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美 MIT 연구팀, 무어의 법칙 이어갈 탄소나노튜브 칩 개발

  • 보도 : 2019.09.11 14:08
  • 수정 : 2019.09.11 14:08

탄소나노튜브 프로세서

◆…사진:MIT 테크놀로지 리뷰

미국 MIT 연구팀이 획기적인 탄소나노튜브 칩 제조방법을 공개하며 위기에 처한 무어의 법칙을 계속 이어갈 수 있을 것으로 기대되고 있다.

무어의 법칙이란 1965년 페어차일드 반도체의 연구원으로 있던 무어가 만든 마이크로칩의 밀도가 24개월마다 2배로 늘어난다는 법칙으로 MIT연구원들이 실리콘 소재보다 전력소모를 줄인 나노튜브를 이용한 새로운 프로세서 제조방법을 발견함으로써 이어갈 수 있게 됐다.

지난 달 30일(현지시간) MIT의 한 연구팀은 단일 카본 원자 폭의 벽(막)으로 구성된 탄소나노튜브로 제조한 세계에서 가장 혁신적인(앞선) 칩셋을 공개, 집적도를 높이는데 한계를 가진 실리콘을 대체할 방법을 모색하는 업계에 하나의 이정표를 제시했다.

전자업계는 집적도가 물리적 한계에 직면하면서 하나의 실리콘 프로세서에 담을 수 있는 트랜지스터의 용량이 2년마다 2배로 증가한다는 무어의 법칙이 흔들리는 상황에 처했다. 반도체의 집적도가 원자단위로 줄어듦에 따라 트랜지스터를 통과하는 금속채널에서 전류가 유출되며 열이 발생하고 열은 반도체의 에너지 효율을 떨어뜨리거나 고장을 일으키기도 한다.

이러한 상황에서 탄소나노튜브 트랜지스터는 실리콘에 비해 전자의 이동속도가 빠를 뿐 아니라 에너지 효율 또한 10배 이상 높아 전자기기 배터리 수명을 크게 늘릴 수 있다는 연구결과에 따라 완벽한 대안으로 부상했다.

세계 각국과 기업 및 연구실에서는 수십 년 동안 분자가 포함된 대체 칩을 연구해 왔지만 어려운 제조공정으로 인해 실험실 수준에 머무르고 있는 실정이었다. 네이처를 통해 발표한 논문에서 MIT연구팀은 탄소나노튜브 칩을 대규모로 생산하는데 있어 발생하는 장애를 극복할 수 있는 방법을 찾았다고 밝히고 있다.

MIT 맥스 슈레이커(Max Shulaker) 교수팀은 기존 실리콘 반도체 설비를 이용해 지금까지 가장 집적도가 높은 1만4천개 이상의 탄소나노튜브로 구성된 16비트 마이크로프로세서를 제조하는데 성공했다.

연구팀은 소재를 혼합하는데 있어 발생하는 문제를 면밀히 조사, 디지털 회로를 구성하는 기본 블록인 특정 종류의 로직(논리) 게이트가 금속성 나노튜브에 의해 발생되는 문제들에 더 내구력을 가진다는 사실을 확인했다.

따라서 연구팀은 이러한 게이트를 우선시하는 새로운 회로 설계를 개발하면서 보다 민감한 금속 케이트 사용을 최소화 하고, 번들링(나노튜브끼리 뭉치는) 문제를 해결하기 위해 폴리머로 웨이퍼를 코팅 한 후 단계적으로 세척하는 방법을 이용했다.

하지만 이들이 개발한 칩셋은 아주 간단한 프로그램을 수행할 수 있는 정도의 용량에 불과, 높은 수준의 소프트웨어를 실행할 수 있는 수준의 수십억 개의 트랜지스터를 가진 실리콘 프로세서에는 비교할 수준이 아니다.

몇 년 전 IBM은 2020년까지 실리콘 칩을 탄소나노튜브 칩이 대체할 것으로 기대했지만 여전히 실험실 수준에 머무르며 실제 제조공정으로 도입하는 방법은 제시하지 못하고 있다.

슈레이커 교수는 “새로운 혁신과 진보는 탄소나노튜브를 이용한 칩 생산을 향한 길을 보다 명확하게 제시한다”면서 “더 이상의 믿음을 강화하는 것은 필요치 않다”고 말했다.

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