인텔, 신소재 나노튜브에 주목하다

인텔은 반도체에 이용되는 구리선을 대체할 수 있는 신소재로 나노튜브에 주목하고 있다. 이로써 현재 칩 제조업체들이 직면한 심각한 문제들이 해소될지 모른다. 인텔은 탄소 나노튜브를 이용하여 반도체 배선-반도체 내에서 트랜지스터를 서로 연결하는 미세금속선-의 프로토타입을 제작하고 이의 성능을 측정하는데 성공했다. 기본적으로 이번 실험은 탄소 나노튜브 특성이론의 정확성을 검증하기 위한 하나의 시도였다. 오리건주 인텔 연구소의 부품연구센터 소장 마이크 메이베리는 다음 주 샌프란시스코에서 열리는 미국진공학회(AVS) 국제 심포지움에서 이번 연구에 관해 논의할 예정이다. 인텔은 이 연구를 캘리포니아 공과대학, 컬럼비아 대학교, 일리노이 주립대학 어배너-샘페인 캠퍼스, 포틀랜드 주립대학과 협력하여 진행했다. 칩 배선은 지금까지 칩 제조업체를 짓눌러온 크나큰 문젯거리였다. 무어의 법칙에 따라 칩 제조업체들은 매 2년마다 반도체 내부 구성품의 크기를 줄여왔다. 하지만 칩 배선을 축소하면 전기저항이 증가하고 이에 따라 반도체 성능이 저하됐다. 칩 제조업체들은 이 문제를 풀기 위해 1990년대 말 알루미늄 배선을 구리로 대체했다. 유감스럽지만 앞으로 수년 이내에 구리 배선 크기의 축소와 함께 위 심각한 문제가 다시 대두되기 시작할 것이다. 반도체 분석회사 VLSI 리서치의 이사인 데이브 래머스는 “금속을 이용하는 경우 배선의 직경을 줄이면 저항이 증가하여 전자가 금속 원자 밖으로 튀어나오게 된다. 이에 의해 속도가 저하되는 것이다”고 말했다. 래머스는 VLSI의 홍보지인 ‘칩 인사이더’에 이 실험적 배선에 관한 글을 쓴 바 있다. 나노 기술의 꽃인 탄소 나노튜브는 금속보다 전도성이 훨씬 뛰어나다. 거의 획기적이라 할만하다. 여기서는 전자가 장애물로 인해 흩어지거나 방해를 받는 일이 일어나지 않는다. 나노튜브는 두께가 10억분의 몇 미터에 불과할 정도로 작아 금속 배선보다 훨씬 더 얇은 배선을 만들 수 있다. 따라서 금속 배선에서 나타나는 배선 축소 시의 문제를 자연스럽게 해결할 수 있다. IBM 등의 회사는 탄소 나토튜브를 이용하여 트랜지스터를 만들기도 했다. 이번 실험에서 인텔은 전기장(electric field)을 이용하여 나노튜브 뭉치들을 정렬하는데 성공했고 표준 장비를 이용하여 이의 진동수를 측정했다. 나노튜브가 만능은 아니다그러나 여기에도 문제는 존재한다. 탄소 나노튜브가 보여주는 획기적이고 경이로운 장점들에도 불구하고 탄소 나노튜브는 대량생산이 어렵다는 난점이 있다. 일부 나노튜브는 반도체적 특성을 지니는데 이는 전도성 조절이 가능함을 의미한다. 한편 도체적 나노튜브 또한 만들어질 수 있다. 이러한 특성들은 나노튜브의 원자 배열에 따라 결정된다. 나노튜브는 길게도 또는 짧게도 만들어질 수 있으며 동일 재료로 만들어진 나노튜브일지라도 매우 다양하고 상이한 특성들을 보여준다. 반도체 칩의 배선을 위해서는 수천 개의 나노튜브가 필요하다. 그래서 연구자들은 동질의 나노튜브를 생산할 수 있는 방법 내지는 양질의 나노튜브를 분리해 낼 수 있는 방법을 연구해야 한다. 래머스는 “현재 배선에 사용되는 방식은 이른바 도랑을 판 다음 이를 금속으로 메우는 것이다”라고 말했다. 이러한 문제들로 인해 탄소 나노튜브에 의한 배선이 본격적으로 상용화되기까지는 앞으로 수년의 시간이 더 필요해 보인다. 탄소 나노튜브를 칩에 적용하게 되든 그렇지 않든 간에 앞으로 20년 이내에 반도체의 기본 구조 및 내부 구성물질에서는 급격한 변화가 나타날 것이다. 2010년 또는 2012년쯤이면 연구자들은 반도체에서 필요한 변화가 무엇인지 가닥을 잡게 될 것이다. 그리고 조금 더 지나면 실리콘 소자와 신소재인 나노 소자를 결합한 칩이 등장할 지도 모르겠다. 어찌됐든 2020년대에는 실리콘 칩을 소형화하는 능력은 한계에 도달할 것이고 따라서 이 때쯤이면 전혀 다른 새로운 물질로의 전환이 요구될 것으로 예상된다. @