본인은 원래 반도체에 대해서 하나도 몰랐다.
나는 원래 2차전지 분야 취준생이었기에..
어쨌든 학교를 졸업하고 본격적인 취준을 하면서 반도체 분야도 생각해보게 된 것이다.
반도체에 대해서 이제 막 공부하다보니 학교에서 제공해주는
반도체 공정 교육부터 닥치는대로 듣기 시작했다.
그래서 전공정 후공정 웨이퍼 등등 용어들은 익숙하다.
그런데 대학 수업에서 반도체 관련 수업을 들은 것도 없고
각잡고 공부해본 적도 없어서 지식에 구멍이 많이 나 있는 상태다.
지금 이 글을 읽고 있는 사람도 나와 같은 상태라면.. 매우 반갑다!
어쨌든 반도체에 대해서 차근차근 정복해보는 과정을 적어보려고 한다.
아주아주 친절하고 기본적인 것들로 문과생이 읽어도 이해가게끔 적어보려 노력하겟다
1분만에 끝내는 반도체 (1) 반도체란 무엇인가?
반도체란?
반도체 자체는 이름 그대로 해석하면 된다.
*전기전도율이 *도체와 *부도체의 중간성질을 띄는 물질. 즉 반만 도체. 반도체.
*전기전도율: 전기가 통하는 정도
*도체: 구리처럼 전기가 통하는 물질
*부도체: 거울, 고무 처럼 전기가 안통하는 물질
반도체물질은 탄소(Carbon), 실리콘(Silicon), 게르마늄(germanium) 등이 있다.
이 물질들은 평소에 안정된 형태로 존재하다가 불순물이 첨가되면 도체가 되는 성질을 가진다.
이게 무슨말 일까? - 반도체의 원리
반도체 물질들은 최외각 전자를 4개씩 가진다.
이것들은 주변에 4개의 원자와 만나 사진과 같이 공유결합을 이뤄 안정된 상태를 유지한다.
(필요한 화학지식: 최외각 전자, 옥텟규칙, 공유결합)
이때 불순물이 첨가되면 생기는 '자유전자' 혹은 '정공'에 의해 전기를 흐르게 할 수 있는 성질을 가지고 있다.
예를 들어 실리콘에 최외각 전자가 5개인 인(P)을 불순물로 첨가해주면 인의 4개의 최외각전자와 실리콘은 결합하고, 나머지 1개는 결합하지못한 상태로 '자유전자'가 되어 돌아다닌다.
만약 실리콘에 최외각 전자가 3개인 붕소(B)를 넣어주면 3개의 최외각 전자와 실리콘이 결합하고 한개의 '정공'이라는 빈공간이 생기게 된다.
이렇게 '자유전자'와 '정공'에 의해 전자가 이동하며 전기가 흐르게 되는 것이다.
우리는 이러한 반도체 물질 중 실리콘 Silicon만을 사용한다.
왜 굳이 Silicon일까?
이에 대한 자세한 사항은 조금 길어서 다음 포스팅에서 다루어 보겠다.
그런데 내가 정말로 궁금한건 그래서 반도체로 어떤 것들을 할 수 있는가? 였다.
찾아보니 반도체는 다음과 같은 기능들을 한다.
1. 전기신호를 처리한다.
2. 데이터를 처리한다.
처음 이 두개를 봤을 때, 와닿지 않았던게 기억이 난다.
'처리'라는게 정확히 어떻게 이루어지는 건지 궁금했다.
먼저, 전기신호를 처리한다는 것은 전기신호를 정류, 증폭, 변환 한다는 것이다.
쉽게말하면 전류의 흐름을 조절해주거나 전기신호를 크게 해주거나 필요한 다른 형태로 전환해주는 거다.
정류의 기능을 해주는 반도체는 다이오드가 있고, 증폭의 기능을 해주는 반도체는 트랜지스터, 변환의 기능을 해주는 반도체는 발광다이오드가 있다.
| 정류 (Rectification) | 한 방향으로 흐르는 전류를 만드는 작용 (한 쪽에 낮은 저항을 다른 쪽에는 높은 저항을 두어 전류가 한 쪽으로만 흐르게 한다.) |
*정류회로 (다이오드) |
| 증폭 (Amplification) | 약해진 전기신호의 세기를 높여주는 작용 얻는 신호 대비 높은 출력 신호를 얻어짐. 전압이나 전력, 전류값이 증가하는 것을 의미한다. |
*트랜지스터 |
| 변환 (Conversion) | 전기신호를 빛 또는 소리로 바꿔주는 작용 | *발광 다이오드 (LED, Light Emitting Diode) |
* 정류회로 : 교류를 직류로 바꿔준다.
대부분의 가정용, 산업용 전기는 전류가 양방향으로 흐르는 '교류'의 형태이다. 그러나 일부 전자기기에는 내부에 직류가 필요하기 때문에 교류를 직류로 바꿔주는 정류회로가 필요하다.
*트랜지스터: 증폭이 가능하게 하는 반도체
*발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode): 전기 신호를 빛으로 변환해주는 반도체
두번째로 데이터를 처리한다는 것은 데이터를 전환, 저장/기억, 연산/제어한다는 것이다.
이건 쉽게 말하지 않아도 이해되겠지! ㅎㅎ..말 그대로다.
| 전환 | 정보의 값을 아날로그에서 디지털로 바꾸어주는 작용 | |
| 저장/기억 | 정보를 프로그램화 하여 저장하는 작용 | *메모리 반도체 |
| 연산/제어 | 기계나 설비가 정해진 방식대로(순서대로) 작동하게 하는 작용 | *시스템 반도체 |
*메모리반도체 : 정보를 저장하는데 쓰이는 반도체 ex) 컴퓨터의 RAM
*시스템 반도체 : 수치정보를 계산하고 작동 순서를 프로그램화하 해서 자동으로 제어해주는 반도체 ex) 컴퓨터의 CPU
메모리 반도체와 시스템 반도체는 나중에 제대로 다루어 포스팅할 생각이다.
지금까지 알아본 것만 봐도
반도체가 쓰일 곳이 엄청 많겠구나 느껴질 것이다.
그렇다. 연산과 데이터 저장이 이루어지는 어떤 것이라면 반도체가 들어가 있는 것이다.
또 자율주행자동차, AI 기술이 성장하면서 이곳에 들어갈 반도체도 더 필요해지게 될거고
복잡한 연산을 할 수 있을 더 고도화된 성능의 반도체가 필요할 것이다.
이런 점이 흥미롭다.ㅎㅎ
이렇게 기술한계 극복이 계속해서 이루어지는 이 산업이 매력적으로 느껴진다. 배우고 공부할게 무궁무진하니까!
자율주행이나 AI기술처럼 일상의 삶을 직접적으로 빠르게 변화시키는 산업에 기여할 수 있다는 점에서도 흥미롭다.