3nm 이후는 어디로? 반도체 기술이 맞닥뜨린 물리학의 벽… 최종현학술원 신창환 교수 강연 발표

반도체 산업은 물리적 한계와 지정학적 위험이라는 이중 도전에 직면해 있다. 현재 업계에서 가장 뜨거운 격전지는 3nm(나노미터) 공정이다. TSMC는 기존 기술을 개선한 ‘핀플렉스(FinFlex)’ 기술을 내세웠고, 삼성전자는 세계 최초로 ‘GAA’ 구조의 ‘MBCFET’를 양산하며 차별화를 시도한다. 하지만 7nm나 5nm 같은 기술 숫자는 실제 물리적 크기와는 다르다. 특히 채널 길이를 10nm 이하로 줄이는 일은 양자역학적 한계 때문에 매우 어렵다. 그렇다면 앞으로 진화하는 반도체 기술은 어느 방향을 향하고 있을까.

신창환 고려대학교 교수(최종현학술원 과학기술혁신위원회)가 ‘차세대 반도체 기술 및 시장과 반도체 산업 지형 변화’를 주제로 강연한 내용이 18일 최종현학술원 홈페이지에 공개됐다. 신 교수는 차세대 트랜지스터 트랜지스터
트랜지스터의 동작 원리부터 최신 기술까지: 현대 전자공학의 심장 목차 트랜지스터란? 정의 및 기본 개념 역사: 벨 전화 연구소와 실리콘 대체 트랜지스터의 종류 BJT와 FET 차이 NPN 및 PNP 트랜지스터 동작 원리 증폭과 스위치로서의 작용 BJT의 증폭 작용 및 신호 왜곡 전계 효과 트랜지스터(FET)의 동작 증폭기 및 스위치로서의 역할 Class A 증폭기와 바이어스 회로 전압 분배 바이어스와 컬렉터 귀환 바이어스 응용 분야 디지털 회로에서의 2진법 활용 RAM 및 기타 반도체 메모리 응용 기술적 요소 및 최신 발전 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET) 게이트 올 어라운드(GAA) 기술 및 BSPDN 결론 트랜지스터가 전자공학에 미친 영향 앞으로의 기술 발전 방향 1. 트랜지스터란? 현대 전자 기기의 심장이라고 불리는 트랜지스터는 인류의 삶을 혁신적으로 변화시킨 가장 중요한 발명품 중 하나이다. 손안의 스마트폰부터 거대한 데이터 센터에 이르기까지, 트랜지스터 없이는 오늘날의 디지털 세상을 상상하기 어렵다. 정의 및 기본 개념 트랜지스터(Transistor)는 'Transfer(전송하다)'와 'Resistor(저항 소자)'의 합성어로, 전기적 신호를 증폭하거나 스위칭하는 기능을 가진 반도체 소자를 의미한다. 쉽게 말해, 작은 전기 신호로 더 큰 전기 신호의 흐름을 제어하는 '전기 스위치' 또는 '전기 밸브'와 같은 역할을 한다. 트랜지스터는 일반적으로 세 개 이상의 전극(단자)을 가지고 있다. 이 단자 중 하나에 가해지는 작은 전압이나 전류 변화가 다른 두 단자 사이의 큰 전류 흐름을 제어하는 방식으로 작동한다. 이러한 제어 능력 덕분에 트랜지스터는 아날로그 신호를 증폭하거나 디지털 신호를 켜고 끄는 스위치 역할을 수행하며, 이는 모든 전자 회로의 기본 구성 요소가 된다. 역사: 벨 전화 연구소와 실리콘 대체 트랜지스터의 역사는 1947년 12월 16일, 미국 뉴저지의 벨 전화 연구소(Bell Telephone Laboratories)에서 시작되었다. 당시 존 바딘(John Bardeen), 월터 브래튼(Walter Brattain), 윌리엄 쇼클리(William Shockley) 세 명의 과학자는 기존 진공관의 단점(큰 부피, 높은 전력 소모, 잦은 고장)을 극복할 새로운 고체 소자를 연구하고 있었다. 이들은 게르마늄(Germanium) 반도체를 이용해 전기 신호를 증폭하는 '점접촉 트랜지스터'를 세계 최초로 발명하는 데 성공했다. 이 공로로 세 명의 과학자는 1956년 노벨 물리학상을 공동 수상했다. 초기 트랜지스터는 게르마늄 기반이었으나, 이후 실리콘(Silicon)이 더 안정적이고 고온 특성이 우수하다는 장점 때문에 주된 반도체 재료로 대체되었다. 이 실리콘 기반 트랜지스터의 발전은 오늘날 '실리콘 밸리'의 탄생을 이끌었다. 2. 트랜지스터의 종류 트랜지스터는 크게 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)와 전계 효과 트랜지스터(FET)의 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있다. 이들은 동작 방식과 특성에서 중요한 차이를 보인다. BJT와 FET 차이 BJT (Bipolar Junction Transistor): BJT는 '양극성 접합 트랜지스터'라고도 불리며, 전류 제어 소자이다. 베이스(Base) 단자에 흐르는 작은 전류(베이스 전류)로 컬렉터(Collector)와 이미터(Emitter) 사이의 큰 전류(컬렉터 전류)를 제어한다. 즉, 전자의 흐름과 정공의 흐름, 두 가지 종류의 전하 운반자(양극성)가 모두 전류 흐름에 관여한다. BJT는 일반적으로 고속 스위칭과 높은 전류 구동 능력에 강점을 보인다. FET (Field-Effect Transistor): FET는 '전계 효과 트랜지스터'라고 불리며, 전압 제어 소자이다. 게이트(Gate) 단자에 가해지는 전압(게이트 전압)으로 소스(Source)와 드레인(Drain) 사이의 채널(Channel)을 형성하고, 이 채널의 전도도를 조절하여 전류 흐름을 제어한다. BJT와 달리 전자의 흐름 또는 정공의 흐름 중 한 가지 종류의 전하 운반자(단극성)만 전류 흐름에 관여한다. FET는 높은 입력 임피던스와 낮은 전력 소비가 특징이며, 특히 고주파 회로와 디지털 회로에서 널리 사용된다. MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor FET)은 FET의 가장 일반적인 형태 중 하나이다. 특징 BJT (Bipolar Junction Transistor) FET (Field-Effect Transistor) 제어 방식 전류 제어 (베이스 전류) 전압 제어 (게이트 전압) 전하 운반자 전자와 정공 모두 (양극성) 전자 또는 정공 중 하나 (단극성) 단자 명칭 베이스(B), 컬렉터(C), 이미터(E) 게이트(G), 드레인(D), 소스(S) 장점 고속 스위칭, 높은 전류 구동 높은 입력 임피던스, 낮은 전력 소비 주요 응용 아날로그 증폭, 전력 스위칭 디지털 회로, 고주파 회로 NPN 및 PNP 트랜지스터 (BJT 중심) BJT는 반도체 층의 구성에 따라 NPN형과 PNP형으로 다시 분류된다. NPN 트랜지스터: p형 반도체 층(베이스)이 두 개의 n형 반도체 층(컬렉터, 이미터) 사이에 끼워진 구조이다. 베이스에 양(+)의 전압을 가해 베이스 전류를 흘리면, 이미터에서 컬렉터로 전자가 이동하여 전류가 흐르게 된다. 