요약
다이아몬드 파운드리가 스탠퍼드대와 함께 다이아몬드로만 만든 트랜지스터를 개발하고 있습니다.
다이아몬드 웨이퍼를 만드는 다이아몬드 파운드리가 회사 웹사이트에 연구 소개 페이지를 올렸습니다. 실리콘 대신 다이아몬드를 반도체로 쓰고, 스위칭 속도가 50배 빠르다고 내세웠습니다.
왜 중요한가
- 다이아몬드는 열을 잘 빼내고 높은 전압을 견디므로, 고전력·고주파 소자의 재료가 될 수 있다고 회사는 봅니다.
- 방사선에 강한 소자도 목표로 해, 실리콘이 버티기 어려운 환경을 겨냥합니다.
- 다른 연구 그룹에도 다이아몬드 기판을 팔아 각자 트랜지스터를 연구하게 돕겠다고 했습니다.
핵심 내용
- 표면 전달 도핑(불순물 원자를 결정 속에 넣지 않고 표면 처리로 전하를 만드는 방식)을 씁니다.
- 표면을 수소로 덮으면 표면 몇 나노미터 안에 정공(전자가 빠진 자리)이 빽빽하게 모여 전류가 흐릅니다.
- 이온 주입을 하지 않아 결정 결함과 전하 산란을 피하고, 다이아몬드 본래의 성질도 지킨다고 설명합니다.
- 문턱전압 이하 기울기(트랜지스터가 얼마나 가파르게 켜지는지 보여 주는 값)가 최신 3나노 실리콘과 같다고 밝혔습니다.
- 동작 원리는 IEEE 논문으로도 발표했습니다.
HN 반응
- 다이아몬드가 열을 가장 잘 전달한다는 감탄에, 저온에서는 구리와 초유체 헬륨이 더 낫다는 반박이 붙었습니다.
- 산업용 다이아몬드는 이미 대부분 인공이라는 지적을 계기로 천연과 인공 중 무엇이 더 가치 있는지 논쟁이 이어졌습니다.
인류가 수천 년 동안 귀하게 여겨 온 희귀하고 반짝이는 돌이, 지금 우리가 만들어 낼 수 있는 합성 소재와 견주어도 놀라운 특성을 지녔다는 게 저는 아직도 신기합니다. 지금까지 측정된 물질 중에서 가장 단단합니다. 전기 절연체인데도 열전도율은 가장 높습니다.
요즘 상업적으로 쓰이는 다이아몬드는 거의 다 합성 아닌가요? 제가 아는 한, '천연'이라는 이유나 색을 입히는 묘한 불순물이 들어 있다는 이유(주관적으로 더 낫다고 느끼는 사람이 있다는 얘기죠)를 빼면, 이제 천연 다이아몬드를 원하거나 필요로 하는 사람은 없습니다.
"합성(synthetic)"이 맞는 표현인가요?
제가 알기로는 "랩그로운(lab grown)"이라고 하는데요.
(합성이라고 하면 진짜가 아니라는 느낌인데, 분자 수준에서 보면 랩그로운 다이아몬드는 100% 진짜잖아요.)
이 맥락에서 synthetic은 "진짜가 아닌"이 아니라 "합성된(synthesized)" 쪽이라고 봅니다.
여기서는 4c가 아니라 4a1의 뜻입니다. https://www.merriam-webster.com/dictionary/synthetic
관계없는 얘기지만, 바로 옆에 있는 'synthetic'의 4b 정의가 사전 정의치고는 유난히 이상하다고 느끼는 사람이 저뿐인가요?
아무것도 가리지 않고 그대로 옮기면 4b 정의는 *"특수한 상황에서 일반적인 현실을 흉내 내거나 대신하도록 고안되거나 배열되거나 만들어진"*이라는데요?
저는 괜찮아 보이는데요.
아스트로터프 같은 "인조 잔디(synthetic grass)"가 떠올라서, "synthetic"을 진짜가 아니라는 뜻으로 연결 지었던 것 같아요.
우리는 많은 것을 똑같이 만들어 낼 수 있지만, 거의 언제나 진짜를 더 높이 쳐줍니다. 모나리자를 포스터 인쇄본으로 보는 것보다 직접 보는 게 더 멋진 이유도 그겁니다.
왜일까요? 제가 아는 한, 그림이 '자연스러운' 상태라는 점이나 세월과 방사선과 산화로 색이 좀 이상해졌다는 점을 빼면, 이제 실제 그림을 원하거나 필요로 하는 사람은 없습니다.
이유는 이렇습니다. 똑같거나 심지어 진짜가 더 못하더라도, 자연의 손길이 닿았다는 것 자체가 그냥… 좋기 때문입니다.
어떤 것에는 그럴 수도 있겠죠.
보석은 아니에요. 저는 블러드 다이아몬드는 정말 원하지 않아요.
정리하면, 천연이 더 낫다는 건 인정하시지만 거기에 얽힌 논란과 분쟁 때문에 실제로 마음이 돌아선다는 말씀이시죠. 그래도 사람들이 진짜를 선호한다는 제 주장에는 아무 영향이 없습니다.
당연히 "모나리자를 가질 수 있는데 그러려면 누군가 살해당해야 한다"고 하면 복제품이 아주 인기를 끌겠죠.
