DIY microfab 기반 5x4 DRAM cell 구현 및 12.3pF 정전용량 달성

Context

AI 수요 급증으로 인한 DRAM 가격 상승 및 공급 부족 상황 발생. 산업용 자동화 설비 없이 개인이 반도체 공정을 재현하여 메모리 셀을 구축하려는 시도임.

Technical Solution

• 5x4 array 구조의 Capacitor와 Transistor 설계 통한 기초 DRAM 셀 구성
• Photoresist 코팅 및 Etching 공정을 이용한 실리콘 웨이퍼 상의 Patterning 구현
• Phosphorus Doping 처리를 통한 반도체 전도성 확보 및 전기적 특성 제어
• Nanoscale 소자 특성에 따른 Micromanipulator와 Fine probe tip 기반의 전압/전류 주입 방식 채택
• 단일 마이크론 단위의 Source-Drain 간격 설계를 통한 고집적 시도 및 Punch-through 현상 분석

Impact

• 설계 목표치(15pF)에 근접한 12.3pF의 Capacitor 정전용량 확보
• 상용 DRAM(64ms 이상) 대비 낮은 4ms 수준의 Charge retention time 기록

Key Takeaway

소자 간격 축소에 따른 Voltage 한계와 Punch-through 발생 사례를 통해 확인한 Scaling의 기술적 제약 및 정밀 공정의 중요성.