이때 전하 운반자는 주로 전자이다. PNP 트랜지스터: n형 반도체 층(베이스)이 두 개의 p형 반도체 층(컬렉터, 이미터) 사이에 끼워진 구조이다. 베이스에 음(-)의 전압을 가해 베이스 전류를 흘리면, 이미터에서 컬렉터로 정공이 이동하여 전류가 흐르게 된다. 이때 전하 운반자는 주로 정공이다. NPN과 PNP 트랜지스터는 전류 흐름 방향과 전압 인가 방식에서 서로 반대되는 특성을 가지며, 회로 설계 시 부하의 위치나 제어 신호의 극성에 따라 적절히 선택하여 사용된다. 3. 동작 원리 트랜지스터의 핵심적인 기능은 크게 두 가지로, 바로 '증폭'과 '스위칭'이다. 이 두 가지 작용은 현대 전자공학의 근간을 이룬다. 증폭과 스위치로서의 작용 증폭 (Amplification): 트랜지스터는 작은 입력 신호를 받아 더 큰 출력 신호로 변환하는 능력을 가지고 있다. 예를 들어, 마이크에서 들어오는 미세한 음성 신호를 트랜지스터를 통해 수백, 수천 배로 증폭하여 스피커에서 큰 소리가 나게 하는 것이 대표적인 증폭 작용이다. 이는 트랜지스터가 입력 신호에 따라 내부 저항을 조절하여 출력 전류를 제어하기 때문에 가능하다. 스위칭 (Switching): 트랜지스터는 전류의 흐름을 켜거나 끄는 '스위치' 역할도 수행한다. 입력 신호의 유무에 따라 트랜지스터를 완전히 ON(도통) 또는 OFF(차단) 상태로 만들어 전류를 통과시키거나 차단하는 것이다. 이 스위칭 작용은 디지털 회로에서 0과 1의 이진법 논리를 구현하는 데 필수적이다. BJT의 증폭 작용 및 신호 왜곡 NPN형 BJT를 예로 들면, 이미터-베이스 접합에 순방향 바이어스(양의 전압)를, 베이스-컬렉터 접합에 역방향 바이어스(음의 전압)를 인가하여 '활성 영역(Active Region)'이라는 특정 동작점에서 작동시킨다. 베이스에 인가되는 작은 교류 신호는 베이스 전류의 변화를 유발하고, 이 작은 베이스 전류 변화는 트랜지스터의 전류 증폭률(hFE 또는 β)에 비례하여 컬렉터 전류에 큰 변화를 일으킨다. 이 컬렉터 전류 변화가 저항을 통해 전압 변화로 나타나면, 입력 신호보다 훨씬 큰 증폭된 출력 신호를 얻을 수 있다. 그러나 BJT의 증폭 작용은 트랜지스터의 비선형적 특성 때문에 신호 왜곡(Distortion)이 발생할 수 있다. 입력 신호의 전체 파형이 출력에 그대로 나타나지 않고 일부가 잘리거나 변형되는 현상이다. 이를 방지하기 위해 트랜지스터의 동작점을 적절히 설정하는 '바이어스(Bias)' 회로가 중요하게 사용된다. 전계 효과 트랜지스터(FET)의 동작 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor FET)을 중심으로 설명하면, 게이트, 소스, 드레인 세 단자로 구성된다. 게이트와 채널 사이에는 얇은 산화막이 있어 게이트 전압이 직접 전류를 흐르게 하는 것이 아니라, 전기장을 형성하여 채널의 전도도를 조절한다. N-채널 MOSFET의 경우, 게이트에 양(+)의 전압을 가하면 게이트 아래의 반도체(P형 기판)에 전자들이 모여들어 소스와 드레인 사이에 전자가 이동할 수 있는 '채널'이 형성된다. 게이트 전압이 높아질수록 채널의 폭이 넓어져 소스에서 드레인으로 흐르는 전류가 증가하고, 게이트 전압이 낮아지면 채널이 좁아져 전류가 감소한다. 게이트 전압이 문턱 전압(Threshold Voltage) 이하로 내려가면 채널이 완전히 닫혀 전류가 흐르지 않게 된다. 이처럼 게이트 전압으로 채널의 전도도를 제어하여 전류 흐름을 조절하는 것이 FET의 기본 동작 원리이다. 4. 증폭기 및 스위치로서의 역할 트랜지스터는 다양한 회로에서 증폭기 또는 스위치로 활용되며, 이 역할을 효율적으로 수행하기 위해서는 적절한 동작 환경을 설정하는 것이 중요하다. Class A 증폭기와 바이어스 회로 증폭기로서 트랜지스터를 사용할 때, 입력 신호가 없을 때도 항상 트랜지스터가 활성 영역에 있도록 동작점을 설정하는 것이 일반적이다. 이처럼 트랜지스터가 입력 신호의 전체 주기에 걸쳐 항상 도통 상태를 유지하도록 바이어스된 증폭기를 'Class A 증폭기'라고 한다. Class A 증폭기는 선형성이 우수하여 신호 왜곡이 적다는 장점이 있지만, 항상 전류가 흐르기 때문에 전력 효율이 낮다는 단점이 있다. 바이어스 회로(Bias Circuit)는 트랜지스터의 안정적인 동작점을 설정하기 위해 필수적이다. 입력 신호가 인가되기 전, 트랜지스터의 각 단자에 적절한 직류(DC) 전압과 전류를 공급하여 트랜지스터가 원하는 특성(예: 활성 영역)에서 작동하도록 하는 것이다. 바이어스가 제대로 설정되지 않으면 신호 왜곡이 발생하거나 트랜지스터가 제대로 작동하지 않을 수 있다. 전압 분배 바이어스와 컬렉터 귀환 바이어스 다양한 바이어스 회로 중 가장 널리 사용되는 두 가지 방식은 다음과 같다. 전압 분배 바이어스 (Voltage Divider Bias): 이미터 접지 회로에서 가장 흔히 사용되는 바이어스 방식이다. 베이스 단자에 두 개의 저항으로 구성된 전압 분배기를 연결하여 안정적인 베이스 전압을 제공한다. 이 방식은 온도 변화나 트랜지스터의 파라미터 변화에도 비교적 안정적인 동작점을 유지할 수 있어 실용성이 높다. 컬렉터 귀환 바이어스 (Collector Feedback Bias): 컬렉터 단자의 전압을 베이스 바이어스 저항으로 되돌려 베이스 전류를 조절하는 방식이다. 컬렉터 전류가 증가하여 컬렉터 전압이 감소하면, 베이스 전류도 함께 감소하여 컬렉터 전류 증가를 억제하는 부궤환(Negative Feedback) 효과를 통해 동작점의 안정성을 높인다. 전압 분배 바이어스보다 적은 수의 부품으로 구성할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 바이어스 회로들은 트랜지스터가 의도한 대로 정확하고 안정적으로 증폭 또는 스위칭 기능을 수행하도록 돕는다. 5. 응용 분야 트랜지스터의 스위칭 및 증폭 기능은 현대 전자 기술의 거의 모든 분야에 적용되며, 특히 디지털 회로와 반도체 메모리에서 핵심적인 역할을 한다. 디지털 회로에서의 2진법 활용 트랜지스터는 '스위치'로서의 역할 덕분에 디지털 회로의 기본 구성 요소가 되었다. 트랜지스터가 ON 상태일 때를 '1'(참, High), OFF 상태일 때를 '0'(거짓, Low)으로 대응시켜 이진법 논리를 구현한다. 수많은 트랜지스터를 조합하여 기본적인 논리 게이트(AND, OR, NOT 등)를 만들 수 있으며, 이러한 논리 게이트들이 모여 CPU(중앙 처리 장치), GPU(그래픽 처리 장치), 마이크로컨트롤러와 같은 복잡한 디지털 시스템을 구성한다. 