스스로 조립하는 미래의 반도체
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0:01 - 0:05한때는 컴퓨터가 방 크기만 했습니다.
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0:05 - 0:06지금은 주머니에 들어가죠.
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0:06 - 0:08손목 위에도 있고요.
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0:08 - 0:11심지어 몸 안에 이식되기도 합니다.
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0:11 - 0:12정말 대단하죠?
-
0:13 - 0:17이런한 일들이 가능했던 건
트랜지스터가 소형화된 덕분입니다. -
0:17 - 0:20전자 회로에서 스위치 같은
역할을 하는 것으로서 -
0:20 - 0:21컴퓨터의 핵심이라고 할 수 있죠.
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0:22 - 0:25그 과정에는 수십 년에 걸친 개발과
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0:25 - 0:28과학 기술 분야의 획기적 발전이 있었고
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0:28 - 0:31수십억 불(수조 원)의 개발비가
투입되었습니다. -
0:31 - 0:34그 결과로 엄청난 양의
컴퓨터 작업을 할 수 있게 되었고 -
0:34 - 0:36기억 용량도 크게 늘었으며
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0:36 - 0:41오늘날 우리가 누리고 있는
디지털 혁명을 불러왔습니다. -
0:42 - 0:44하지만 나쁜 소식이 있어요.
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0:44 - 0:48이제 디지털 시대도
한계에 다다랐습니다. -
0:48 - 0:52트랜지스터 소형화의 발전 속도가
느려지고 있기 때문이죠. -
0:52 - 0:55이와 동시에, 다른 한편에서는
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0:55 - 0:57소프트웨어 분야의 기술 혁신이
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0:57 - 1:03인공지능과 빅테이터에 힘입어
급속도로 이루어지고 있습니다. -
1:03 - 1:08전자기기들이 점차 안면인식과
증강현실 기능을 갖게 되고 -
1:08 - 1:12심지어 무인자동차가
위험하고 복잡한 도로를 달립니다. -
1:13 - 1:14정말 놀랍죠.
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1:15 - 1:19하지만 이러한 소프트웨어의
기술 수요를 잘 따라가지 못하면 -
1:19 - 1:23기술 발전의 어느 시점에 이르러서는
-
1:23 - 1:27소프트웨어로 할 수 있는 일에
한계에 부딪힐 것입니다. -
1:27 - 1:29하드웨어 때문에요.
-
1:29 - 1:34구형 스마트폰이나 태블릿을 쓰며
당황했던 경험이 있으실 겁니다. -
1:34 - 1:37서서히 느려지다가
결국 멈춰버리고 하죠. -
1:37 - 1:41업데이트와 새로운 기능이
게속 더해지면 그렇게 됩니다. -
1:41 - 1:44얼마 전에 샀으니
문제없이 작동한다고 하더라도 -
1:44 - 1:49소프트웨어 개발자의 왕성환 식욕이
하드웨어 성능을 다 잡아먹을 겁니다. -
1:49 - 1:50시간이 갈수록 말이죠.
-
1:52 - 1:55반도체 업계는 이러한 상황을
이미 잘 알고 있습니다. -
1:56 - 1:59그래서 여러 창의적 해법을 찾고 있죠.
-
1:59 - 2:04트랜지스터를 뛰어 넘는
양자 컴퓨터를 연구하거나 -
2:04 - 2:08심지어 트랜지스터 구조를
아예 바꾸는 연구를 하고 있습니다. -
2:08 - 2:10예를 들어 신경망처럼 바꾸어
-
2:10 - 2:13더욱 강력하고 효율적인
회로망을 만들려고 하죠. -
2:13 - 2:17그런데 이런 접근 방식에는
꽤 많은 시간이 필요합니다. -
2:17 - 2:21문제를 해결할 더 즉각적인
해법을 원하고 있는데도 말이죠. -
2:23 - 2:28트랜지스터의 소형화 속도가
느려지고 있는 이유는 -
2:28 - 2:32그 생산 과정이 갈수록
복잡해지고 있기 때문입니다. -
2:33 - 2:36트랜지스터는 처음에는