그림은 물감에 입체적인 질감이 있지만 포스터는 어쩔 수 없이 평평합니다. 물감 성분에 따라 빛이 반사되는 방식도 다른데 포스터는 그렇지 않고요.
그러니 네, 진짜 그림에는 추가적인 가치가 있습니다.
그래도 저는 어차피 그림에 큰돈을 쓰지는 않을 겁니다. 벽에 그림과 포스터를 몇 점 걸어 놨는데, 한동안은 흥미롭다가 어느 순간 눈에 보이지 않게 되더군요. 그냥 벽의 일부가 됩니다.
방금 플라시보 효과를 설명하신 것 같은데요!
아쉽게도, 저한테 영향을 줄 때를 골라서 받고 싶지만 저는 평범한 인간일 뿐이고, 다들 마찬가지일 거라고 생각합니다.
저도 가끔 이 생각을 해 봤습니다. 일이 참 편하게도 그렇게 풀리네요! 다만 그냥 편향일 수도 있다는 생각이 듭니다. 흔한 재료로 만들 수 있는 아주 인상적인 것들은 이미 다 만들어졌잖아요. 예를 들면 생명 전체처럼요?
파란색 안료는 예전에는 몹시 희귀하고 귀했습니다. 그러다 어떤 화학자들이 무한 파랑 버그를 찾아냈죠.
에너지를 알루미늄으로 바꾸는 버그도 있고요.
에너지를 비료로 바꾸는 버그도 있죠.
좀 자세히 설명해 주실 수 있나요? 재미있을 것 같아요.
이 공정이 나오기 전에는 알루미늄이 자연 상태로는 사실상 존재하지 않았고, 보크사이트에서 정제하기도 엄청나게 어려웠습니다.
얼마 전까지만 해도 알루미늄이 믿기 어려울 만큼 희귀하고 값비싼 금속이었는데, 지금은 어디에나 있고 값도 싸다는 게 놀랍습니다.
전기가 엄청나게 많이 드는 공정이라서, 알루미늄 재활용은 환경을 위한 일일 뿐 아니라 돈이 되는 일이기도 합니다.
https://en.wikipedia.org/wiki/Hall%E2%80%93H%C3%A9roult_process
전기가 풍부해지기 전까지 알루미늄은 대부분의 사람에게 거의 알려지지 않은 금속이었습니다. 정제하는 데 전기가 많이 필요해서요. 알루미늄 광석도 아주 흔하지만, 우리는 그걸 어떻게 써야 할지 몰랐습니다.
열전도율이 아주 좋은 건 맞지만 최고는 아닙니다. 저온에서는 구리가 더 낫습니다. 극저온에서는 헬륨이 훨씬 낫고요.
초유체 헬륨의 최대 열전도율은 다이아몬드의 최대치보다 대략 100배 높습니다!
대단하네요! 액체 상태 물 정도의 온도에서도 구리보다 다섯 배쯤 좋다는 거잖아요.
그러니까요.
다이아몬드를 키울 수 있습니다.
다이아몬드는 액체 상태 물 정도의 온도 범위에서 열전도가 좋습니다.
다이아몬드는 전기 절연성도 좋습니다.
그렇다면 수랭식 RGB 튀는 컴퓨터용 통다이아몬드 수랭 블록은 대체 어디 있는 건가요?!?
가공하기가 정말 지독하게 어렵습니다.
고음 전용 스피커(트위터)도 좋은 걸 만들죠. 비싸기도 하고요.
https://www.madisoundspeakerstore.com/diamond-dome-tweeters/seas-excel-t29d001-diamond-dome-tweeter-matched-pair/
전에는 생각해 본 적이 없는데요. 그러면 열이 훨씬 빠르게 전파된다는 뜻인가요? 어쩌면 그 물질에서의 음속에 가까워질 수도 있나요?
열전도율은 온도 기울기가 주어졌을 때의 열유속을 나타냅니다. 즉 어떤 면을 가로질러 특정 온도 기울기가 있을 때, 열에너지가 그 면을 얼마나 빠르게 흐르는지를 뜻합니다.
열을 나르는 입자(포논이나 전하를 띤 입자) 자체의 속도와는 아무 관계가 없습니다.
예를 들어 포논은 어떤 물질에서든 항상 음속으로 이동합니다.
슬라이드 12번입니다. 거의 그렇다고 봐도 됩니다. https://indico.cern.ch/event/1541024/attachments/3055157/5401406/17_He%20II%20part%201%20Heat%20transfer%20and%20effects.pdf
서로 다른 진동 모드와 그에 해당하는 에너지 전달을 어느 정도 분리해서 볼 수 있습니다. "포논"은 기본적으로 음파(의 입자 대응물)이고, 그림 2에 표시되어 있습니다. https://www.nist.gov/system/files/documents/2019/07/12/dcs_2019.pdf
Asionometry의 관련 영상입니다. Why Diamond Transistors Are So Hard ( https://www.youtube.com/watch?v=NLmd5vL0zmk )
Asionometry는 정보가 꽤 알차고 유머도 적당히 섞여 있습니다. 실리콘 산업에 관심 있는 분이라면 보시길 권합니다.