예를 들어, 컴퓨터의 프로세서는 수십억 개의 트랜지스터로 이루어져 있으며, 이 트랜지스터들이 초고속으로 켜지고 꺼지면서 복잡한 계산과 데이터 처리를 수행한다. 트랜지스터의 소형화와 고속 스위칭 능력은 현대 컴퓨팅 성능 발전의 핵심 동력이 되었다. RAM 및 기타 반도체 메모리 응용 트랜지스터는 정보를 저장하는 반도체 메모리에도 필수적으로 사용된다. DRAM (Dynamic Random Access Memory): 컴퓨터의 주 기억 장치로 널리 사용되는 DRAM은 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터(Capacitor)로 구성된 셀에 정보를 저장한다. 트랜지스터는 커패시터에 전하를 충전하거나 방전하여 0과 1의 정보를 기록하고 읽는 스위치 역할을 한다. 커패시터에 저장된 전하는 시간이 지남에 따라 누설되므로, DRAM은 주기적으로 정보를 새로 고쳐주는(Refresh) 과정이 필요하다. SRAM (Static Random Access Memory): SRAM은 DRAM보다 빠르지만 더 비싸고 집적도가 낮은 메모리이다. 일반적으로 4~6개의 트랜지스터로 구성된 래치(Latch) 회로를 사용하여 정보를 저장한다. 커패시터가 필요 없고 주기적인 리프레시가 필요 없어 고속 데이터 처리에 유리하며, CPU 캐시 메모리 등에 사용된다. NAND/NOR 플래시 메모리: 스마트폰, SSD(Solid State Drive) 등에 사용되는 비휘발성 메모리인 플래시 메모리는 '플로팅 게이트 트랜지스터'라는 특수한 트랜지스터 구조를 이용한다. 이 트랜지스터는 게이트 아래에 전하를 영구적으로 가둘 수 있는 플로팅 게이트를 가지고 있어 전원이 꺼져도 정보가 지워지지 않는다. 이처럼 트랜지스터는 메모리 종류와 관계없이 데이터를 읽고 쓰는 데 필요한 핵심적인 스위칭 소자로 기능하며, 현대 정보 기술의 발전을 가능하게 한다. 6. 기술적 요소 및 최신 발전 무어의 법칙(Moore's Law)에 따라 반도체 미세화는 지속적으로 이루어져 왔지만, 트랜지스터 크기가 나노미터(nm) 단위로 작아지면서 물리적 한계에 부딪히기 시작했다. 채널 길이가 짧아지면서 발생하는 누설 전류(Leakage Current), 단채널 효과(Short Channel Effect) 등으로 인해 트랜지스터의 성능과 전력 효율이 저하되는 문제가 발생한 것이다. 이러한 한계를 극복하기 위해 새로운 트랜지스터 구조와 공정 기술이 개발되고 있다. 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET) FinFET (Fin Field-Effect Transistor)은 기존의 평면형(Planar) 트랜지스터의 한계를 극복하기 위해 개발된 3차원(3D) 구조의 트랜지스터이다. 평면형 트랜지스터는 게이트가 채널의 한 면만 제어하기 때문에 미세화될수록 누설 전류 제어가 어려워진다. FinFET은 이름처럼 반도체 기판 위에 물고기 지느러미(Fin) 모양의 채널을 형성하고, 게이트가 이 핀의 세 면(양옆과 위)을 감싸는 구조를 가진다. 이 3면 게이트 구조는 게이트가 채널에 대한 제어력을 크게 향상시켜 누설 전류를 효과적으로 줄이고, 트랜지스터의 스위칭 속도와 전력 효율을 개선한다. FinFET 기술은 2010년대 초반 22nm, 14nm 공정부터 상용화되기 시작하여 현재 7nm, 5nm 등 최첨단 공정에서 널리 사용되고 있다. 인텔, 삼성전자, TSMC 등 주요 반도체 기업들이 FinFET을 채택하며 반도체 미세화의 선두를 이끌어 왔다. 게이트 올 어라운드(GAA) 기술 및 BSPDN FinFET 역시 3nm 이하의 초미세 공정에서는 물리적 한계에 직면하기 시작했다. 이를 극복하기 위해 등장한 차세대 기술이 바로 GAA (Gate All Around) 기술이다. GAA 트랜지스터는 게이트가 채널의 모든 네 면을 완전히 감싸는 구조를 가진다. 이는 FinFET보다 채널에 대한 게이트의 제어력을 더욱 극대화하여 누설 전류를 최소화하고, 전력 효율과 성능을 한층 더 향상시킨다. 삼성전자는 2022년 세계 최초로 GAA 기반 3nm 공정 양산을 시작했으며, 삼성전자는 GAA 기술을 'MBCFET(Multi-Bridge Channel FET)'이라고 부르며 나노시트(Nanosheet) 형태의 채널을 활용한다. TSMC와 인텔 또한 2nm 공정부터 GAA 기술을 적용할 계획이다. GAA 기술은 2nm, 1.4nm 등 미래 초미세 공정에서 필수적인 요소로 자리매김할 것으로 예상된다. 또한, 반도체 성능 향상을 위한 또 다른 혁신 기술로 BSPDN (Backside Power Delivery Network)이 주목받고 있다. 기존 반도체 칩은 전력 공급선과 신호선이 모두 칩 전면(Front Side)에 배치되어 있어, 미세화될수록 배선 간의 간섭과 전력 전달 효율 저하 문제가 발생했다. BSPDN은 전력 공급망을 칩의 뒷면(Backside)으로 이동시켜 신호선과 전력선을 분리하는 기술이다. 이를 통해 칩 전면의 배선 밀도를 높여 트랜지스터 집적도를 증가시키고, 전력 손실을 줄여 전력 효율을 개선하며, 신호 간섭을 최소화하여 칩의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있다. 삼성전자, 인텔 등 주요 반도체 기업들은 2nm 공정부터 BSPDN 적용을 목표로 연구 개발에 박차를 가하고 있다. 7. 결론 트랜지스터는 20세기 중반 발명된 이래, 인류 문명에 지대한 영향을 미치며 전자공학의 발전을 견인해 왔다. 트랜지스터가 전자공학에 미친 영향 트랜지스터는 진공관을 대체하며 전자 기기의 혁명적인 소형화, 경량화, 저전력화를 가능하게 했다. 트랜지스터의 등장은 집적회로(IC)의 개발로 이어졌고, 이는 개인용 컴퓨터, 스마트폰, 인터넷, 인공지능 등 오늘날 우리가 누리는 모든 첨단 기술의 기반을 마련했다. 무어의 법칙에 따라 트랜지스터의 집적도는 기하급수적으로 증가하며 컴퓨팅 성능을 비약적으로 발전시켰고, 이는 정보화 시대를 열어젖히는 결정적인 역할을 했다. 트랜지스터는 단순히 부품을 넘어 현대 사회의 디지털 인프라를 구축하는 핵심 동력이었다. 앞으로의 기술 발전 방향 트랜지스터 기술은 여전히 진화 중이다. FinFET을 넘어 GAA, 그리고 BSPDN과 같은 새로운 3차원 구조 및 전력 공급 기술은 반도체 미세화의 물리적 한계를 극복하고 성능과 효율을 지속적으로 향상시키고 있다. 