크고 거대한 장비였지만 -
2:36 - 2:42순수 결정질 실리콘 웨이퍼를 이용한
집적회로가 발명되면서 바뀌었죠. -
2:43 - 2:46그 후 50년 동안 발전이 거듭되어
-
2:46 - 2:52현재의 트랜지스터 크기는
10 나노미터까지 줄었습니다. -
2:52 - 2:5510억 개 이상의 트랜지스터를
-
2:55 - 2:58가로세로 1mm의 실리콘에
넣을 수 있는 크기입니다. -
2:58 - 3:00그 크기를 가늠하자면
-
3:00 - 3:04인간의 머리카락 지름은
100 마이크로미터입니다. -
3:04 - 3:08눈으로 볼 수 없는 적혈구는
지름이 8 마이크로미터이고 -
3:08 - 3:12하나의 머리카락에
12개의 적혈구를 둘 수 있죠. -
3:12 - 3:16이에 비해 트랜지스터는 훨씬 작아서
-
3:16 - 3:191 마이크로미터의 길이도
훨씬 잘게 나눠야 하죠. -
3:19 - 3:25260개 이상의 트랜지스터를
적혈구 지름에 나열할 수 있습니다. -
3:25 - 3:293,000개 이상의 트랜지스터가
머리카락 지름에 해당되죠. -
3:30 - 3:34정말 놀랍게도 그 나노 기술이
지금 여러분 주머니 속에 있습니다. -
3:35 - 3:41컴퓨터 칩에 더 작은 트랜지스터를
더 많이 넣을 수 있다는 이점 외에도 -
3:42 - 3:45트랜지스터가 작아질수록
스위치 기능도 더 빨라집니다. -
3:46 - 3:51또한 트랜지스터가 작아질수록
더욱 효율적인 스위치가 되죠. -
3:51 - 3:52이 두 가지를 조합하면
-
3:52 - 3:54더 적은 비용으로
-
3:54 - 3:57더 우수한 성능과 효율성을 가진
전자제품을 만들 수 있습니다. -
3:57 - 3:59우리가 현재 이용하는 제품들이 그렇죠.
-
4:02 - 4:05이런 집적회로를 만들려면
-
4:05 - 4:11순수 결정질 실리콘 웨이퍼 위에
트랜지스터를 겹겹이 쌓아야 합니다. -
4:11 - 4:14정말 단순하게 설명해 드리면
-
4:14 - 4:17각각의 작은 회로 도면을
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4:17 - 4:20실리콘 웨이퍼의 표면에 투영시켜 비추면
-
4:20 - 4:24감광물질에 의해 그것이 기록됩니다.
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4:24 - 4:27그 감광물질을 따라 홈을 내면
-
4:27 - 4:30그 아래 층에 회로 패턴이
남게 되는 것이죠. -
4:31 - 4:35이런 공정은 과거 수년에 걸쳐
엄청나게 발전해왔습니다. -
4:35 - 4:37그 결과로 전자제품들이
현재의 성능을 갖게 되었죠. -
4:38 - 4:42하지만 트랜지스터의 크기가
점점 작아지면서 -
4:42 - 4:47이런 제조기술에 있어서
물리적 한계가 오고 있습니다. -
4:49 - 4:54최근에는 그 패턴 기록 장비가
너무나 복잡해져서 -
4:54 - 4:59한 대당 1억불(약1100억 원) 이상의
비용이 든다고 합니다. -
4:59 - 5:03반도체 공장에는 이런 장비가
수십 대씩 필요하죠. -
5:03 - 5:05그러면 다들 이런 의문을 갖습니다.
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5:05 - 5:07"이런 방식을 계속 유지할 수 있을까?"
-
5:08 - 5:12저희는 이런 반도체 제작 공정을
바꿀 수 있다고 생각합니다. -
5:12 - 5:14지금까지와 전혀 다르고
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5:14 - 5:16비용이 훨씬 적게 드는
방법으로 말이죠. -
5:17 - 5:21분자공학과 자연모방 기술을 이용해서
-
5:21 - 5:25트랜지스터를 나노 단위의
크기까지 줄일 수 있습니다. -
5:25 - 5:27기존 제조 방식에서는
-
5:27 - 5:32각각의 작은 회로도를 실리콘 위에
투영해야 한다고 말씀드렸는데요. -
5:33 - 5:36그 집적회로의 구조를 살펴보면
-
5:36 - 5:38트랜지스터의 배열은
-
5:38 - 5:41똑같은 모양 수백만 개가
반복되는 형태입니다. -
5:41 - 5:44매우 주기적인 구조 형태죠.
-
5:44 - 5:47그래서 우리는 그 주기성을 이용해서
-
5:47 - 5:50새로운 제조기술을 만들고자 했습니다.
-
5:50 - 5:54자기조립화 물질을 이용해서
-
5:54 - 5:57주기성을 갖는 구조가
자연적으로 형성되면 -
5:57 - 5:59트랜지스터로 쓰고자 했죠.
-
6:00 - 6:02우리는 그런 물질을 활용해서
-
6:02 - 6:06정밀한 패턴을 만들 수 있습니다.
