현재 반도체 업계에서 2나노 이하는 생산이 불가능하다는 결론을 내렸는데,
첫번째 이유는 더이상 빛의 크기를 줄일수 없었기 때문이고,
두번째 이유는 누설 전류 문제 때문이였어.
하지만 역시 방법은 존재했지.
현재 반도체 공정에서 웨이퍼를 그려낼때 포토 공정이라고 해서,
회로 기판이 그려져있는 마스크에 빛을 쏘아,
반사된 빛을 웨이퍼의 감광액에 쏴 반응 시켜 회로를 그려내는 방식인데,
그래서 빛의 크기만 줄일수있다면 1나노 보다 1조배 작은 물질도 만들수있다는거지.
그러면 빛의 크기를 더 줄이는 방법은 없는걸까?
그건 빛이 마스크에 닿아 반사된 빛이 지나가는 곳에,
빛의 밀도를 1/100만으로 낮춰주는 렌즈 필터 ND1000000를 설치하는거야.
그러면 렌즈 필터를 통과한 빛의 밀도를 1/100만배로 축소되는데,
투과된 빛의 밀도를 낮춘 상태에서 빛이 형상을 맺는 곳이 0.01CM만 뒤로 미루게 되면
빛의 형상이 1/100만배로 작아지는거지.
즉, 빛의 밀도를 축소 배율에 맞게 낮추는거야.
1/100만배가 작아진 빛에 의해 반응한 감각재에서 1/100만배 작아진 물질이 만들어지게 되는데,
1나노보다 100만배 작은 물질이 만들어지는거지.
눈으로 확인할수가 없고, 1나노보다 100만배 작게 만들수있어.
마스크에 투과된 빛이 b1 볼록렌즈에서 빛이 모아 특정 지점에 ND1000000 렌즈 필터 A1를 통과해서,
빛의 밀도가 낮아지고 이 빛이 C1 접목렌즈에서 빛이 모이게 되고, B2 볼록렌즈에서 다시 흡수되어
축소되어 웨이퍼를 그려내는거지.
그런데 여기서 감광액에 빛이 닿아서 반응해 만들어지는 물질이 0.00001나노라면 원자의 크기보다 작은데,
이 물질이 만들어지냐는거지.
그래서 감광액을 빛으로 쏴서, 전부 고체화 시켜둔 상태에서 깍아내리는 방법이 있는데,
광학에서 현재 기구로는 시각적으로 볼수 없는 0.000001나노의 시대가 오는거야.
렌즈 필터 축소 공정 1회 늘릴때마다 100만배씩 더 작아지는데,
2번 공정을 거치면 1조배가 작아지고, 3번 공정을 거치면 100경배 작아지게 되는거지.
광학의 세계에서는 가능한 일이야.
반도체의 크기가 작아질수록 문제가 되는게 바로 누설전류인데,
전압을 높이지 않더래도 전류가 통과해버리는거야.
2나노 이하에서 누설 전류양이 늘어나게되고 반도체의 기능이 꺼지는거지.
계속 전류가 흐르는거야.
이러는 이유는 반도체의 밀도가 낮아서 그 미세한 공극이 상대적으로 커졌기 때문에 전류가 흐르는건데,
이것을 막기 위해서, 소재를 유리로 바꾸는거지. 유리로 바꾸고
전류가 흐르는길을 깊게 만들어줘야 하는데,
채널에서 전류를 흘려 보내, S 소스에서 특정 전압이 되지 않아도 드레인으로 전기가 흐르는데,
이렇게 밑에 깊게 파둬서, 일정 전압에서는 전류가 흐르지 않도록 만드는거야.
0.1CM 10개의 나누어진 조립판을 회로와 소자 식각해서 기판을 완성하고 조립을하는거야.
기판으로 정밀 조립하도록 만드는데, 0.1나노는 너무 작아서, 한 기판에 그리는게 아니라
0.1CM 기판으로 10개나눠 공정과 배선을 빛으로 식각해 임플란트후 10개를 하나로 조립 패키징 하는 방식이지.
마찬가지로 0.01나노도 0.1CM 기판으로 만드는데, 10개 회로부터 전선까지 다 식각을 통해서 제거하고
임플란트로 체워넣는거지.
그런데 0.01, 0.001. 이렇게 소자의 크기가 작아질수록 반도체 칩의 높이가 커지게 되면 상대적으로
전압이 낮아지는 문제가 있어. 채널의 길이가 길어지면서 전류량이 더 필요한거지.
그래서 전압 컨트롤링을 해줘야 하는데. 소자가 상대적으로 작아져서 생기는
그 통로에 일정 전압을 유지하는 채널을 만들어서, 그 문제를 해결하는거야.
