③누설 전류가 생길 수 있다는 단점이 있습니다. 무어의 법칙에서 흔히 말하는 길이는 '회로 선폭'을 의미하며, 회로들 사이의 배선폭 혹은 게이트의 크기를 말하는 것입니다.

 

 

집적도를 2배 증가시키기 위해서는 IC칩 하나의 크기를 반으로 줄여야 하고 이를 위해 한 면의 길이는 30% 감소되어야 합니다. 때문에 뉴스를 통해 듣는 회로 선폭의 길이는 아래와 같은 형태가 되게 됩니다.

 

 

 

하지만 최근에는 무어의 법칙이 한계에 도달하고 있습니다. 크게 누설전류, 발열문제, 비용문제  3가지의 원인이 있습니다.

 

① 누설전류

  - 전류의 통로가 10nm 이하인 미세한 공간에서는 터널링 효과에 의해 누설 전류가 발생하게 됩니다. 

  * 터널링 효과 : 양자역학의 입자나 파동이 고전적으로 통과할 수 없는 물체를 통과하는 현상

 

② 발열문제

  - 집적도가 늘어남에 따라 회로가 좁아져 흐르는 전류의 양을 감당하기 힘들고 발열을 위한 공간이 감소하기 때문에

    오작동 등의 문제를 유발합니다.

 

③ 비용문제

  - 공정을 미세화하여 웨이퍼 당 더 많은 수의 반도체를 생산하게 되어도 미세 공정을 위한 개발 비용, 장비 구매 비용 등을

    따져보았을 때 오히려 적자인 상황에 처하게 될 수 있습니다.

 

◆ 반도체 제품의 분류

 

① 메모리 반도체(memory semiconductor) : 정보를 저장하는 용도로 사용되는 반도체

② 비메모리 반도체(non-memory semiconductor) : 연산, 논리 작업 등과 같은 정보처리 목적으로 사용되는 반도체

③ 휘발성 메모리(volatile memory) : 저장된 정보를 유지하기 위해 지속적인 전기 공급이 필요한 메모리, 주기억장치

④ 비휘발성 메모리(non-volatile memory) : 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 메모리, 보조기억장치

⑤ SRAM(Static Random Access Memory) : 전원이 공급되는 동안 기록된 데이터 보존, Refresh 불필요

⑥ DRAM(Dynamic Random Access Memory) : 전원이 공급되는 동안 기록된 데이터 보존, Refresh 필요

⑦ NAND(Not AND) : 각 셀 직렬 연결(순차적 데이터 리딩), Read 속도 느림, 집적도 높음, Write/Erase 속도 빠름

⑧ NOR(Not OR) : 각 셀 병렬 연결(랜덤 데이터 리딩), Read 속도 빠름, 집적도 낮음, Write/Erase 속도 느림