앞으로는 더 미세한 나노스케일 공정 기술 개발과 함께, 탄소 나노튜브(CNT), 2D 물질(그래핀, 전이금속 칼코겐화합물 등)과 같은 신소재를 트랜지스터 채널에 적용하여 성능을 극대화하려는 연구가 활발히 진행될 것이다. 또한, 양자 컴퓨팅, 뉴로모픽 컴퓨팅(뇌의 작동 방식을 모방한 컴퓨팅)과 같은 차세대 컴퓨팅 패러다임에 적합한 새로운 개념의 트랜지스터 및 반도체 소자 개발도 중요한 연구 방향이다. 트랜지스터는 앞으로도 지속적인 혁신을 통해 더욱 빠르고, 작고, 효율적인 전자 기기를 가능하게 하며, 인류의 삶을 더욱 풍요롭게 만드는 데 핵심적인 역할을 할 것이다. 참고 문헌 트랜지스터란? | 전자 기초 지식 | 로옴 주식회사 - ROHM Semiconductor. https://www.rohm.co.kr/electronics-basics/transistor/transistor_what1 전자 혁명의 시초 '트랜지스터' 알아보기! - 삼성디스플레이 뉴스룸 (2020-07-06). https://news.samsungdisplay.com/2020/07/06/%EC%A0%84%EC%9E%90-%ED%98%81%EB%AA%85%EC%9D%98-%EC%8B%9C%EC%B4%88-%ED%8A%B8%EB%9E%9C%EC%A7%80%EC%8A%A4%ED%84%B0-%EC%95%8C%EC%95%84%EB%B3%B4%EA%B8%B0/ 트랜지스터 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전. https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%8A%B8%EB%9E%9C%EC%A7%80%EC%8A%A4%ED%84%B0 트랜지스터 - 나무위키 (2025-09-11). https://namu.wiki/w/%ED%8A%B8%EB%9E%9C%EC%A7%80%EC%8A%A4%ED%84%B0 BSPDN(Backside Power Delivery Network)이란? 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- 쪼니의 반도체 이야기 (2023-07-27). https://jjony.tistory.com/43 전기 에너지의 증폭 {트랜지스터의 원리} - 뻔하지만 Fun한 독서노트 - 티스토리 (2022-05-30). https://funfunnote.tistory.com/62 Finfets : 큰 이점이있는 작은 트랜지스터 (2025-05-19). https://www.chip-design.com/ko/article/finfets-small-transistors-with-big-advantages_9713.html PNP · NPN 트랜지스터 개념 이해하기 (2024-04-11). https://blog.naver.com/tictoc0303/223412521191 [트랜지스터] FET와 BJT의 차이점, FET 종류, MOSFET의 원리 - 공대누나의 일상과 전자공학 (2020-09-27). https://gongdenuna.tistory.com/4 NPN 및 PNP 트랜지스터가 설명 : 회로 기호 및 작동 (2025-02-11). https://www.chip-design.com/ko/article/npn-and-pnp-transistors-explained-circuit-symbols-and-operation_9637.html 핀펫 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전. https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%95%80%ED%8E%AB 트랜지스터. https://contents.kocw.net/KOCW/document/2021/ulsan/kimyongsik/3.pdf 트랜지스터(transistor) 강의록 - 1 NPN, PNP형 트랜지스터의 기초 - 베니지오 IT 월드 (2019-04-15). https://benigio.tistory.com/25 Planar vs. Finfet vs. GAA (MBCFFET) - IT 이야기 - 티스토리 (2024-02-21). https://it-story-danny.tistory.com/2 트랜지스터 기술의 독창적인 응용과 미래 가능성. - lohasweet - 티스토리 (2023-11-18). https://lohasweet.tistory.com/entry/%ED%8A%B8%EB%9E%9C%EC%A7%80%EC%8A%A4%ED%84%B0-%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%9D%98-%EB%8F%85%EC%B0%BD%EC%A0%81%EC%9D%B8-%EC%9D%91%EC%9A%A9%EA%B3%BC-%EB%AF%B8%EB%9E%98-%EA%B0%80%EB%8A%A5%EC%84%B1 반도체의 미래: 앞으로의 방향은? – 하드웨어 가이드. https://hardware-guide.com/ko/%EB%B0%98%EB%8F%84%EC%B2%B4%EC%9D%98-%EB%AF%B8%EB%9E%98-%EC%95%9E%EC%9C%BC%EB%A1%9C%EC%9D%98-%EB%B0%A9%ED%96%A5%EC%9D%80/ [Behind the CHIP] 반도체, 그 성장의 기록: 과거, 현재, 그리고 미래 (2024-11-20). https://www.samsungsemicon.com/kr/newsroom/tech-trends/behind-the-chip-history-present-and-future-of-semiconductors.html 반도체 기술발전과 미래컴퓨팅 기술의 진화(상) - 한국지능정보사회진흥원 (2024-11-27). https://www.nia.or.kr/site/nia_kor/ex/bbs/View.do?cbIdx=99887&bcIdx=26210&parentSeq=26210 FinFET? GAA? RibbonFET? - 브런치. https://brunch.co.kr/@skysky91/10 MOSFET의 진화, FinFET, GAA, MBCFET, CFET 비교 (2023 업데이트 !!) - YouTube (2023-09-08). https://m.youtube.com/watch?v=0h94XbJcQzE
구조와 저전력 반도체 소자 등을 연구한 반도체 분야 전문가다. 아래는 강연 내용을 이해하기 쉽게 문답 형식으로 편집한 내용이다. 원문은 여기서 확인할 수 있다.

