IBM, 반도체산업 ‘혁신’ 가져올 나노기술 실험 성공
좌측 하단의 사진은 카본 나노튜브로 만든 전체 회로와 인간의 머리카락을 비교한 사진. 우측 상단은 전체 회로를 확대해서 개별 나노튜브와 전체 회로의 크기를 비교한 사진
이번 연구 성과는 대단히 의미 있는 것으로, 이 회로는 표준 반도체 프로세스를 이용해 만들어졌으며, 개별적으로 구축된 구성요소들을 연결하는 방식 대신 회로에 들어가는 모든 구성요소들을 단일 분자를 기반으로 만들었기 때문이다. 이를 통해 제조 과정을 단순화할 수 있게 되었으며, 탄소 나노튜브를 보다 철저히 테스트하고 조정하는데 필요한 일관성을 확보할 수 있게 되었다.
이와 관련 IBM 연구소의 과학 및 기술 담당 부사장인 T. C. 첸(Chen) 박사는, "탄소 나노튜브 트랜지스터는 기존 실리콘 기반의 최신 반도체를 능가하는 성능을 발휘할 잠재력을 갖고 있다. 하지만 과학자들은 지금까지 개별 탄소 나노튜브 트랜지스터의 제조 및 최적화에만 집중해왔다. 그러나 이제 우리는 완전한 회로 내에서 탄소 나노튜브 소자가 갖는 잠재력으로 눈길을 돌리게 되었다. 이는 탄소 나노튜브 기술을 기존의 반도체 제조 기법에 통합하는데 있어 혁신적인 진전"이라고 언급했다.
이번 IBM 연구소에서 구축에 성공한 회로는 링 오실레이터(Ring Oscillator)로서, 회로 칩 제조사들이 새로운 제조 프로세스나 물질을 평가해 보기 위해 제작하는 회로이다. 이 회로는 특정한 특성에 대해 스트레스를 걸어, 전체 칩을 만드는데 새로운 기술을 사용하면 어떻게 작용할 지를 잘 보여줄 수 있다.
IBM 연구팀은 단일 나노튜브에 완전한 회로를 통합하는 이번 실험에서, 기존 복수개의 나노튜브로 구성된 회로의 경우보다 회로의 속도가 거의 1백만 배 가량 빨라지는 것을 관찰하였다. 아직 이 정도의 속도는 현재 실리콘 칩의 속도보다 느리기는 하지만, IBM 연구팀은 궁극적으로 새로운 나노 제조공정을 통해 반도체 성능이 획기적으로 혁신될 것으로 기대하고 있다.
IBM 연구팀은 계속해서 이 링 오실레이터를 이용하여 향상된 탄소 나노튜브 트랜지스터와 회로에 대한 테스트, 전체 칩 설계에서의 성능 등을 측정할 계획이다.
< 기술적 배경 설명 > - 탄소 나노튜브
반도체 업계는 지난 50 여년 동안 단일 실리콘 칩에 보다 많은 전자회로를 채워 넣는 방식을 통해 반도체의 성능을 증가시켜 왔다. 대개 회로를 보다 작게 만드는 기술을 연구함으로써 보다 많은 수의 전자회로를 단일 실리콘 칩에 집적시킬 수 있었다.
그러나 이러한 방식으로는 집적 능력이 곧 한계에 부딪힐 것이라고 많은 과학자들이 예상하는 가운데, 나노기술을 통해 이같은 기술적 혁신을 지속시키려는 노력이 진행되고 있다.
나노기술은 새로운 형태의 분자와 분자구조들을 '합성'하고 '조립'하는 것을 가능케 할 신기술인데, 주로 10억분의 1미터 크기의 단위를 다루고 있다. 탄소 나노튜브는 철망을 아주 작게 말아 놓은 것같은 모양을 하고 있는데, 인간의 머리카락보다 5만 배 가량 가늘다. 탄소 나노튜브는 이처럼 아주 크기가 작기 때문에 현재 트랜지스터에서 이용되고 있는 '파이프' 보다 더 높은 밀도로 전달할 수 있는 특성을 가지고 있어서 칩의 지속적인 소형화를 가능케할 것으로 기대되고 있다.
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