최리노의 한 권으로 끝내는 반도체 이야기

머리말
반도체와 반도체 소자
증폭 소자를 만들기 위해 탄생한 반도체 소자
논리 회로와 스위치 소자
컴퓨터의 탄생과 반도체 소자의 기여
윌리암 쇼클리와 실리콘밸리의 탄생
집적 소자의 탄생
‘무어의 법칙’과 MOSFET
CMOS 기술과 반도체 메모리의 탄생
반도체 집적 공정과 소자 미세화
소자 미세화를 통한 성능의 향상
한계에 다다르고 있는 소자 미세화
반도체 산업에 대해서
새로운 전쟁터, 이종집적 기술
반도체 소자가 가야 할 길 - 폰노이만을 넘어 보자
맺음말

지금 반도체 소자는 발전에 큰 전환기를 맞고 있다. 소자 미세화라는 관성적으로 해오던 성능의 발전 방법이 정말로 힘들어졌기 때문이다(물론 소자 미세화가 어렵다는 이야기는 30년도 넘게 나왔지만 계속 극복하면서 발전되어 왔다). 소자 미세화가 중요한 것은 이러한 미세화를 통해서 소자의 작동 속도를 높여왔고 이렇게 높여진 작동 속도를 이용하여 컴퓨팅의 성능 향상을 가져왔기 때문이다. 컴퓨팅의 속도는 정보 사회화된 인류의 발전 정도를 말해주는 척도이다. 빠른 컴퓨팅 속도는 컴퓨팅 시간의 여유를 만들어주고 그 여유 시간을 이용하여 다양한 다른 일(예컨대 복잡한 양자 시뮬레이션에서부터 현란한 게임의 그래픽 등까지)들이 가능하다. 소자 미세화에 큰 부분을 의지하고 있던 이 컴퓨팅 성능의 향상을 이제는 어떤 방법으로 발전시켜야 하는지에 대한 고민이 커지고 있다. 이와같이 반도체 소자는 단순한 공업 제품이 아니고 현재 인류의 발전의 한 축을 담당하고 있다.

요즘 사용하는 칩 중에는 반도체 물질이 아예 쓰이지 않았는 데도 반도체라고 불리는 경우도 있다. 위에서 이야기한 대로 반도체 산업에는 많은 수의 단위 소자를 작은 칩 안에 넣는 집적 회로를 만들다보니 발전하게 된 기술이 많다. 이러한 제작 기술을 ‘반도체 집적 공정’이라고 부른다. 작은 사이즈의 모양을 똑같이 매우 많은 수로 만드는 데 특화된 기술이다. 한 면이 1cm도 안되는 매우 작은 면적에 100억 개도 넘는 수의 단위 소자를 만들어 넣을 수 있을 정도로 정교한 기술이다.

반도체 칩의 숫자는 시간이 갈수록 점점 더 늘어가고 있다. 이렇게 필요한 기능을 만족시키기 위해서 반도체 칩은 작게는 수백 개에서 많게는 수백억 개의 단위 소자가 결합되어 만들어진다. 반도체를 이용한 집적 회로는 이렇게 많은 수의 소자를 결합하는 데 큰 강점을 갖고 있다. 그 이유로 반도체 소자가 진공관 소자를 대체하면서 전자 소자의 대명사로 모든 전자제품에 쓰이게 된 것이다.