차세대반도체연구회

컴퓨터에서 열이 발생하는 부분은 마이크로프로세서의 성능과 신뢰성을 떨어뜨린다. 하지만 현재의 냉각 방법은 전체의 칩을 과도하게 냉각시켜서 비용, 크기와 무게를 증가시키는 단점을 가지고 있다. 마이크로칩은 보통 열을 흡수하고 발산하는 히트싱크(heat sink)와 소형 팬(fan)을 사용하여 냉각된다. 그러나 마이크로칩이 점점 강력해지고, 제조업자들이 컴퓨터 내부의 집적도를 점점 높임에 따라 더 높은 발열량을 가지게 되었다. 따라서 부피가 크고 시끄럽고 비효율적인 소형팬과 히트싱크를 이용한 냉각방식은 그 한계를 가지게 되었다. 그래서 이러한 문제를 극복하기 위해 다양한 각도에서 접근하고 있다. 그 중 한예로 미국 인디애나(Indiana) 주에 위치한 퍼듀대(Purdue University) 연구자들이 컴퓨터 요소들을 좀 더 효과적으로 냉각시키기 위한 방법으로 이온 풍력 엔진(ionic wind engine)으로 전기장을 이용하는 혁신적인 냉각기술이 선보였다. 또한, 미국 워싱턴대 전기공학과 알렉산더 마미세브(Alexander Mamishev) 교수도 마이크로칩 표면에 설치될 정도로 소형이며, 전기장에 의한 전기 대전(electric charge)을 사용하여 냉각풍을 만드는 냉각장치를 개발하고 있다. 기존 연구에서 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 실리콘 칩의 열 거동 모델을 수학적으로 3차원화하고, 이를 이용하여 국부적 열 발생 장소와 효율을 고려하여 칩을 설계하였다. 이 모델은 전류가 칩의 뒷부분인 불순물이 아주 많이 도핑된 실리콘에 가해질 때에 칩에서 냉각 부분이 생성되는 것을 예측하였다. 만약 냉각 부분이 마이크로프로세서의 뒷면에 부착되면, 열을 흡수하고 온도를 낮출 수 있게 된다. 이는 열전기 효과를 이용하여 전기 에너지를 열에너지로 바꾸어주는 현상과 동일한 개념이다. 냉각 효과는 금속과 실리콘 사이에서 열전도 현상 차이로 인하여 발생하고 감지하게 된다. 열전기 냉각은 오래전부터 열전기 냉각기는 오래전부터 사용되어진 기술이며 새로운 기술은 아니지만, 실리콘 칩에 열전기 냉각 현상을 적용한 것은 이번이 처음이다. 연구진들은 평방 12밀리미터인 칩에 평방 70마이크로미터의 열발생 지점을 고려하여 냉각 현상을 연구하였다. 이는 최소 5배 이상의 냉각 효과를 보였다. 마이크로 냉각 시스템은 박막 열전기 냉각기와 유사하게 초박막의 반도체인 실리콘과 게르마늄이 실리콘위에 있는 구조로 열을 아주 잘 방출시키지만, 계면에서 저항으로 인하여 냉각 효과를 감소시키는 단점도 현재 가지고 있다. 하지만 본 기술은 미래에 높은 가동 전압, 실용적인 수학적 모델, 고성능과 내구성을 보장하는 재료 등과 같은 문제점들이 해결되어 높은 성능의 차세대 마이크로칩을 지원하는 첨단 냉각시스템으로 여겨진다. 또한 새로운 냉각 시스템은 미래의 고집적 전자 소자 시스템을 더욱 발전시킬 것으로 여겨진다. * 출처: KiSTi