-
6:06 - 6:11패턴 투영기술이 가진 한계를
뛰어 넘을 수 있죠. -
6:12 - 6:16자기조립화는 자연계의
여러 곳에서 발견할 수 있습니다. -
6:16 - 6:19세포 지질막이나
세포 구조에서도 볼 수 있죠. -
6:19 - 6:22우리는 이것이 확실한
해결책이라고 생각했습니다. -
6:22 - 6:26자연계에서 유용하다면
우리에게도 분명 유용할 테니까요. -
6:27 - 6:31그래서 우리는 이 자연발생적인
강력한 자기조립 특성을 이용해서 -
6:31 - 6:35반도체 제조 기술에 접목하기로 했습니다.
-
6:37 - 6:40자기조립 물질 중의
하나를 소개해드리죠. -
6:40 - 6:43'블록 혼성 중합체'라는 것인데요.
-
6:43 - 6:47길이 수십 나노미터의 두 종류의
중합체가 사슬처럼 연결된 것입니다. -
6:47 - 6:51이 중합체 사슬들은 서로 싫어해서
서로를 밀어냅니다. -
6:51 - 6:55물과 기름처럼, 또는
저희 집 사춘기 아들, 딸 형제처럼요. -
6:55 - 6:56(웃음)
-
6:56 - 6:59하지만 우리는 이 물질을
억지로 결합시켜 -
6:59 - 7:04서로 밀어내려는 성질을
사전에 억제시켰습니다. -
7:05 - 7:08하나의 덩어리 안에는
이 물질 수십억 개가 있어서 -
7:08 - 7:11비슷한 요소끼리는 붙으려고 하고
-
7:11 - 7:15그와 동시에, 반대 요소끼리는
서로 떨어지려고 합니다. -
7:15 - 7:19억제력과 긴장력이 미리
시스템에 가해진 상태입니다. -
7:19 - 7:23그래서 이것이 꿈틀대고 움직이며
형상을 만들어가는 것이죠. -
7:24 - 7:28그렇게 자연적으로 스스로 조립되며
나노 크기의 형상을 이룹니다. -
7:28 - 7:32규칙적이고, 주기성을 띄며
길이도 길게 할 수 있죠. -
7:32 - 7:36트랜지스터 배열에 필요한
바로 그대로입니다. -
7:37 - 7:40이제 우리는 분자공학을 이용하여
-
7:40 - 7:43여러 형태와 크기를 갖는
중합체를 설계했습니다. -
7:43 - 7:45물론 주기특성도 달리했죠.
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7:45 - 7:48예를 들어, 대칭 분자 구조로 하면
-
7:48 - 7:51두 종류의 중합체 사슬은
비슷한 길이를 갖습니다. -
7:51 - 7:54자연적으로 형성된 자기조립 구조는
-
7:54 - 7:57길이가 길고, 구불구불한
선의 형태입니다. -
7:57 - 7:58마치 지문과 비슷하죠.
-
7:59 - 8:01그 지문 사이의 간격은
-
8:01 - 8:03즉, 중합체 간의 간격은
-
8:03 - 8:07중합체 사슬의 길이에 따라 다릅니다.
-
8:07 - 8:11시스템 안에 미리 가해진
억제력 수준도 영향을 미치죠. -
8:11 - 8:14더 정교한 구조를 만들기 위해서는
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8:15 - 8:18비대칭적 분자 구조로 하면 가능합니다.
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8:19 - 8:23한쪽 중합체 사슬이
다른 쪽보다 훨씬 짧은 형태인데요. -
8:24 - 8:26이 경우에 형성되는 자기조립 구조는
-
8:26 - 8:30짧은 사슬들이 중앙에서
단단한 구형을 이루고 -
8:30 - 8:34반대쪽 중합체 사슬들이
그 바깥을 길게 감싸며 -
8:34 - 8:36자연적인 원통 모양을 만듭니다.
-
8:37 - 8:39그 원통의 크기와
-
8:39 - 8:43원통 사이의 간격, 즉 배열 주기는
-
8:43 - 8:49중합체 사슬의 길이와
사전 억제력에 따라 다릅니다. -
8:50 - 8:54다시 설명드리면, 분자공학을 이용해서
-
8:54 - 8:57자기조립 나노 구조에 적용하면
-
8:57 - 9:02설계된 크기와 주기성을 갖는
선이나 원통 모양을 만들 수 있습니다. -
9:02 - 9:06여기에 화학, 즉 화학공학을 활용하여
-
9:06 - 9:10우리가 원하는 나노 크기의
트랜지스터를 생산할 수 있죠. -
9:14 - 9:18하지만 자기조립 구조를 만드는 기술은
-
9:18 - 9:20이제 겨우 절반만 성공한 상태입니다.
