박막 전자 장치를 통해 유연한 칩 설계 실현

전자 및 센서 내부자

그룹은 웨이퍼(오른쪽)와 플레이트(가운데)에서 6502 칩을 개발했습니다. (이미지 :© KU Leuven-imec)

실리콘 반도체는 최근 칩 부족 위기가 보여주듯 컴퓨터 시대의 '석유'가 됐다. 그러나 기존 실리콘 칩의 단점 중 하나는 기계적으로 유연하지 않다는 것입니다. 반면에 대체 반도체 기술인 TFT(박막 트랜지스터)를 기반으로 하는 유연한 전자 분야가 있습니다. TFT를 사용할 수 있는 응용 분야는 웨어러블 의료용 패치와 디지털 미세 유체 및 로봇 인터페이스를 통한 신경 탐침부터 구부릴 수 있는 디스플레이 및 사물 인터넷(IoT) 전자 장치에 이르기까지 다양합니다.

TFT 기술은 잘 발전했지만 기존의 반도체 기술과 달리 이를 다양한 응용 분야에 사용할 수 있는 잠재력은 거의 활용되지 않았습니다. 실제로 TFT는 현재 주로 스마트폰, 노트북, 스마트 TV의 디스플레이에 통합할 목적으로 대량 생산되며, 픽셀을 개별적으로 제어하는 ​​데 사용됩니다. 이는 혁신적인 TFT 기반 애플리케이션을 개발하기 위해 유연한 마이크로칩에 TFT를 사용하려는 칩 설계자의 자유를 제한합니다. "이 분야는 기존 칩 산업과 유사한 파운드리 비즈니스 모델로부터 큰 이익을 얻을 수 있습니다."라고 Diepenbeek에 있는 KU Leuven의 신기술, 시스템 및 보안 부서 교수이자 Interuniversity Microelectronics Center(imec)의 객원 교수인 Kris Myny는 말했습니다.

전세계 마이크로칩 시장의 중심에는 소위 파운드리 모델이 있습니다. 이 비즈니스 모델에서는 대규모 반도체 제조 공장(파운드리)이 실리콘 웨이퍼에 칩을 대량 생산하는 데 중점을 둡니다. 그런 다음 칩을 설계하고 주문하는 회사인 파운드리의 고객이 이를 사용하여 특정 애플리케이션에 통합합니다. 이러한 비즈니스 모델 덕분에 이들 기업은 복잡한 반도체 제조에 접근하여 필요한 칩을 설계할 수 있습니다.

Myny의 그룹은 이러한 비즈니스 모델이 박막 전자 분야에서도 실행 가능하다는 것을 보여주었습니다. 그들은 특정 TFT 기반 마이크로프로세서를 설계하고 두 파운드리에서 생산한 후 연구실에서 성공적으로 테스트했습니다. 동일한 칩이 두 가지 버전으로 생산되었으며, 이는 둘 다 주류인 두 가지 별도의 TFT 기술(다른 기판 사용)을 기반으로 합니다. 그들의 연구 논문은 Nature에 게재되었습니다. .

Myny와 그의 동료들이 만든 마이크로프로세서는 상징적인 MOS 6502입니다. 오늘날 이 칩은 '박물관 작품'이지만 70년대에는 최초의 Apple, Commodore 및 Nintendo 컴퓨터의 드라이버였습니다. 그룹은 웨이퍼(비정질 인듐-갈륨-아연 산화물 사용)와 플레이트(저온 다결정 실리콘 사용)에서 6502 칩을 개발했습니다. 두 경우 모두 칩은 다른 칩(프로젝트)과 함께 기판에서 제조되었습니다. 이러한 다중 프로젝트 접근 방식을 통해 파운드리는 단일 기판에서 설계자의 요청에 따라 다양한 칩을 생산할 수 있습니다.

마이니 팀이 만든 칩은 두께가 30마이크로미터도 채 되지 않아 사람의 머리카락보다도 작다. 따라서 웨어러블 패치와 같은 의료 애플리케이션에 이상적입니다. 이러한 초박형 웨어러블은 심전도 또는 근전도를 만들고 심장과 근육의 상태를 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 마치 스티커처럼 느껴지는 반면, 실리콘 기반 칩이 있는 패치는 항상 울퉁불퉁한 느낌을 줍니다.

6502 마이크로프로세서의 성능은 최신 마이크로프로세서와 비교할 수 없지만, 이 연구는 기존 칩 산업에서 발생하는 방식과 유사한 다중 프로젝트 접근 방식으로 유연한 칩을 설계하고 생산할 수 있음을 보여줍니다. Myny는 다음과 같이 결론을 내렸습니다. "우리는 실리콘 기반 칩과 경쟁하지 않을 것이며 유연한 박막 전자 장치를 기반으로 혁신을 촉진하고 가속화하고 싶습니다."

출처