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반도체, 어디까지 알고 있니?






여러분들은 반도체가 무엇이라고 생각하시나요? 

반도체가 우리 생활 전반에 널리 쓰이고 있다는 사실은 누구나 아실 텐데요. 현대인들의 필수품 스마트폰부터 시작하여 노트북, TV, 자동차 등 이제는 반도체가 쓰이지 않는 제품을 찾는 것이 빠를 것 같습니다. 

하지만 사람들에게 “반도체가 무엇인지 아세요?”라고 물어본다면? 아마 “잘 모르겠다.”라는 대답이 돌아올 듯합니다. 전공자는 그 원리를 잘 알고 있으나, 비전공자의 경우는 반도체의 중요도를 어느 정도 인지할 뿐 그 원리나 쓰이는 용도에 대해서는 잘 모르는 실정이니까요. 


우리가 매일 들고 다니는 반도체! 

전기사랑기자단과 함께 반도체에 대하여 알아보는 시간을 가져보는 것은 어떨까요?



[반도체란? : 정의와 그 응용]





반도체는 ‘상온(常溫)에서 전기가 잘 통하는 금속과 잘 통하지 않는 절연체의 중간 정도 전기저항을 가지는 물질’로 정의됩니다. 일반적으로 전기전도도에 따라서 물질을 분류하게 되면 크게 도체와 반도체, 그리고 부도체로 나뉘게 되는데요. 도체를 전기가 잘 통하는 물질, 부도체는 전기가 잘 통하지 않는 물질이라 했을 때, 반도체는 순수한 상태에서는 부도체와 비슷한 특성을 보이지만 불순물을 첨가하거나 빛 혹은 열에너지를 가하면 자유전자가 생겨 전기가 통하는 도체가 됩니다. 우리가 반도체를 이용하는 가장 큰 이유가 바로 이 전류의 흐름을 조절하기 위함인데요. 반도체를 이용한 트랜지스터가 발명되기 전까지는 진공관을 사용했다고 알려져 있습니다.






‘다이오드’라는 소자를 들어본 적 있으신가요? 순수한 반도체에 불순물을 첨가하여 만든 n형 반도체, p형 반도체를 서로 붙여놓으면 p형에서 n형의 방향으로는 전류가 잘 흐르지만 반대방향으로는 전류가 거의 흐르지 않는 정류작용이 일어납니다. 이러한 특성을 살려, 다이오드는 오늘날 반도체 소자의 기본이 될 수 있었습니다. 


반도체는 이 다이오드와 트랜지스터 등으로 이루어진 집적회로소자 이외에도 첨단 전자산업 부문에 넓게 응용됩니다. 다양한 전자제품에 쓰이며 생활에 편리를 가져다줬기 때문에 반도체를 ‘마법의 돌’이라고 부르기도 하죠. 반도체가 없었다면 오늘날까지 우리는 집채만한 컴퓨터를 사용하고 있지 않았을까요?   



[무어의 법칙 : 반도체 산업의 발전 과정과 위기 직면의 원인]



Ⓒ네이버



반도체 산업의 발달 과정에는 ‘무어의 법칙’을 빼먹을 수 없습니다. 인텔사 창립에 기여한 고든 무어는 1965년에 내놓은 예언 덕분에 굉장히 유명세를 탔는데요. “어떤 기준에 따라 판단하건 컴퓨터의 성능은 18개월마다 항상 2배로 높아진다.”라고 했기 때문이에요. 당시 전문가들은 이와 같은 무어의 지수적인 성장 법칙을 비웃었다고 합니다. 무어의 법칙대로 된다면 컴퓨터의 계산능력이 40년 안에 수억 배 이상 커져야 했기 때문이죠. 하지만 오늘날 흔히 볼 수 있는 디지털 카메라 한 대에는 1950년대에 전 세계가 사용한 계산용량보다 더 큰 용량의 칩이 들어가죠. 인류 역사상 이처럼 엄청난 속도로 기술이 발달한 적은 한 번도 없었다고 해요. 





그러나 2010년대 모바일 컴퓨팅 시대로 접어들면서 작은 기판에 더 많은 회로를 넣다보니 발열 등의 문제가 생기고, 칩은 갈수록 작아지는데 트랜지스터 수가 늘다보니 제작비용이 크게 증가하는 등의 문제가 생겼습니다. 그렇기 때문에 많은 반도체 기업들이 무어의 법칙을 개발 로드맵에서 제외하게 되었죠. 또한 무어의 법칙에 이어 ‘황의 법칙’도 등장하게 되었는데요. 황창규 전(前) 삼성전자 반도체총괄 사장은 “반도체 메모리 집적도가 1년에 두 배씩 증가한다.”고 발표해 많은 관심을 받았어요. 반도체 생산업체들은 2000년부터 2007년까지 매년 두 배에 달하는 반도체 메모리를 개발하여 그 이론을 입증했으나, 거듭된 반도체 미세화가 한계에 부딪치면서 매년 반도체 메모리 집적도를 두 배로 늘린다는 황의 법칙은 폐기되기에 이릅니다. 



[현재 반도체 산업의 현황 : 국내와 국외를 중심으로]





우리나라 반도체 산업은 약 300여개 기업으로 형성되어 있습니다. 많은 분들이 알고 계시는 삼성전자와 SK하이닉스의 경우는 주요 반도체 제조 기업이며, 그 외에 장비 재료와 설계 전문의 기업이 굉장히 많다고 합니다. 그렇기 때문에 반도체 산업은 생산업체-장비업체, 대기업-중소기업 사이의 관계 정립이 굉장히 중요한 요소로 작용한다고 합니다. 


우리나라 반도체산업의 세계적 위치를 살펴보면, 메모리분야는 세계시장을 지속적으로 선도하는 위치에 있습니다. 삼성전자의 경우 반도체 전체품목의 경우 미국의 인텔 다음인 세계 2위이며 메모리의 경우는 세계 1위를 지속적으로 유지하고 있습니다. 하이닉스는 전체품목의 경우 7위이나 메모리분야는 2위를 유지하고 있습니다. 

 



현재 글로벌시장에서 디지털TV, 스마트폰, 아이패드, 자동차, 원도PC 등의 경기호조에 따라 부품인 반도체 수요가 계속 증가하고 있습니다. 또한 글로벌 IT경기 호조세, 개도국 중산층의 급증, 인터넷게임 등에 편승하여 반도체 시장이 크게 확대되고 있다고 합니다. 


전문가들은 앞으로의 성장유망 품목들이 에너지관련 반도체가 될 것으로 전망합니다. 지구 온난화, 에너지 문제, 환경 문제 등을 해결하기 위하여 그린IT산업의 육성과 더불어 초절전 반도체의 개발이 요구 될 것이라 예상하고 있죠. 그렇기 때문에 LED조명, 태양전지, 이차전지, 풍력, 연료전지, 그린카 등에 필요한 반도체 수요가 급증할 것으로 보입니다. 21세기에 반도체산업에 요구되는 것은 인류와 지구가 공생할 수 있는 ‘녹색산업관련 핵심 디바이스의 개발’이라고 하니 전자공학도 분들은 이 점을 명심하셔야겠습니다.

 


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