반도체 산업 이해하기-① : 반도체란 무엇이며, 역할과 종류에 대한 기초 지식

liar fortune teller 2023. 10. 21.

반도체란 무엇일까? 대한민국 수출 1위 그리고 경제 성장을 주도한 산업이다. 현재는 대한민국의 핵심산업으로서 경제의 버팀목 역할을 한다. 현재는 AI, IoT, 자동차, 바이오, 항공우주, 에너지 등 모든 산업에 필요한 핵심 소재인 '반도체'는 세계 강대국이 서로 반도체 주도권 전쟁을 벌일 정도이다.

이런 반도체를 알기 위해서는 먼저 반도체의 정의와 반도체와 관련된 용어에 대해 알아야 한다.

반도체 산업에 대해 쉽게 이해할 수 있도록 시리즈로 포스팅하였으니 반도체에 대해 더 많은 기초 상식을 알고 싶으시면 아래 글을 참고하시기 바랍니다.

반도체 산업 이해하기-① : 반도체란 무엇이며, 역할과 종류에 대한 기초 지식

반도체 산업 이해하기-② : 반도체 8대 공정 개념 이해하기

반도체 산업 이해하기-③ : 반도체 8대 공정 # 1 '웨이퍼 제조 공정'

반도체 산업 이해하기-④ : 반도체 8대 공정 # 2 '산화 공정'

반도체 산업 이해하기-⑤ : 반도체 8대 공정 # 3 '포토 공정'

반도체 산업 이해하기-⑥ : 반도체 8대 공정 # 4 '식각 공정'

반도체 산업 이해하기-⑦ : 반도체 8대 공정 # 5 '증착 & 이온주입 공정'

반도체 산업 이해하기-⑧ : 반도체 8대 공정 # 6 '금속배선 공정'

반도체 산업 이해하기-⑨ : 반도체 8대 공정 # 7 'EDS 공정'

반도체 산업 이해하기-⑩ : 반도체 8대 공정 # 8 '패키징 공정'

반도체란?

반도체는 '반' + '도체'의 합성어로 도체와 부도체의 중간 성질을 갖고 있다. 영어로는 'Semiconductor' 다.

전기를 기준으로 세상 모든 물질은 크게 도체와, 부도체 그리고 반도체로 구분할 수 있다. 최근 전도체에 대한 이야기도 많이 나오지만 일단 제외하자. 그럼 먼저 반도체를 쉽게 알기 위해서 먼저 도체, 부도체 의미를 알아보자.

▶ 도체(Conductor) : 전기 혹은 열이 잘 흐르는 물질 (ex : 철, 구리, 알루미늄, 금, 은 등)

▶ 부도체(Insulator) : 전기 혹은 열이 흐르지 않는 물질 (ex : 유리, 고무, 플라스틱, 다이아몬드 등)

그럼, 반도체란 무엇인가? 쉽게 풀이하면 전기전도도가 도체와 부도체의 중간정도라고 보면 된다. 그리고 순수 반도체는 부도체와 같이 전기가 거의 통하지 않지만 어떤 인공적인 조작에 의해 도체처럼 전기가 흐르는 특징을 갖고 있다.

도체는 가장 전기가 잘 통하는데 왜 반도체 처럼 많이 사용하지 않는지 의문이 들 수 있다. 도체와 반도체의 가장 큰 차이점은 도체는 전기가 잘 통하지만 조절하기 어렵다는 점이다. 하지만 반도체는 인공적인 조작에 의해 성질 조절이 매우 용이하다.

'반도체'란 용어는 물질을 분류하는 하나의 물리적 성질의 종류이다. 일반적으로 반도체 산업, 반도체 기술은 집적회로(IC, Integrated Circuits) 기술을 의미한다.

여기까지 반도체의 정의에 대해 알아보았다. 이제 당신은 반도체 전문가이다.