-
9:20 - 9:23왜냐하면, 이 구조를 배치하는
기술이 필요하기 때문입니다. -
9:23 - 9:27집적회로의 트랜지스터
위치에 있도록 말이죠. -
9:27 - 9:30하지만 이건 비교적 쉬운 작업입니다.
-
9:30 - 9:37넓은 가이드 구조를 만들어서
자기조립 구조가 자리잡도록 하면 -
9:37 - 9:39일부가 그 자리에 먼저 고정되고
-
9:39 - 9:43나머지 자기조립 구조가
나란히 놓이도록 하는 겁니다. -
9:43 - 9:46가이드 구조를 따라 정렬되는 거죠.
-
9:47 - 9:51예를 들어, 40 나노미터 간격의
정밀한 선을 만들고자 할 때 -
9:51 - 9:55기존의 패턴 투영기술로는
만들기가 매우 어렵습니다. -
9:56 - 10:01우리는 120 나노미터의 가이드 구조를
-
10:01 - 10:04일반적인 투영기술로 먼저 만들어 두고
-
10:04 - 10:10그 사이에 세 개의 자기조립 구조를
40 나노미터 간격으로 배열합니다. -
10:10 - 10:15그렇게 이 재료로 가장 어려운
정밀 패턴 작업을 할 수 있습니다. -
10:16 - 10:20저희는 이 전체 공정을
"유도 자기조립"이라고 부릅니다. -
10:22 - 10:24유도 자기조립에 있어서 핵심과제는
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10:24 - 10:29전체 시스템이 거의 완벽하게
배열되어야 한다는 것입니다. -
10:29 - 10:34구조에 아주 작은 결함만 있어도
트랜지스터 기능을 잃기 때문이죠. -
10:34 - 10:37집적회로에는 수십억 개의
트랜지스터가 필요하기 때문에 -
10:37 - 10:40거의 분자 수준으로
완벽한 시스템이 요구됩니다. -
10:41 - 10:44저희는 아주 특별한 방법으로
이 문제를 해결하고 있습니다. -
10:44 - 10:47화학적 세척 과정을 통해서
-
10:47 - 10:51반도체 공장에서 이들 물질을
조심스럽게 처리함으로써 -
10:51 - 10:56아주 미세한 나노 수준의
결함 조차 제거하는 것이죠. -
10:57 - 11:03이러한 유도 자기조립 기술은
파급력이 큰 신기술이지만 -
11:03 - 11:05아직까지는 개발 단계에 있습니다.
-
11:06 - 11:11하지만 반도체 업계에 적용할 수
있을 거라고 확신하고 있습니다. -
11:11 - 11:16향후 몇 년 안에 제조공정의
혁신을 가져올 것입니다. -
11:17 - 11:20그렇게만 된다면, 이 기술이 성공한다면
-
11:20 - 11:25저비용으로 트랜지스터 소형화를
계속할 수 있을 것입니다. -
11:25 - 11:31컴퓨터 작업량을 더욱 확대하고
디지털 혁명도 지속할 수 있습니다. -
11:31 - 11:36그 무엇보다도, 분자 제조 기술의
새시대를 열게 될 것입니다. -
11:36 - 11:38이 얼마나 멋진 일인가요?
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11:39 - 11:40감사합니다.
-
11:40 - 11:44(박수)
- Title:
- 스스로 조립하는 미래의 반도체
- Speaker:
- 칼 스케넨만(Karl Skjonnemand)
- Description:
-
당신의 주머니속에 있는 전화기에는 상상하기 힘들 정도의 작은 트랜지스터들이 들어있습니다. 심지어 머리카락 한 올 지름정도의 크기에 3,000개의 트랜지스터가 들어갈 수 있다고 합니다. 하지만 안면인식이나 증강현실 같은 분야의 디지털 혁명을 지속하기 위해서는 컴퓨터 칩에 더 많은 트랜지스터를 넣을 수 있어야 하지만 우리 기술은 한계에 다다르고 있습니다. 이 미래지향적인 강연에서, 기술개발자인 칼 스케넨만은 반도체 제작을 위한 급진적이고 새로운 방법을 소개합니다. "분자 제조 기술의 새시대가 열릴 것입니다."라고 그는 말합니다.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 11:57
Jihyeon J. Kim approved Korean subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
Jihyeon J. Kim accepted Korean subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
Jihyeon J. Kim edited Korean subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
Jihyeon J. Kim edited Korean subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
Jihyeon J. Kim rejected Korean subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
Jiyong Kim accepted Korean subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
Jiyong Kim edited Korean subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
JY Kang edited Korean subtitles for The self-assembling computer chips of the future |