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반도체기기의 소자 레벨 열관리

전문가 제언: ○ 전자기기의 열 문제는 수명과 동작의 신뢰성을 위해서 매우 중요한 사안이다. 전자기기를 처음 만들 때부터 열 문제에 대한 분석은 이루어져왔고 많은 성공적인 결과들이 있지만, 반도체소자의 크기가 마이크로미터 이하로 아주 소형화가 된 지금의 시점에서는 더욱더 열 문제에 대한 중요성이 대두되고 있으며, 한층 더 심화된 분석 방법이 요구되고 있다.

○ 현대 사회의 개인용 컴퓨터나 휴대폰, 전자사전을 비롯한 여러 전자제품은 소자를 집적하여 만든 집적회로로 인하여 가능해진 것이다. 물론 소자를 작게 하여 많이 집적시키는 일도 어려운 일이지만, 그것을 성공한 후에는 열 문제를 해결하여 신뢰성을 가질 경우에만 그것이 제품으로 나올 수 있다. 본문은 소자의 집적도가 높아질수록 심화되고 있는 열 문제에 관하여 좋은 분석의 예를 보여주고 있다.

○ 열 문제로 인한 신뢰성 상실에 가장 큰 문제를 일으키고 있는 것은 뜨거운 캐리어(hot carrier)의 영향이다. 이것은 소자가 소형화되는데 비해 사용 전압의 크기는 얼마 낮아지지 못한 결과, 전기장의 세기가 매우 높아져 전자와 홀이 전기장으로부터 얻는 에너지가 매우 높아져서 생긴 결과이다. 전자의 에너지가 작은 경우에는 전자와 결정격자가 열적 평형을 이루지만, 지금의 소자에서는 전자 에너지가 매우 커서 비평형 상태에 있게 되고 매우 높은 열을 갖는 전자는 소자 내에서 누설 전류를 많이 흐르게 하는 등 소자 특성을 매우 나쁘게 하여 신뢰성과 수명을 떨어뜨린다.

○ 소자의 집적도를 높일수록 생산 단가 저감, 생산성 증대, 기기 성능 향상 등 많은 경제적 가치가 창출된다. 따라서 소자 집적도 제고에 장애가 되고 있는 열 문제의 해결에 더 많은 연구와 투자가 요구되고 있으며 이는 우리나라가 반도체 강국으로써의 위치를 계속 고수해 나가는데 필수 요건이라 할 수 있다.

저자: Kazuyoshi FUSHINOBU
자료유형: 학술정보