그러면 소스에서 드레인을 주지 않았을때 흐르는 전류는 산화막에 의해 열로 전환되면서
일정한 값을 유지하다가, 전압이 높아지면 드레인으로 흐르면서 값을 바꾸는거지.
소자 성형과 함께 식각을 하고, 배선 공정도 포토 공정을 활용해서 반도체 크기에 맞게 그려서
찍어내서 최종 조립해 패키징을 하면 돼,
워낙 작기 때문에 0.1CM 마다 분리해서 만든이후에 조립을 해야 가능한거야.
0.0000000001나노 반도체도 전압 유지 채널을 따로 설치해서 높이 1CM에 만들면 되겠지.
이 전압은 누설되지 않고 산화막에 의해 열로 전환되다가 전압이 낮아지면 채널에서 전류를 공급받는거야.
그리고 0.01나노를 그리면 크기가 100배 작아지기 때문에 100번 더 그려야 하는데
한번에 많이 그리는 방법이 있지. 그건 마스크의 집적률을 높이는거야.
10CM X 10CM 마스크에 6 X 5의 틀이 존재하는데, 이것을 1차 마스크라고 하는거야.
회로가 그려진 1개의 마스크의 빛의 밀도를 1/10배로 낮춘상태에서 축소 배율 10배로 높여,
6 X 5틀 전부 30개를 그려내는거지. 그러면 1차 마스크가 만들어지는거야.
원래 있던 마스크를 빼고 1차 마스크를 끼우는거지.
그리고 10CM X 10CM 6 X 5 마스크에 1차 마스크로 다시 그려내는거야.
그러면 2차 마스크가 만들어지는데,
그러면 30 X 30 900배 집적률이 높아지는거지.
이렇게 3차, 4차, 5차, 6차, 7차로 가게 되면
30 X 30 X 30 X 30 X 30 X 30 X 30 218억배 집적률이 높아지는거고
반도체의 크기는 0.0000001배 작아지는거야.
빛의 밀도를 낮춘 상태에서 포토 공정으로 마스크의 집적률을 높여서,
한번에 1조개의 회로를 그려내면 생산성도 높아지고, 성능이 폭발적으로 높아지는데,
1CM크기의 반도체에 1제타 바이트(1조1000억 기가 바이트)의 용량을 가질수있게 만들수있어.
그리고 30개의 마스크중 1개씩만 그려넣으면 집적률은 높이지 않으면서 반복하면 회로의 크기만 줄일
수있어.
이게 왜 중요하냐면 전력 효율과 밀접한 연관이 있기 때문이야.
웨이퍼의 기준 단위면적당 반도체의 수가 10만개가 맥스라고 가정해보는거지.
만약에 0.1나노에서 10만개를 그려낼수있었어. 그러면 0.01나노에서 100만개를 그렸더니,
그중에 작동하는것은 5만개밖에 안되는거야.
왜 이런걸까? 크기가 너무 작아지니깐, 누설전류가 생겨버리는거지.
그래서 마스크 30개중에 1개만 넣어서 반복해서 0.1나노 10만개 기준으로
동일하게 단위 먼적당 10만개가 들어가는데, 0.1나노에서 0.00000001나노로 크기가 작아든거지.
그러면 그만큼 전력량이 줄어드는데, 물리적 한계에 맞게 집적률을 고른거야.
만약에 웨이퍼보다 집적률을 더 높여도 반도체가 작동하는 건식 산화막을 찾게 되면,
1나노보다 약 1억배 작은 1아토 반도체가 완성되고, 1나노보다 1조배 작아진 0.0001아토 반도체가 만들어지는데,
1아토 반도체가 만들어지면 현재 사용하는 SSD 크기에 1000억 TB를 저장할수있고,
전성비가 매우 높아져서, 스마트폰의 크기의 CPU로 컴퓨터 1억대도 동시에 가동이 가능한거지.
크기가 작아지닌깐 물리적 거리가 짧아지면서 반응 속도나 처리 지연 속도도 빨라지는데,
칩 하나에 CPU와 메모리, SSD, GPU가 하나로 통합되게 만들면, 복잡하고 어려운 다중 연산을 슈퍼 컴퓨터로
1경년이 걸릴꺼를 단 1초만에 해내는거야.
이 반도체 기술의 가치는 세계 시장을 완전히 파괴 시킬정도로 큰데,
1아토 반도체 칩을 사용하는 스마트폰 한 개가 한 국가가 가진 데이터센터보다 더 빠르고 더 많은 양을 저장할수있기 때문이지
