무어의 법칙 한계를 돌파하는 "금속-공기 트랜지스터"가 반도체를 바꿔 놓을 가능성

무어의 법칙 한계를 돌파하는 "금속-공기 트랜지스터"가 반도체를 바꿔 놓을 가능성

「무어의 법칙」 한계가 아닐까라고 소문이 돌고 있는 반도체를 대신해, 새롭게 "Metal-Air Transistor(금속-공기 트랜지스터)"라고 불리는 기술이 개발중입니다. 금속-공기 트랜지스터가 실현하는 것으로, 무어의 법칙은 20년간은 유지된다고 합니다.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b02849

인텔 창업자 고든 무어가 제창한 "반도체 집적 회로 트랜지스터수는 18개월(이후에 2년에 수정)마다 배증된다"라고 하는 경험칙은, 반도체산업전체로 개발 목표로 여겨지고, 그말대로 미세화 기술이 개발되어서 반도체 성능이 향상해 왔습니다. 그러나, 회선폭이 원자 수준에 근접하는 중, 무어의 한계를 유지하는 것은 곤란해져, 무어의 법칙은 늦어도 2025년에 물리적 한계에 도달해서 실현불가능해진다고 하는 상태가 되고 있습니다.

그러한 가운데, 호주 RMIT대학교 연구자가, 금속 베이스의 공기 채널 트랜지스터(ACT)를 개발했습니다. ACT는 전하 베이스 반도체와 다르고, 35나노미터미만의 공기층에 의해 분리한 소스와 드레인 각각 '대면식 금속 게이트'를 사용해서, 기판으로 수직방향에 트랜지스터 네트워크를 구축하는 기술입니다. 공기층은 전자의 평균자유행정보다도 작으므로, 전자는 비산할 일 없이 공기중을 이동할 수 있습니다.

미세화 추구를 멈추고, 입체구조로 포커스하는 것으로, ACT로는 단위면적당 트랜지스터수를 증가시킬 수 있습니다. ACT를 개발중인 Shruti Nirantar 박사는 "실리콘 벌크에 구속당한 지금까지의 트랜지스터와 다르고, 우리들이 개발하는 디바이스는 기판으로 '보텀 투 톱'으로 제조할 수 있는 어프로치입니다. 최적인 공기층을 만들 수 있으면, 완전한 3D 트랜지스터 네트워크를 구축할 수 있습니다"라고 말했습니다.

트랜지스터 주재료료에, 반도체가 아니고 금속과 공기를 채용하는 것은, 이미터나 콜렉터를 까는 것을 가능한 점, 기존의 실리콘 제조 프로세스를 ACT 제조에 유용할 수 있는 점, 도핑·열처리·산화 등, 실리콘 반도체로 불가결한 처리가 불필요하기 때문, 처리 공정이 반도체와 비교해서 대폭으로 적고, 제조 비용을 대폭으로 삭감할 수 있는 점 등, 큰 메리트가 있다고 Nirantar 박사는 강조했습니다.

게다가, 실리콘을 금속으로 바꿔 놓는 것으로, 어떤 유전체표면에도 ACT를 만들 수 있는 가능성이 있어, 초경량형 유리나 플라스틱에 디바이스를 구축하는 것으로, 몸에 착용할 수 있는 기술에도 응용할 수 있다고 기대되고 있습니다.

ACT에 대해서 연구자들은 개념실증을 마쳤기 때문, 앞으로는 여러가지 소스+드레인 구성을 시험한다고 합니다. 보다 내구성이 있는 재료를 사용해서 안전성을 높이고, 컴포넌트 효율을 향상시키기 위해서, 리소그래피나 성막기술이나, 베이스가 되는 금속 선정을 실시할 예정입니다. 또, ACT 이론속도는, 현재 반도체 디바이스가 동작하는 속도의 약1만배가 되는 THz(terahertz) 영역에 있는 것으로, 이제부터 10년간에 상용 수준의 '전해 방출 공기 채널 트랜지스터'를 개발한다고 해, 비교적 여유가 있는 로드맵을 그렸습니다.