때때로 트랜지스터는 거의 너무 평범하게 느껴질 때가 있습니다.
트랜지스터는 먼지보다 작고 조용하고 조용하지만 어떤 방식으로 무엇이 켜지고, 무엇이 꺼지고, 어떤 메모리가 남아 있는지 등 모든 것을 결정합니다.
사람들은 이를 MOSFET이라고 부르는데, 차갑게 들릴 수도 있지만 아름다운 어떤 것이 있습니다.
금속, 산화물, 반도체는 목적을 가지고 세 겹으로 쌓여 있습니다.
마법이 아닙니다.
제어입니다.
엔지니어들은 수십 년 동안 다음 나노미터에 완벽함이 숨겨져 있을 것처럼 매번 제어 장치를 더 작게 만들어 왔습니다.
MOSFET 구조
MOSFET을 게이트 키퍼라고 생각해봅시다.
그 위에 소스, 드레인, 게이트가 떠 있습니다.
전압을 가할 때까지 아무것도 움직이지 않습니다.
그런 다음 초대받은 것처럼 전자가 게이트 아래의 작은 채널을 통해 돌진합니다.
산화물은 두 세계 사이의 얇은 유리판처럼 전자가 닿지 않게 합니다.
간단해 보이지만 모든 것은 그 얇은 층이 어떻게 작동하는지에 따라 달라집니다.
너무 두꺼우면 아무것도 흐르지 않습니다.
반대로 너무 얇으면 전하가 새어 나갑니다.
균형 가장 중요한 것입니다.
시간이 지남에 따라 사람들은 트랜지스터를 더 작고, 빠르고, 효율적으로 만들어졌지만, 그에 따라 어떤 결함은 더 취약해졌습니다.
어느 순간 평평한 모양은 더 이상 소용이 없었습니다.
그래서 그들은 트랜지스터를 뒤집고, 올리고, 핀과 시트를 만들었습니다.
이름은 핀펫, GAA로 바뀌었지만 핵심은 그대로 유지되었습니다.
그래도 제어력을 잃지 않고 전자를 움직이려고 노력한 과정입니다.
도핑 과정
순수한 실리콘은 지루합니다.
안정적이고 차분하지만 우리가 원하는 동작을 할 수 없습니다.
그래서 우리는 도핑을 합니다.
순수한 실리콘 원자에 다른 특성을 가지는 원자 몇 개를 추가하여 불안정하게 만듭니다.
인은 더 많은 전자를 제공합니다.
붕소는 일부 전자를 가져갑니다.
그 작은 불균형이 반도체의 기본 언어인 n형, p형이라는 특이한 행동을 일으킵니다.
두 원자가 만나는 곳에서 경계가 형성됩니다.
바로 여기서 이야기가 시작됩니다.
전류, 전압, 스위칭.
도핑은 쉬워 보이지만 사실 그렇지 않습니다.
너무 깊고 얕고 고르지 않은 원자 몇 개가 있으면 장치 전체가 다르게 작동합니다.
제조 과정에서 우리는 화살표처럼 이온을 쏜 다음 가열하여 적절한 위치를 찾기를 바랍니다.
예술은 아니지만 정확히는 아니지만 가깝게 느껴집니다.
정밀함이 있고 믿음이 있습니다.
눈으로는 도핑제를 볼 수 없지만 도핑제가 무엇을 가능하게 하는지 볼 수 있습니다.
캐리어 모빌리티
모빌리티는 전하가 얼마나 자유롭게 움직이는지에 관한 것입니다.
교통처럼 생각할 수 있습니다.
도로가 매끄럽다면 자동차는 질주합니다.
거칠거나 혼잡할 때는 아주 천천히 갑니다.
전자도 마찬가지입니다.
깨끗한 실리콘에서는 빠르게 움직입니다.
열, 불순물 또는 스트레인을 추가하면 속도가 느려집니다.
모빌리티는 트랜지스터가 얼마나 빨리 전환할 수 있는지, 얼마나 많은 전력을 낭비하는지, 얼마나 뜨거워지는지를 결정합니다.
엔지니어들은 실리콘을 늘리고 표면을 연마하며, 심지어 승차감을 더 부드럽게 만들기 위해 재료를 변경하기도 합니다.
일부는 질화 갈륨 또는 오래된 아이디어를 위한 새로운 도로인 MoS₂로 이동합니다.
그럼에도 불구하고 모든 개선은 더 어렵게 느껴집니다.
한계는 더 가깝습니다.
하지만 이미 불가능할 정도로 작은 내부에서 속도를 위한 공간을 계속 찾는 것이 관건입니다.
어떤 엔지니어는 MOSFET을 바라보며 이것이 한계일지도 모른다고 생각합니다.
그런 다음 그들은 그 문제를 해결할 방법을 찾습니다.
새로운 재료, 새로운 구조, 구부려야 할 새로운 규칙이 바로 그것입니다.
이것이 바로 이 분야를 인간답게 만드는 이유입니다.
전자와 층만이 아닙니다.
지속성입니다.
호기심.
아무리 작은 규모라도 아직 개선할 여지가 남아 있다는 조용한 믿음입니다.
MOSFET는 작지만 사람들이 한 번에 원자 하나씩 더 나은 것을 만들기 위해 얼마나 멀리 갈 것인지에 대한 우리가 알고 있는 가장 큰 이야기를 담고 있습니다.