미국 MIT가 탄소 나노 튜브를 사용한 전계 효과 트랜지스터(CNFET)를 포함한 16비트 RISC-V 마이크로 프로세서를 만들었습니다. 

 

지금의 주류 반도체는 실리콘을 재료로 쓰지만, 더 이상 트랜지스터를 미세화하기가 어려운 상황입니다. 탄소 나노 튜브는 유력한 차세대 반도체 소재로 실리콘보다 10배의 에너지 효율과 속도를 지녔습니다. 

 

이번에는 실리콘 칩의 제조 설비를 써서 CNFET를 포함한 RISC-V 마이크로 프로세서를 만들었습니다. 이 16비트 RISC-V 프로세서는 14,000개의 CNFET가 있어, 완벽한 명령을 정확히 수행합니다. 상용 프로세서와 같은 수준.

 

MIT는 6년 전에도 CNFET 마이크로 프로세서를 만들었으나 그때는 178개의 CNFET밖에 없었습니다. 탄소 나노 튜브로 CNFET를 만들기 위해선 소재/제조/기능 불량 문제를 해결할 필요가 있었습니다. 

 

탄소 나노 튜브만의 문제 중 하나가 탄소 나노 튜브의 일부가 금속화되면서 스위칭 속도가 떨어지거나 스위칭이 막히는 경우가 있다는 겁니다. 이를 해결하기 위해선 순도 99.999999%의 탄소 나노 튜브를 만들어야 하는데 지금 기술론 불가능하죠.

 

그래서 연산에 지장을 주지 않을 정도의 금속화된 CNFET를 배치해 필요 순도를 99.99%까지 낮췄습니다. 뿐만 아니라 금속화된 나노 튜뷰를 논리 게이트와 결합해 다른 특성을 얻을 수 있다는 점도 발견했습니다. 이런 조합을 시뮬레이션해 견고하거나 취약한 패턴을 파악해서 칩을 설계했습니다. 

 

CNFET는 트랜지스터 구조 웨이퍼를 탄소 나노 튜브 용액에 넣어야 하는데, 이 때 탄소 나노 튜브 일부가 붙어버리면서 오염됩니다. 이를 없애기 위해 탄소 나노 튜브의 접착성을 촉진시키는 화학 물질을 웨이퍼에 우선 처리하고, 특정한 폴리머 코팅을 더해서 특별한 용제에 담궜습니다. 

 

CNFET에서 연산을 수행하는 N형과 P형의 2가지 트랜지스터를 만들었다는 점도 눈여겨 볼만합니다. 탄소 나노 튜브는 2가지 트랜지스터를 만들기가 어려운데, 이번에는 플래티넘이나 티타늄을 트랜지스터에 붙여 P형/N형을 구성했습니다. 이걸로 트랜지스터 특성을 조정할 수 있습니다. 

 

앞으로 5년 안에는 이 기술이 실용화될 수 있을 거라고 보네요.