반도체는 전기가 통하기도 하고 통하지 않기도 하는 물질로, 외부 자극에 따라 스위치처럼 작동할 수 있습니다. 이러한 성질을 이용해 컴퓨터, 스마트폰, 자동차 등 다양한 전자제품에 적용되고 있습니다. 반도체의 가장 중요한 부품은 트랜지스터라고 하는데, 이 트랜지스터를 만드는 기술 중 하나가 바로 mos 기술입니다. mos는 금속-산화물-반도체의 약자로, 트랜지스터의 구조를 나타내는 말입니다. 이번 포스팅에서는 mos 기술이 어떻게 발전해왔는지 살펴보겠습니다.
MOS 기술의 탄생
1959년 미국의 벨 연구소에서 일하던 모하메드 아탈라와 도어 칸이 mos 트랜지스터를 개발한 것으로 시작됩니다. 이들은 반도체 위에 산화물 층을 만들고, 그 위에 금속 게이트를 놓아서 전압을 인가하면 반도체 층에 채널이 생성되어 전류가 흐르게 하는 원리를 발견했습니다. 이렇게 만든 트랜지스터는 기존의 바이폴라 접합 트랜지스터보다 작고 간단하며, 저 전력으로 동작할 수 있었습니다. 하지만 당시에는 이 기술의 중요성이 인식되지 않았고, 상용화되지도 않았습니다.
MOS 기술의 발전
1960년대 후반부터 본격화됩니다. 1963년 프랭크 완클러가 mos 트랜지스터를 이용해 메모리 셀을 만들었고, 1967년 인텔의 로버트 노이스와 고든 무어가 mos 트랜지스터를 대량 생산할 수 있는 방법을 개발했습니다. 이들은 mos 트랜지스터를 집적회로에 적용하여 1969년에 1K 비트의 DRAM을, 1971년에는 세계 최초의 마이크로프로세서인 4004를 출시했습니다. 이후 mos 기술은 컴퓨터 산업의 핵심 기술로 자리매김하게 됩니다.
MOS 기술의 혁신
1970년대에 CMOS 기술의 등장으로 이어집니다. CMOS는 Complementary MOS의 약자로, n형과 p형의 mos 트랜지스터를 쌍으로 사용하는 기술입니다. CMOS 기술은 mos 트랜지스터의 장점을 극대화하고, 단점을 보완할 수 있었습니다. CMOS 기술은 전력 소모가 매우 적고, 소음이 적으며, 집적도가 높고, 속도가 빠르다는 특징을 가졌습니다. CMOS 기술은 1978년에 RCA가 CMOS 마이크로프로세서를 출시하면서 상용화되기 시작했고, 1980년대부터는 mos 트랜지스터의 표준 기술로 자리 잡았습니다. CMOS 기술은 현재까지도 로직과 메모리 등 다양한 반도체 소자를 만드는 가장 보편적인 기술로 사용되고 있습니다.
MOS 기술은 지난 수십 년 동안 반도체 산업의 성장을 이끌어왔지만, 더 이상의 미세화와 집적 화에는 한계가 있습니다. 반도체 소자의 크기가 원자 크기에 근접하면서 양자 효과와 누설 전류 등의 문제가 발생하고 있습니다. 또한 공정비용과 전력 소모도 증가하고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 재료, 구조, 기술을 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 예를 들어, 실리콘 대신 탄소나 게르마늄 등의 재료를 사용하거나, 2차원에서 3차원으로 소자를 쌓거나, 광학이나 스핀 등의 새로운 원리를 적용하는 방법이 있습니다. 이러한 연구들이 성공적으로 상용화되면, mos 기술은 새로운 패러다임을 열 수 있을 것입니다.