반도체의 역할

반도체가 실생활에서 어떻게 활용되는지 알아보겠습니다. 반도체는 크게 전기신호 처리와 테이터 처리 역할을 한다. 반도체의 역할에 대해 하나씩 살펴보자.

전기신호 처리 [정류, 증폭, 변환]

▶ 정류

○ 전기신호의 흐름은 일정방향으로 흐르는 직류신호와 주기적으로 방향이 변하는 교류신호로 나뉜다. 전기신호를 처리하다보면 직류를 교류로 또는 교류를 직류로 바꿔주어야 하는 경우가 생기는데 이러한 작용을 정류라고 한다.

○ 정류작용을 하는 반도체를 '다이오드'라고 한다.

▶ 증폭

○ 정기신호를 이동시키다 보면 점점 약해지게 된다. 약한 전기신호를 강한 전기신호로 키워 주는 것을 '증폭'이라고 한다.

○ 증폭작용을 하는 반도체를 '트랜지스터(TR)'라고 한다.

▶ 변환

○ 전기신호는 필요에 따라 빛이나 소리 등으로 바꿔야 하는 경우가 생긴다. 대표적인 예가 'LED'이다. LED는 전기신호를 빛으로 바꿔주는 역할을 한다. 이러한 바도체를 발광소자라고 한다.

○ CCD, CIS 반도체는 카메라로 읽은 빛을 전기신호로 바꿔 저장하는 역할을 한다.

데이터 처리[전환, 저장, 연산, 제어]

▶ 전환

○ 데이터는 아날로그와 디지털로 나뉜다. 정보를 처리하다보면 아날로그를 디지털로 혹은 디지털을 아날로그로 바꿔주는 경우가 생긴다. 아날로그 ↔ 디지털 상호 정보의 상태를 전환해 주는 역할을 하는 것이 바로 반도체이다.

▶ 저장, 기억

○ 반도체는 정보를 저장할 수 있으며, 이러한 정보를 저장하는 용도로 사용되는 반도체를 바로 '메모리 반도체' 라고 한다.

▶ 연산, 제어

○ 반도체는 기억 및 저장뿐만 아니라 논리와 연산, 제어 기능 등을 수행하는 반도체가 있다. 바로 '시스템 반도체'가 대표적인 예이다.

반도체의 종류

반도체의 종류는 크게 2가지로 분류할 수 있다. 바로 정보를 저장하는 메모리 반도체와 정보를 처리하는 시스템(비메모리)반도체가 있다. 2가지 반도체의 주요 특징은 다음과 같다.

메모리 반도체와 시스템 반도체

메모리 반도체는 이름 그대로 정보를 기억하는 역할을 한다. 크게 램(RAM)과 롬(ROM) 두 가지로 나뉜다.

▶ 램(RAM)은 휘발성 메모리로도 불리는데, 전력 공급이 꺼지면 저장된 내용이 사라집니다. 이러한 램은 정보 저장방식에 따라 다시 DRMA과 SRAM으로 구분된다.

▶ 롬(ROM)은 비휘발성 메모리로도 불립니다. 즉 따로 지우지 않는 이상, 전력 공급이 되지 않아도 정보가 사라지지 않는 특징을 갖고 있다.

시스템 반도체는 정보처리를 목적으로 제작된 반도체이다. 주로 전자제품의 두뇌 역할을 하는 칩으로 많이 사용되어 대부분의 전자기기에 필수적으로 들어간다.

▶ 모바일 기기의 중앙처리장치인 AP, 컴퓨터의 중앙 처리장치인 CPU, 디지털 신호를 처리하는 DSP, LED, 배터리의 전력을 효율적으로 배분하는 전력관리 칩 PMIC, 렌즈를 통해 들어오는 빛을 전기적인 영상신호로 바꿔주는 CMOS, 이미지센서(CIS), 디스플레이 드라이버(DDI), 통신, 각종 센서 등 다양한 전자제품에 핵심 역할을 담당하기 때문에 종류가 매우 많다.