반도체란 무엇인가? 반도체 구성 및 작동 원리 – 2편 [반도체 8대 공정] MOSFET이란 무엇인가??

우리가 아는 반도체는 어떻게 만들어질까요? 반도체를 만드는 공정을 흔히 반도체 8대 공정이라고 합니다.

그리고 8대 공정의 순서는 아래와 같습니다.

 

 

사실 공정 자체를 설명하는 포스팅은 조금만 찾아보면 많습니다.

그런데.. 8대 공정이나 공정을 아무리 들여다 봐도 ‘반도체가 어떻게 만들어지나’ ‘원리가 무엇인가’에 대한 본연적인 궁금증에 대한 속시원한 해답을 찾을 수가 없었습니다. 그래서!!  이리저리 인터넷을 뒤져서!! 제가 이해한 내용을 토대로 설명해 보도록 하겠습니다.

먼저 반도체가 어떻게 생겼나 부터 시작해보도록 하겠습니다.

반도체의 종류가 사실  많은데 그 중 핵심인
‘시스템 반도체’ 혹은 ‘비메모리 반도체’라고 불리는 cpu를 한 번 보도록 하죠

CPU는 중앙처리 장치로 연산, 인출, 해독, 실행, 메모리, 라이트백 등의 기능을 하며 컴퓨터, 핸드폰 등에 들어가는핵심 반도체 부품입니다. 이런 반도체 안에는 엄청나게 많은 ‘트랜지스터’가 들어있어요.

그럼 이 ‘트랜지스터’가 대체 뭘까요?

그런데 사실 이 트랜지스터가 최초 개발 될 당시에는 크기가 매우 컸습니다.

아래 사진을 보시면 알겠지만 이런 트랜지스터 26억개를 조그만 칩에 넣을 순 없겠죠;;;;

 

트랜지스터에 대해 설명하자면 또 길어지니 간단하게 짚고 넘어가겠습니다.

가운데 부분 (BASE) 에 약한 전류를 주면 좌/우 (EMITTER/COLLECTOR) 간 큰 전류가 흐른다 정도만 알면 될거 같습니다.

 

 

BASE에 전류를 안 주면 전기가 차단되구요.

 

이런 트랜지스터는 어떻게 연결하느냐에 따라 성질이 바뀌게 되는데 이를 ‘논리 회로’라고 합니다.

아래 간단한 예시가 있죠. 아래 예시는 기초 중의 기초입니다. 

- AND 회로 : 두 군데 신호가 다 들어가야 켜진다.

- OR 회로 : 둘 중 어느 한 곳에만 신호가 들어가도 켜진다.

- NOT 회로 : 신호가 들어와도 안 켜진다.

 

이런 논리 회로들을 이어 붙이고 설계를 하면 앞서 말했던

연산, 인출, 해독, 실행, 메모리, 라이트백 등의 기능을 하는 CPU가 탄생합니다.

 

 

 

 

 

 

 

좀 더 복잡한 논리회로도 보실까요?

논리 회로는 대학교 전자/전기 공학부에서 전공과목으로 정해놓고 교육해도 어려운 파트로……

저희는 생략하도록 하죠.

실제로 이렇게 커다란 트랜지스터만 가지고 컴퓨터를 만든 사람도 있네요 ㅋㅋ

램, 롬, IC칩 다 구성이 돼어있는데 간단한 계산기 정도 능력 되는듯한..?ㅋ

부품은 총 7000개 미만이고
컴퓨터 FullTr-11의 스펙은,CPU는 11비트 클럭 1KHz, RAM이 5.5바이트, ROM이 128 바이트 라고 합니다 ㅋㅋㅋ

요즘 키로바이트도 아니고 메가바이트 쓰는 시대에.. 그냥 바이트네요 ㅠ

 

 

다시 반도체 얘기로 돌아와서

이렇게 큰 트랜지스터로는 CPU를 만들 수 없습니다. 그래서 아주 미세한  (크기가 0.1 마이크로미터 수준) 트랜지스터인 MOSFET(금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터)이 실제 CPU 칩에 들어갑니다.

MOSFET은 트랜지스터처럼 게이트에 약한 전압을 흘려주면 소스와 드레인 사이에 큰 전류가 흐를 수 있는 구조입니다.

커다란 트랜지스터와 기능은 유사한데 크기는 매우 작죠

상세한 건 다음에 다루도록 하겠습니다.

아무튼 MOSFET 은 나노 단위 수준에서 제작이 됩니다. 뭐 대략 길이가 100나노미터쯤이라는데..
이건 얼마나 작을까요?

사진 비교 한 번 보시죠

 

MOSFET 이라는 반도체 소자 단위가 엄청나게 작다는게 느껴지시나요?

그래서 IC칩에 26억개씩이나 들어간다는…

이것도 MOSFET 전체 크기가 0.1 마이크로이지 이를 만들기 위한 미세 공정은 훨씬 작습니다.

 

반도체 공정에 대해 설명하려다 보니 글이 길어졌네요..

아무래도 디테일한 공정 소개는 다음 편에 다뤄야 겠습니다.

MOSFET을 가지고 얘기해보도록 할게요! 뿅

 

 

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