Q1. 최근 반도체 업계에서 ‘3nm 전쟁’이라는 말이 자주 들린다. 무엇을 두고 경쟁하는 것인가?

3nm 공정은 현재 반도체 제조 기술의 최전선이다. 하지만 단순히 회로의 선 폭을 줄이는 경쟁이 아니다. 핵심은 트랜지스터의 구조 자체를 어떻게 혁신하느냐에 있다.

TSMC는 기존 핀펫(FinFET FinFET
목차 FinFET이란 무엇인가? FinFET의 등장 배경 및 역사 FinFET의 핵심 기술 및 원리 FinFET의 주요 장점 전력 효율성 향상 고성능 및 고속 스위칭 높은 집적도 및 소형화 FinFET의 주요 활용 분야 고성능 프로세서 모바일 및 IoT 기기 데이터 센터 및 클라우드 컴퓨팅 자동차 산업 FinFET 기술의 현재와 미래 FinFET이란 무엇인가? FinFET(Fin Field-Effect Transistor)은 기존 2D 평면 트랜지스터의 한계를 극복하기 위해 도입된 3D 구조의 차세대 반도체 공정 기술이다. 'Fin'은 물고기 지느러미를 의미하며, 이 기술은 마치 물고기 지느러미처럼 솟아오른 입체적인 채널 구조를 특징으로 한다. 이 독특한 3차원 구조는 게이트(Gate)가 채널(Channel)의 여러 면을 감싸도록 하여, 게이트가 채널의 전류 흐름을 제어하는 능력을 획기적으로 향상시킨다. 결과적으로 반도체 소자의 성능을 높이고, 전력 손실의 주범인 누설 전류(Leakage Current)를 효과적으로 줄이는 데 기여한다. 주로 마이크로프로세서(CPU), 그래픽 처리 장치(GPU), 시스템 온 칩(SoC) 등 고성능과 저전력 소비가 동시에 요구되는 첨단 집적 회로(IC)에 필수적으로 사용된다. FinFET의 등장 배경 및 역사 FinFET의 등장은 반도체 기술의 지속적인 미세화 과정에서 필연적으로 발생한 문제점들을 해결하기 위한 노력의 결과이다. 기존의 평면 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)은 트랜지스터의 크기가 수십 나노미터(nm) 이하로 작아지면서 여러 가지 기술적 난관에 봉착했다. 대표적으로는 채널 길이가 짧아지면서 게이트가 채널을 효과적으로 제어하지 못해 발생하는 단채널 효과(Short Channel Effect), 이로 인한 누설 전류의 급격한 증가, 그리고 문턱전압(Threshold Voltage)의 변동성 증가 등이 있었다. 이러한 문제들은 트랜지스터의 전력 소모를 늘리고 안정적인 동작을 방해하여 반도체 성능 향상의 걸림돌이 되었다. 이러한 한계를 극복하기 위한 아이디어 중 하나가 바로 더블 게이트(Double Gate) MOSFET의 개념이었다. 이 개념은 1980년 일본 산업기술총합연구소(ETL)의 세키가와 도시히로(Toshihiro Sekigawa)와 요코야마 요시히로(Yoshihiro Hayashi) 연구팀에 의해 처음 제안되었다. 그들은 채널을 두 개의 게이트로 감싸는 구조를 통해 단채널 효과를 억제할 수 있음을 이론적으로 제시했다. 이후 1989년, 일본 히타치 제작소의 연구원들은 최초의 FinFET 트랜지스터 타입인 델타(DELTA: Double-gate Etched Thin-film Accumulation) 트랜지스터를 성공적으로 제조하여 이 개념의 실현 가능성을 입증했다. 델타 트랜지스터는 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 웨이퍼 위에 실리콘 핀을 형성하고 게이트를 핀의 양쪽에 배치하는 구조를 가졌다. 현재 우리가 알고 있는 FinFET이라는 용어와 구조는 1999년 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 후 첸밍(Chenming Hu) 교수 연구팀에 의해 정립되고 대중화되었다. 이들은 핀 형태의 채널을 활용한 3D 트랜지스터 구조를 제안하며 FinFET이라는 이름을 붙였다. 상업적으로 FinFET 기술은 2010년대 상반기에 본격적으로 상용화되기 시작했다. 인텔(Intel)은 2011년 22nm 공정에서 자사의 트라이게이트(Tri-Gate) 트랜지스터라는 이름으로 FinFET 기술을 처음 도입했으며, 이는 당시 업계에 큰 파장을 일으켰다. 이후 14nm, 10nm, 7nm와 같은 미세 공정 노드에서 FinFET은 주류 게이트 디자인으로 자리 잡았다. 국내 기업으로는 삼성전자(Samsung Electronics)가 2014년 14nm FinFET 공정 기술을 도입하며 모바일 AP(Application Processor) 생산에 활용했고, 2016년 10월에는 업계 최초로 10nm FinFET 공정을 양산하는 데 성공하며 기술 리더십을 강화했다. FinFET의 핵심 기술 및 원리 FinFET의 핵심은 기존 평면 트랜지스터와 달리 3차원 핀(Fin) 형태의 채널 구조에 있다. 평면 트랜지스터는 게이트가 채널의 윗면 한 면만을 제어하는 반면, FinFET은 실리콘 웨이퍼 위에 수직으로 솟아오른 핀 형태의 실리콘 채널을 만들고, 이 핀의 양쪽 측면과 윗면, 총 세 면을 게이트가 감싸는 구조를 가진다. 이를 '멀티 게이트(Multi-gate)' 구조라고 부른다. 이러한 3차원 구조는 게이트와 채널의 접촉 면적을 획기적으로 넓혀 게이트의 채널 제어력을 극대화한다. 