실리콘의 지위가 위협 받고 있다. 대항하는 재료인 갈륨 비소 인듐(indium gallium arsenide : InGaAs)에서 만들어진 사상 최소 트랜지스터가 개발 되었기 때문이다. 컴퓨터 및 스마트 디바이스의 마이크로 칩의 왕자로 군림해온 실리콘 반도체의 수명도 이제 얼마 남지 않았을 것이다. 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology) Microsystems Technology Laboratories의 연구팀이 개발한 화합물 반도체 트랜지스터는 길이가 겨우 22나노미터에서도 작동이 가능하다. 이 화합물 반도체 트랜지스터는 컴퓨터의 실리콘을 대체할 유망한 재료이다.
고성능 컴퓨터 장치에 대한 수요에 부응하기 위해, 트랜지스터의 크기는 미세화되어 집적되는 마이크로칩 수가 증가하고 있다. 칩의 트랜지스터 수가 증가하면 증가만큼의 칩은 고성능화되고 더 많은 기능을 수행할 수 있다. 그러나 실리콘 트랜지스터가 나노 스케일의 크기로 축소되면서 장치가 발생시킬 수 있는 전류량이 줄어 운영 속도가 억제된다. 이는 마이크로 칩의 트랜지스터 수가 2년마다 2배가 된다는 인텔의 설립자 고든 무어가 예측한 무어의 법칙(Moore `s Law)의 끝이 다가오고 있는 것이 아닌가 전망이 나오고 있다.
이 무어의 법칙을 존속시키기 위해, 연구팀은 지금까지 작은 규모로 작동해도 대량의 전류를 발생시킬 수 있는 실리콘 대체 재료를 조사해왔다. 후보 물질 중 하나인 화합물 InGaAs 반도체는 이미 광섬유 통신이나 레이더 기술에 이용되고 있으며, 매우 우수한 전기적 특성을 가진다. 그러나 실리콘 트랜지스터와 같은 방법을 이용하여 InGaAs 트랜지스터를 형성하는 방법에 대한 최근의 진전에도 불구하고, 점점 증가하는 차세대 마이크로 칩에 대응하는 장치 제조에 성공한 사람은 없다.
del Alamo 교수, Antoniadis 교수와 Lin 씨는 마이크로 프로세서와 로직 어플리케이션에 일반적으로 사용되는 유형인 나노미터 크기의 MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor : 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터)를 InGaAs를 이용하여 제조할 수 있음을 입증했다. 이것은 실리콘의 한계를 넘어 무어의 법칙을 지속하는 뛰어난 논리 특성을 가진 작은 InGaAs의 MOSFET 제작이 가능하다는 것을 입증한다.
트랜지스터는 게이트, 소스, 그리고 드레인이라는 3개의 전극으로 구성되어 있다. 그 중 게이트는 소스와 드레인 사이의 전자의 흐름을 제어하고 있다. 트랜지스터 공간은 매우 좁고, 이 3개의 전극 각각이 조밀하게 배치되어야 한다. 따라서 연구팀은 게이트 자신이 다른 2개의 전극 사이에 "자동 정렬"하도록 했다.
연구팀은 MBE (molecular beam epitaxy)에서 InGaAs 박막을 성장시켰다. 인듐, 갈륨, 비소의 증발 원자가 진공 상태에서 상호 반응하여 단결정 화합물을 형성하는 이 성장법은 반도체 산업에서 폭넓게 이용되고 있다. 그리고 소스 및 드레인 접촉 금속으로 몰리브덴층을 증착한 후, 전자빔 리소그래피로 알려진 제조 기술을 이용하여 이 기판 위에 초미세 패턴을 형성하였다. 다음으로 재료의 불필요한 부분을 에칭으로 제거하고 미세한 누락 부분에 게이트 산화물을 증착한다. 마지막에 몰리브덴을 표면에 증착하고 다른 2개의 전극 사이에 가깝게 게이트를 형성한다.
이번에 연구팀이 이용한 기술의 대부분은 실리콘 반도체 제조에서 이미 이용되고 있는 것이지만, 화합물 반도체 트랜지스터의 제조에 이용되는 일은 거의 없다. 이것은 부분적으로, 광섬유 통신 등의 응용 프로그램에서 공백이 그다지 문제가 되지 않기 때문이다.
☞출 처 :
http://www.nedo.go.jp/content/100514658.pdf
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