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넷 저널

단전자 트랜지스터와 그 집적화 기술을 개발하여 세계를 선도하고, IT와 나노테크놀로지를 융합하여 대약진

Fukui Takashi, Doctor of Engineering

정보과학연구과 정보일렉트로닉스전공 교수

공학박사  후쿠이 다카시 (福井 孝志)

나노의 영역에 도달한 LSI의 집적도

-- 최근 몇년간 「나노테크놀로지」라는 말이 일반화되었고 특히, 바이오, 의료분야의 연구 개발이 많은 주목을 받고 있는데, IT 분야에서도 활발한 연구가 진행되고 있는 것 같습니다.

후쿠이: 1958년에 잭 킬비가 반도체 집적회로를 개발하고 반세기를 지나면서 집적회로는 급속히 미세화・고집적화되어 왔습니다. 현재는 1cm2안에 1억개 이상의 회로소자가 담긴 대규모 집적회로(LSI)도 등장하였으며, 소자의 크기는 미크론에서 나노미터의 세계로 진입하고 있습니다. 반도체 업계는 2014년경에 게이트 길이 11나노미터의 중앙연산장치(CPU)를 실현한다는 청사진을 그리고 있지만, 나노 영역의 반도체 디바이스 제작에는 수많은 과제가 가로막고 있습니다.

그 중 하나가 제조공정 문제. 현재 일반적으로 사용되고 있는 미세가공 기술은 톱다운 방식으로 불리며 실리콘 웨이퍼에 리소그래피 기술로 직접회로 패턴을 전사하기 위한 것이지만, 산업 현장에서 실현할 수 있는 가공 사이즈는 35나노미터 정도가 한계라고 일컬어 집니다.

또 하나는 고집적화에 의한 소비전력의 증가와 발열 문제입니다. 일반적인 반도체 디바이스에서는 트랜지스터 1개에 수천개의 전자가 관련되어 있어, 1억개 가까운 트랜지스터가 탑재되어 있는 LSI에서는 당연히 소비전력이 증가합니다. 더욱이, 그것이 1cm2안에 집적되어 있는 것이라면 발열량도 엄청납니다. 새로운 미세화를 실현하기 위해서는 종래의 집적회로와는 다른 새로운 원리의 디바이스가 필요하다고 생각되며, 그 대안으로써 기대를 모으고 있는 것이 바로 나노테크놀로지입니다.

-- 소비전력과 발열 문제는 지구환경과 에너지 문제에도 영향을 미치는군요. 그럼, 새로운 동작 원리의 디바이스로는 어떠한 것을 예상할 수 있습니까 ?

후쿠이: 현재, 일본 국내외 연구기관에서 개발하고 있는 것은 LSI에 공급하는 전류와 전압을 감소시키는 기술 즉, 트랜지스터의 동작에 관여하는 전자의 수를 줄이는 기술입니다. 그 중에서도 단 1개의 전자로 트랜지스터의 ON・OFF를 제어하는 「단전자 트랜지스터」가 주목을 받고 있으며, 이것이 실현되면 소비전력이 종래의 1만분의 1 정도로 감소될 것으로 예상되고 있습니다.

Fukui Takashi, Doctor of Engineering

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