IBM, 실온에 비해 성능이 두 배 이상 향상된 액체 질소 냉각으로 최적화된 나노시트 트랜지스터 프로토타입 시연

올해 12월 초 샌프란시스코에서 열린 IEEE 국제 전자 장치 회의(IEDM)에서 IBM 연구진은 액체 질소 냉각에 최적화된 최초의 고급 CMOS 트랜지스터를 시연했습니다.

이 사이트에 따르면 액체 질소가 끓는 온도는 -196°C로 매우 낮습니다. 이는 현재 주류 전자 장치가 견딜 수 없는 초저온입니다. 하지만 이렇게 추운 환경에서는 트랜지스터의 저항과 누설 전류가 크게 줄어들어 성능이 향상되고 전력 소모도 줄어듭니다.

IBM이 개발한 나노시트 트랜지스터는 실리콘 채널을 얇은 나노시트 층으로 절단한 구조와 완전히 둘러싸인 구조를 사용합니다. 게이트는보다 효과적인 전기장 제어를 달성합니다. 이 구조는 500억 개의 트랜지스터를 손톱 크기로 압축할 수 있을 뿐만 아니라 액체 질소 냉각 하에서 성능을 놀랍도록 두 배로 향상시킬 수 있습니다

다시 작성: 저온 환경은 전하 캐리어 산란 감소와 전력 소비 감소라는 두 가지 주요 이점을 제공합니다. 산란 감소는 저항 감소를 의미하며, 이는 전자가 장치 내에서 이동하는 능력을 향상시킵니다. 전력 소비가 감소하면 장치가 동일한 전압에서 더 많은 전류를 구동할 수 있습니다. 또한 액체 질소 냉각은 트랜지스터의 온/오프 감도를 향상시켜 스위치 상태에 더 작은 전압 변화만 요구하므로 전력 소비를 더욱 줄일 수 있습니다.

그러나 낮은 온도는 임계 전압 증가라는 새로운 과제도 가져옵니다. 임계 전압은 트랜지스터를 켜는 데 필요한 전압이며 온도가 떨어지면 증가하여 장치의 전환이 더 어려워집니다. 기존 공정으로는 임계 전압을 낮추는 것이 어렵기 때문에 IBM 연구진은 새로운 이중 금속 게이트와 이중 쌍극자 기술을 사용했습니다. n형 트랜지스터와 p형 트랜지스터의 경계면에 서로 다른 금속 불순물을 추가하여 쌍극자를 형성함으로써 전자가 전도대 가장자리를 통과하는 데 필요한 에너지를 줄이고 트랜지스터를 더욱 효율적으로 만듭니다

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