마치 수도꼭지가 파이프를 여러 방향에서 단단히 조여 물의 흐름을 완벽하게 제어하는 것과 유사하다. 게이트의 제어력이 향상되면 트랜지스터가 '꺼짐' 상태일 때 채널을 통해 흐르는 원치 않는 전류, 즉 누설 전류(Leakage Current)를 효과적으로 차단할 수 있다. 이는 전력 소모를 크게 줄이는 데 기여한다. 또한, 게이트의 강력한 제어력은 트랜지스터의 스위칭 속도를 향상시킨다. 트랜지스터가 '켜짐'과 '꺼짐' 상태를 전환할 때 더 빠르고 명확하게 반응할 수 있게 되어, 데이터 처리 속도가 빨라진다. 이는 고성능 컴퓨팅 환경에서 요구되는 빠른 연산 속도를 제공하며, 동시에 저전력 소비를 달성하는 데 결정적인 역할을 한다. FinFET 기술은 이처럼 전력 효율성과 성능이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있게 하는 핵심적인 원리를 제공한다. FinFET의 주요 장점 FinFET 기술은 기존 평면 트랜지스터 대비 여러 가지 중요한 장점을 제공하며, 이는 현대 반도체 산업의 발전을 이끄는 주요 동력이 되었다. 전력 효율성 향상 FinFET의 가장 큰 장점 중 하나는 뛰어난 전력 효율성이다. 게이트가 채널을 여러 면에서 감싸는 3D 구조 덕분에, 트랜지스터가 꺼졌을 때 발생하는 누설 전류를 획기적으로 줄일 수 있다. 평면 트랜지스터는 게이트가 채널의 한 면만 제어하기 때문에 채널이 미세화될수록 게이트의 제어력이 약해져 누설 전류가 증가하는 문제가 있었다. 하지만 FinFET은 게이트가 채널을 다각도로 제어하여 전류가 흐르는 경로를 더 효과적으로 차단한다. 이로 인해 동일한 성능을 발휘하면서도 훨씬 적은 전력을 소비하거나, 동일한 전력 소비량으로 더 높은 성능을 제공할 수 있게 된다. 이는 스마트폰, 노트북 등 배터리 수명이 중요한 모바일 기기뿐만 아니라, 전력 소모가 막대한 데이터 센터에서도 에너지 효율을 높이는 데 결정적인 역할을 한다. 고성능 및 고속 스위칭 향상된 게이트 제어력은 트랜지스터의 스위칭 속도 또한 크게 향상시킨다. FinFET 구조는 채널 내부의 전하 이동을 더욱 효율적으로 제어하여, 트랜지스터가 '켜짐'과 '꺼짐' 상태로 전환되는 시간을 단축시킨다. 이는 곧 더 빠른 연산 속도와 데이터 처리 능력을 의미한다. 일반적으로 FinFET 기반 트랜지스터는 평면 트랜지스터 대비 스위칭 속도가 약 30~40% 빨라지는 것으로 알려져 있다. 이러한 고속 스위칭 능력은 CPU, GPU와 같은 고성능 컴퓨팅(HPC) 애플리케이션에 필수적인 요소이며, 복잡한 연산을 빠르게 처리해야 하는 인공지능(AI) 및 머신러닝 워크로드에도 유리하다. 높은 집적도 및 소형화 FinFET의 3D 구조는 단위 면적당 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있게 하여 반도체 소자의 지속적인 미세화를 가능하게 한다. 평면 트랜지스터는 채널을 옆으로 넓게 펼쳐야 하지만, FinFET은 채널을 수직으로 세워 공간 효율성을 높인다. 이는 제한된 실리콘 웨이퍼 면적 내에서 더 많은 기능을 구현할 수 있게 하며, 결과적으로 칩의 크기를 줄이면서도 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 높은 집적도는 스마트폰과 같은 소형 전자기기에서 더 많은 기능을 탑재하고, 동시에 칩의 제조 비용을 절감하는 데 기여한다. 반도체 산업의 핵심 목표 중 하나인 '무어의 법칙(Moore's Law)'을 지속시키는 데 FinFET 기술이 중요한 역할을 한 것이다. FinFET의 주요 활용 분야 FinFET 기술은 고성능과 저전력 소비가 동시에 요구되는 다양한 전자 기기에 광범위하게 적용되며, 현대 디지털 사회의 핵심 인프라를 구축하는 데 기여하고 있다. 고성능 프로세서 데스크톱, 노트북, 서버 등에서 사용되는 중앙 처리 장치(CPU)와 그래픽 처리 장치(GPU)는 FinFET 기술의 가장 대표적인 활용 분야이다. 인텔의 코어(Core) 시리즈, AMD의 라이젠(Ryzen) 및 라데온(Radeon) 시리즈, 엔비디아(NVIDIA)의 지포스(GeForce) 및 쿼드로(Quadro) 시리즈 등 대부분의 최신 고성능 프로세서는 FinFET 공정을 기반으로 제조된다. FinFET의 고속 스위칭 능력과 전력 효율성은 이들 프로세서가 복잡한 연산을 빠르게 처리하면서도 발열과 전력 소모를 최소화하는 데 필수적이다. 이는 게임, 그래픽 디자인, 과학 연산, 인공지능 학습 등 고성능 컴퓨팅 애플리케이션의 발전을 가능하게 했다. 모바일 및 IoT 기기 스마트폰, 태블릿과 같은 모바일 장치는 배터리 수명과 성능이 매우 중요한 요소이다. FinFET 기술은 모바일 애플리케이션 프로세서(AP)의 전력 효율성을 극대화하여 배터리 사용 시간을 늘리고, 동시에 강력한 멀티태스킹 및 고해상도 콘텐츠 처리 능력을 제공한다. 삼성전자의 엑시노스(Exynos), 퀄컴(Qualcomm)의 스냅드래곤(Snapdragon), 애플(Apple)의 A 시리즈 칩셋 등이 FinFET 공정을 활용한다. 또한, 센서, 웨어러블 기기, 스마트 홈 장치 등 저전력 및 소형 설계가 중요한 사물 인터넷(IoT) 장치에도 FinFET 기반의 저전력 마이크로컨트롤러(MCU) 및 SoC가 널리 채택되어 장시간 안정적인 작동을 지원한다. 