왜 하필 실리콘인가

반도체 성질을 띠는 물질은 여럿입니다. 그런데 오늘날 칩은 거의 다 실리콘으로 만듭니다. 실리콘은 우리말로 규소이고, 모래의 주성분입니다. 지구 껍질에서 산소 다음으로 흔한 원소라 재료값이 싸다는 점이 첫 번째 이유입니다.

두 번째 이유는 다루기 좋다는 점입니다. 실리콘은 공기 중에서 표면에 얇고 단단한 산화막이 저절로 생깁니다. 이 막이 전기를 아주 잘 막아 주기 때문에, 칩 안에서 '여기는 전기가 지나가면 안 되는 자리'를 만들 때 그대로 씁니다. 재료가 스스로 절연체를 만들어 주는 셈입니다.

세 번째 이유는 크고 깨끗한 결정으로 키울 수 있다는 점입니다. 원자가 줄을 맞춰 늘어선 덩어리를 결정이라고 하는데, 실리콘은 지름 30센티미터짜리 기둥으로 키울 수 있습니다. 이 기둥을 얇게 썰면 칩을 만드는 바탕판이 됩니다.

순수한 실리콘은 사실 전기를 잘 통하지 않습니다. 여기에 인이나 붕소 같은 다른 원소를 아주 조금 섞으면 성질이 달라집니다. 이 일을 도핑이라고 하고, 얼마나 어디에 섞는지가 칩 설계의 바탕이 됩니다.

물론 실리콘이 전부는 아닙니다. 전기차의 충전 장치나 통신 기지국처럼 높은 전압과 열을 견뎌야 하는 곳에는 탄화규소나 질화갈륨 같은 다른 재료를 씁니다. 다만 우리가 쓰는 컴퓨터와 휴대전화 칩은 여전히 실리콘입니다.