'반도체'
너무도 익숙하고, 중요하다는 말을 워낙 많이 들어서 그런가보다.. 하고는 있지만 왜 중요한지는 잘 모르겠는 그 이름.
삼성전자, 하이닉스 주식에 투자는 하고 있지만, 아직 아리송한 그 녀석.
오늘은 대한민국 산업의 주춧돌이자 경제의 기반, 반도체가 무엇인지를 알아보고 왜 필요한지에 대해 설명해 드리겠습니다.
반도체란 무엇인가?
반도체의 정의
반도체는 도체(전기가 통하는 물질_철, 은, 구리 등)와 부도체(유리, 나무, 고무 등)의 중간 성질을 가진 물질로 그래서 이름도 반만 도체, '반도체'입니다. 즉, 전기가 통할 수도.. 통하지 않을 수도 있는 있는 물질의 집단을 말하죠. 대표적인 물질은 실리콘(Si, 규소)으로 IT 연구단지로 유명한 미국의 실리콘 밸리도 반도체의 주 재료인 실리콘(규소)와 산타클라라 인근의 계곡(Valley)를 합쳐서 만든 이름입니다.
이런 반도체가 전자기기에서 널리 쓰이는 이유는 중요한 특징이 있기 때문인데요.
그냥 있을때는 전기가 흐르지 않지만(부도체), 인위적으로 특정 불순물을 주입하면 전기가 흐르게 됩니다(도체). 또한 주입하는 불순물의 양을 조절하면 반도체의 전기전도도(전기가 통하는 정도)도 바꿀 수 있는데요. 이를 통해 실리콘 웨이퍼*가 전기회로의 기능을 갖추게 되는 것입니다.
*반도체를 만드는 토대가 되는 얇은 판으로 그 위에 트랜지스터와 다이오드 등의 미소 회로나 집적회로(IC)를 만들 수 있다
웨이퍼
반도체, 왜 필요한가?
반도체의 역할은?
반도체는 크게 두 가지 기능을 합니다.
첫 번째는 전기신호의 처리입니다. 전기 신호의 처리 방식에는 정류, 증폭, 변환의 세 가지가 있습니다.
| 정류(Rectification) | 한 방향으로 흐르는 전류를 만드는 작용 한쪽에 낮은 저항을, 다른 쪽에 높은 저항을 둬 전류가 한쪽으로 흐르게 만드는 과정을 정류라고 한다. 가정용 및 산업용 전기는 거의 모든 경유 교류(양방향으로 전기가 흐르는 것)의 형태로 공급된다. 허나 많은 전자기기에는 그 내부에 직류가 필요하기 때문에 교류를 직류로 바꿔주는 정류회로(다이오드)가 탑재되어 있다. |
| 증폭 (Amplification) | 전기신호가 이동 중 약해지는 것을 강한 신호로 세기를 높여주는 작용 얻는 신호 대비 높은 출력 신호를 얻는 것으로 전압, 전력, 전류 값이 증가하는 것을 의미하며, 증폭을 가능하게 하는 반도체를 '트랜지스터'라 한다. |
| 변환 (Conversion) | 전기신호를 빛 또는 소리로 바꿔주는 작용 전기신호가 빛으로 전환되는 반도체가 'LED'이다. |
두 번째로는 데이터를 처리합니다. 데이터 처리 방식에는 전환, 저장/기억, 연산/제어의 세 가지가 있습니다.
| 전환 | 정보의 값을 아날로그에서 디지털 등으로 바꿔주는 작용 아날로그 정보. 즉, 숫자 '327'이, 문자 '엄마'가, 내가 노래방에서 부른 노래가, 친구가 찍은 사진은 모두 디지털 정보인 숫자 0,1로 표현이 가능하다. |
| 저장, 기억 | 정보를 프로그램화해서 저장하는 작용 이러한 정보를 저장하는 용도로 사용되는 반도체를 '메모리 반도체'라고 하며, 우리가 잘 아는 컴퓨터의 램(RAM)이 이에 속한다. 우리나라의 삼성전자와 하이닉스가 세계적인 경쟁력을 보유하고 있다. |
| 연산, 제어 | 기계나 설비가 정해진 순서에 따라 동작하도록 제어하는 작용 수치 정보를 계산하고 작동 순서를 프로그램화 해서 자동으로 제어해주는 반도체를 '논리반도체', '마이크로 프로세서' 혹은 '시스템 반도체'라고 한다. 컴퓨터의 CPU에 해당하는 반도체로 인텔, AMD 등이 글로벌 표준이다. |
반도체는 이처럼 많은 역할을 합니다. 실제로 전자기기를 구동하기 위한 대부분의 일을 반도체가 하고 있다고 해도 과언이 아니죠.
이처럼 반도체 기술이 발전하고 컴퓨터, 스마트폰 등 대부분의 IT 제품에 반도체가 쓰이면서 인류 문명은 크게 발전했습니다. 특히 메모리 반도체는 우리나라의 수출 1위 품목으로 사실상 대한민국 경제를 떠받쳐 주고 있다고 해도 과언이 아니죠.
앞으로도 세계 반도체산업은 4차 산업혁명으로 대표되는 사물인터넷(Iot)와 자율주행자동차, 인공지능(AI) 기술 등에 의해 더욱 성장해 나갈 것으로 예상됩니다. 하지만 우리나라 반도체 산업은 소자와 공정 부문에서는 강점이 있으나, 장비와 소재 부분에서는 미국, 일본 등 선도 국가와 큰 기술 격차를 보이고 있습니다. 일본이 반도체를 만드는데 필요한 불화수소나 불화폴리이미드 등의 수출을 규제했던 이유도 소재 부분에서 우리 기술이 부족하기 때문입니다. 실제로 우리나라 반도체 산업은 이런 수출규제와 중국의 반도체 굴기, 미국 반도체 기업의 메모리 소자에 대한 개발투자 등 외적 요인에 의해 큰 위기를 함께 겪고 있습니다.
우리나라 반도체 산업이 중국 등 후발주자의 추격을 따돌리고 경쟁 우위를 유지하기 위해서는 지속적인 기술 개발과 투자가 필요합니다. 또 반도체 공정 난이도 증가에 따라 그 중요성이 점점 커지고 있는 장비와 소재에 대한 해외 의존도를 낮춰야 합니다. 이를 위해서는 국내 반도체 대기업과 장비-소재 기업 간의 협력을 통한 동반성장이 무엇보다 중요합니다. 모쪼록 메모리 반도체 분야의 현재의 위기를 넘어, 앞으로는 시스템 반도체 쪽에서도 대한민국 기술의 이름이 세계에 널리 퍼지기를 기원합니다.