데이터 센터 및 클라우드 컴퓨팅 클라우드 컴퓨팅과 빅데이터 처리의 증가로 데이터 센터의 전력 소모는 전 세계적으로 심각한 문제로 대두되고 있다. FinFET 기반의 서버 프로세서는 높은 연산 성능을 제공하면서도 전력 효율이 뛰어나, 대규모 서버 및 클라우드 컴퓨팅 환경에서 운영 비용을 절감하고 탄소 배출량을 줄이는 데 기여한다. 아마존 웹 서비스(AWS), 마이크로소프트 애저(Azure), 구글 클라우드(Google Cloud) 등 주요 클라우드 서비스 제공업체들은 FinFET 기반의 고성능 프로세서를 사용하여 효율적인 데이터 처리를 구현하고 있다. 자동차 산업 최근 자동차는 단순한 이동 수단을 넘어 첨단 전자 장치로 진화하고 있다. 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS), 자율 주행, 인포테인먼트 시스템 등 자동차 전장 시스템의 복잡도가 증가하면서 고성능 반도체의 필요성이 커지고 있다. FinFET 기반 로직은 이러한 자동차 전장 시스템의 데이터 처리 기능 향상을 위해 채택되고 있으며, 실시간 데이터 처리와 높은 신뢰성을 요구하는 차량용 반도체 시장에서 중요한 역할을 수행하고 있다. 특히, 차량 내 인공지능 프로세서 및 고성능 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)에 FinFET 기술이 적용되어 안전하고 지능적인 주행 환경을 구현하는 데 기여한다. FinFET 기술의 현재와 미래 FinFET 기술은 현재 7nm 이하의 미세 공정에서 주류 기술로 확고히 자리 잡았다. 2023년 기준으로 주요 반도체 제조업체의 90% 이상이 FinFET 트랜지스터를 생산 라인에 통합했으며, 특히 7nm 노드는 FinFET 기술 시장에서 가장 높은 시장 점유율을 차지하며 성능과 에너지 효율성 향상을 주도하고 있다. 그러나 FinFET 역시 물리적 한계에 직면하고 있다. 채널의 폭을 더 줄이고 핀의 높이를 더 높이는 데 기술적 어려움이 따르며, 3nm 이하의 초미세 공정에서는 핀 구조의 한계로 인해 게이트의 채널 제어력이 다시 약화될 수 있다는 우려가 제기되고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 차세대 트랜지스터 구조에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 가장 유력한 FinFET의 후계 기술로는 GAA(Gate-All-Around) FET, 특히 삼성전자가 주도하는 MBCFET(Multi-Bridge Channel FET)과 같은 기술이 꼽힌다. GAA FET은 게이트가 채널의 모든 면(상하좌우 4면)을 완전히 둘러싸는 구조로, FinFET보다 훨씬 더 강력한 채널 제어력을 제공한다. 이는 극도로 축소된 트랜지스터 노드에서도 누설 전류를 최소화하고 성능을 극대화할 수 있게 한다. GAA FET은 FinFET 이후의 진화된 기술로 간주되며, 이미 3nm 공정부터 상용화가 시작되거나 예정되어 있다. FinFET 기술 시장은 여전히 강력한 성장세를 보일 것으로 전망된다. 시장 조사 기관에 따르면, FinFET 기술 시장은 2023년 333억 달러에서 2033년에는 2,393억 달러로 성장할 것으로 예상되며, 2023년부터 2033년까지 연평균 성장률(CAGR)은 21.80%에 달할 것으로 전망된다. 이러한 성장은 AI, 5G, IoT, 자율주행 등 첨단 기술의 발전과 함께 고성능 반도체 수요가 지속적으로 증가하기 때문이다. 특히, 인공지능(AI) 기술을 FinFET 설계 및 최적화 프로세스에 통합하는 추세도 나타나고 있어, 설계 효율성을 높이고 새로운 성능 개선을 이끌어낼 것으로 보인다. 결론적으로 FinFET은 지난 10여 년간 반도체 산업의 발전을 이끌어온 핵심 기술이며, 앞으로도 상당 기간 그 중요성을 유지할 것이다. 동시에 GAA FET과 같은 차세대 기술로의 전환을 통해 반도체 기술은 끊임없이 진화하며, 미래 디지털 시대를 위한 새로운 가능성을 열어갈 것이다. 참고 문헌 [1] Intel. (2011). Intel's 22nm Tri-Gate Transistor Technology. Retrieved from https://www.intel.com/content/www/us/en/history/museum-intel-22nm-tri-gate-transistor.html [2] Techopedia. (n.d.). FinFET (Fin Field-Effect Transistor). Retrieved from https://www.techopedia.com/definition/27988/finfet-fin-field-effect-transistor [3] Semiconductor Engineering. (2023). FinFET. Retrieved from https://semiengineering.com/wiki/FinFET [4] IEEE Spectrum. (2012). 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) 구조를 개선한 ‘핀플렉스’ 기술로 3nm 공정을 구현했다. 핀의 개수를 1~3개로 자유롭게 조절할 수 있어 유연성을 확보한 것이 특징이다.

