반도체의 비밀: D1a, D1b, D1c의 크기 차이와 기술 혁신

서론: 반도체 공정 기술의 발전

오늘날 우리가 사용하는 스마트폰, 컴퓨터, 심지어 전자제품들 속에 들어있는 핵심 부품 중 하나는 바로 반도체입니다. 반도체는 전기를 전달하거나 차단하는 역할을 하며, 작은 칩 속에 수억 개의 트랜지스터(전자 스위치)가 들어가 있습니다. 그런데 이 반도체를 만들 때 매우 중요한 것이 바로 공정 노드(node)입니다. 공정 노드란 트랜지스터의 크기를 줄이는 기술로, 더 작은 크기의 트랜지스터를 만들수록 더 많은 트랜지스터를 칩에 넣을 수 있어 성능이 향상되고 전력 소모도 줄어듭니다.

 

이번 글에서는 삼성전자의 10nm 공정 기술인 D1a, D1b, D1c에 대해 알아보고, 각각의 차이점과 기술적 의미를 살펴보겠습니다.

1. D1a: 10nm 공정의 시작

D1a는 삼성전자가 2017년경 처음으로 상용화한 10nm(나노미터) 공정 기술입니다. 여기서 나노미터란 1nm = 10억 분의 1미터로, 매우 작은 단위입니다. D1a 공정에서 트랜지스터의 크기는 약 10nm로, 이 작은 크기의 트랜지스터가 수억 개 모여 반도체 칩을 이루게 됩니다.

10nm 공정의 특징은 기존 14nm 공정에 비해 트랜지스터 크기를 더 작게 만들었기 때문에 더 적은 전력으로도 높은 성능을 낼 수 있다는 점입니다. 예를 들어, 스마트폰의 배터리 사용 시간이 늘어나고, 프로세서의 발열이 줄어드는 효과를 볼 수 있습니다.

2. D1b: 상용화되지 않은 중간 공정

D1b는 D1a 이후에 개발되었으나 상용화되지 않았던 중간 공정입니다. D1b는 D1a보다 더 발전된 8~9nm 수준의 트랜지스터 크기를 목표로 했을 것으로 추정됩니다. 그러나 삼성전자는 D1b를 상용화하지 않고, 곧바로 더 혁신적인 기술인 D1c로 넘어가게 되었습니다.

왜 삼성전자가 D1b를 건너뛰고 D1c로 바로 넘어갔을까요? 그 이유는 크게 두 가지로 생각해볼 수 있습니다:

• 시장 변화: 반도체 시장에서 더 빠르고, 더 작은 공정을 요구하는 경쟁이 매우 치열해졌습니다. 따라서 삼성전자는 중간 단계인 D1b보다 더 뛰어난 기술로 빠르게 전환할 필요가 있었습니다.
• 기술 혁신: 삼성전자는 D1a에서 D1b로 개선하는 것보다, 차세대 공정 기술인 EUV(Extreme Ultraviolet Lithography, 극자외선 리소그래피)를 사용한 D1c로 넘어가 성능을 한 번에 크게 향상시키는 전략을 택했습니다.

3. D1c: 7nm 공정으로의 진화

D1c는 D1a 이후 삼성전자가 본격적으로 상용화한 7nm 공정 기술입니다. D1c는 기존 10nm 공정보다 훨씬 작은 크기의 트랜지스터를 만들 수 있어, 성능 향상과 전력 효율을 극대화할 수 있었습니다. 특히 D1c에서는 EUV 기술이 도입되었는데, 이는 더 짧은 파장의 빛을 사용하여 미세한 회로를 더욱 정교하게 그릴 수 있는 기술입니다.

• EUV 기술: 기존의 리소그래피(회로 그리는 기술)는 193nm 파장의 빛을 사용했지만, EUV는 13.5nm 파장의 극자외선을 사용합니다. 이를 통해 7nm 수준의 아주 작은 회로를 정밀하게 그릴 수 있습니다. 삼성전자는 이 기술을 적용해 D1c에서 더 작은 트랜지스터를 만들 수 있었습니다.

4. D1a, D1b, D1c 공정 비교

• D1a (10nm): D1a는 삼성전자의 첫 번째 10nm 공정입니다. 트랜지스터 크기는 약 10nm로, 전력 소모와 발열을 줄이면서 성능을 향상시킨 기술입니다.
• D1b (89nm 추정): D1b는 상용화되지 않았지만, D1a보다 더 작은 크기의 트랜지스터를 목표로 했을 가능성이 큽니다. 그러나 삼성전자는 이 단계를 생략하고 더 혁신적인 D1c로 넘어갔습니다.
• D1c (7nm): D1c는 7nm 공정으로, EUV 기술을 사용해 더욱 정밀하고 작은 트랜지스터를 구현했습니다. 이를 통해 삼성전자는 더 뛰어난 성능과 전력 효율을 가진 반도체 칩을 생산할 수 있게 되었습니다.

5. 왜 사이즈가 중요한가?

D1a, D1b, D1c에서 언급되는 사이즈는 반도체 회로의 최소 선폭(minimum feature size) 혹은 트랜지스터의 게이트 길이를 나타냅니다. 즉, 트랜지스터가 작아지면 그만큼 더 많은 트랜지스터를 하나의 칩에 담을 수 있습니다. 이를 통해 더 높은 성능, 더 낮은 전력 소모, 더 작은 크기의 칩을 만들 수 있어, 스마트폰, 컴퓨터 등의 전자기기의 성능을 획기적으로 개선할 수 있습니다.

결론: 반도체 기술의 끝없는 진화

D1a, D1b, D1c는 삼성전자가 반도체 기술을 발전시키기 위해 거쳐온 중요한 공정 기술들입니다. D1a의 10nm 공정부터 시작해, D1b를 건너뛰고 7nm 공정인 D1c로 빠르게 전환한 것은 삼성전자의 혁신적인 전략을 보여줍니다. 앞으로도 반도체 기술은 계속해서 발전할 것이며, 트랜지스터 크기는 더욱 작아질 것입니다.

우리가 사용하는 전자기기의 성능이 더 좋아지고, 배터리 사용 시간이 길어지며, 더 많은 기능이 탑재될 수 있는 배경에는 이러한 반도체 공정 기술의 발전이 있다는 점을 기억해 주세요!