반면 삼성전자는 3nm 공정부터 아예 핀 구조를 포기했다. 대신 ‘MBCFET’라 불리는 ‘GAA’ 구조를 세계 최초로 양산했다. 게이트가 채널의 모든 면을 감싸는 구조로, 전류를 조절하는 능력이 가장 우수하다.

Q2. 핀펫에서 GAA로 구조를 바꾸는 이유는 무엇인가?

물 호스에 비유하면 이해하기 쉽다. 과거의 평면 구조가 호스를 발로 밟아 물을 막는 방식이었다면, 핀펫은 손으로 호스의 세 면을 감싸 쥐어 조절하는 방식이다. 최신 GAA 기술은 호스를 손으로 완전히 감싸 쥐어 물의 흐름을 완벽하게 통제하는 것과 같다.

이를 통해 전기가 새는 것(누설 전류)을 막고, 적은 힘(저전력)으로도 반도체가 높은 성능을 내게 만든다. 전압은 낮추면서 더 많은 전류를 흐르게 하려면 이러한 구조 변화가 필수적이다.

Q3. 기술 숫자가 계속 줄어드는데, 실제로 그만큼 작아지는 것인가?

그렇지 않다. 7nm, 5nm, 3nm 같은 숫자는 기술력을 나타내는 지표일 뿐, 실제 소자의 물리적 길이와는 차이가 있다.

예를 들어 반도체 내부의 절연막 두께는 실제로는 약 3nm 두께의 산화하프늄 물질을 사용한다. 또한 소스와 드레인 사이의 채널 길이를 10nm 이하로 줄이는 일은 전자가 벽을 뚫고 지나가는 양자역학적 현상 때문에 매우 어렵다.

따라서 단순히 길이를 줄이기보다는 소자의 구조를 바꾸거나 새로운 소재를 도입하는 방향으로 기술이 발전하고 있다.

Q4. 그렇다면 차세대 기술 개발은 어떤 방향으로 진행되고 있나?

가장 주목받는 연구 분야는 ‘스팁스위칭(Steep-Switching)’ 소자 기술이다. 이는 물리적 한계인 ‘볼츠만 한계’를 돌파하려는 시도다.

지난 20년 동안 칩 안에 들어가는 트랜지스터 수는 약 2년 주기로 10배씩 늘어났다. 하지만 구동 전압은 1.2V에서 0.75V로 낮추는 데 그쳤다. 반도체가 빽빽해질수록 소비 전력을 줄이는 것이 중요하지만, 기존 기술로는 한계가 있었기 때문이다.

Q5. 볼츠만 한계란 무엇이며, 어떻게 극복하나?

볼츠만 한계는 트랜지스터의 전압 효율을 나타내는 값과 관련이 있다. 전류를 10배 증가시키는 데 필요한 전압의 크기를 의미하는데, 상온에서 물리적으로 가능한 최솟값은 60mV다. 즉, 전류를 10배 키우려면 최소 60mV의 전압을 더 가해야 한다는 물리적 장벽이 존재한다.

스팁스위칭 연구는 신소재와 구조 변경을 통해 이 한계를 넘어서려 한다. 강유전 물질을 활용하거나 소재의 성질이 바뀌는 현상을 이용하는 등 두 가지 방법으로 접근하고 있다.

Q6. 구체적으로 어떤 기술들이 있나?

첫째는 강유전 물질을 활용해 전압 효율을 높이는 방식이다. 기존에 쓰던 이산화규소 대신 산화하프늄 기반의 강유전 물질 등을 사용한다. 이를 통해 물리적 한계치보다 더 낮은 전압으로도 전류를 조절할 수 있다.

둘째는 문턱 전압 스위칭 소자다. 특정 전압에서 전류가 갑자기 급격하게 증가하는 소재를 적용하여, 아주 가파르게 작동하는 스위치 특성을 만드는 방식이다.

Q7. 이 기술을 일상적인 모습에 비유한다면?

기존 트랜지스터가 전등 밝기를 서서히 조절하는 ‘회전식 조광기’라면, 스팁스위칭 소자는 살짝만 건드려도 불이 확 켜지는 ‘민감한 똑딱이 스위치’다.

회전식 조광기는 불을 밝게 하려고 손목을 많이 돌려야 하지만, 스팁스위칭 기술을 적용하면 아주 작은 힘만으로도 스위치를 켜서 전구를 환하게 밝힐 수 있다. 결과적으로 전력 소모를 획기적으로 줄인다.

Q8. 기술 경쟁의 판도는 어떻게 변하고 있나?

10nm 공정을 기점으로 반도체 제조의 주도권이 인텔에서 삼성전자와 TSMC로 넘어왔다. 현재 첨단 미세 공정 경쟁에서 인텔은 주요 순위에서 밀려난 상황이다.

특히 10nm 이하 첨단 반도체를 미국 안에서 전혀 생산하지 못한다는 사실은 미국 정부에 큰 안보 위기감을 주었다. 이는 중국으로 향하는 반도체 장비 수출을 규제하는 결과로 이어졌으며, 단순한 기술 경쟁을 넘어 국가 안보 차원의 공급망 재편을 불러왔다.

Q9. 지정학적 위험이 반도체 산업에 미치는 영향은 무엇인가?

중국에 공장을 둔 삼성전자와 SK하이닉스 같은 기업들은 첨단 장비를 들여오는 데 제한을 받는다. 이 때문에 중국 내 생산 능력을 키우는 일이 어려워졌다.

이제 엔지니어와 기업은 기술 개발뿐만 아니라, 어느 나라에서 생산하고 어떻게 공급할지 결정하는 지정학적 위험까지 고려해야 하는 새로운 과제를 안게 되었다.

Q10. 결국 반도체 산업의 미래는 어떤 모습일까?

과거의 반도체 경쟁이 ‘단순한 달리기 경주’였다면, 지금은 ‘복잡한 장애물 이어달리기’로 바뀌었다.

누가 더 빨리 달리느냐가 중요했던 시대를 지나, 이제는 새로운 주법(GAA 구조, 신소재)을 익혀야만 통과할 수 있는 물리적 장벽이 생겼다. 여기에 특정 구간에서는 달릴 수 없게 하거나 장비를 못 쓰게 하는 지정학적 페널티까지 고려해야 한다.

차세대 반도체 산업은 압도적인 기술력과 외교적인 공급망 관리 능력을 동시에 갖춘 기업만이 살아남을 수 있는 구조로 변하고 있다.