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반도체(Semiconductor)
도체와 부도체의 중간정도 되는 물질
빛이나 열을 가하거나, 특정 불순물을 첨가해 도체처럼 전기가 흐르게 함
즉, 전기전도성을 조절할 수 있는 것이 반도체
반도체 기술은 보통 집적회로(IC) 기술을 말한다.
집적회로(IC) : 다이오드, 트랜지스터 등을 초소형화, 고집적화시켜 전기적으로 동작하도록 한 것 → 작은 반도체 속에 하나의 전자회로로 구성해 집어넣어 성능을 높인다!
메모리 반도체(Memory Semiconductor)
정보(Data)를 저장하는 용도로 사용되는 반도체
메모리 반도체 종류
램(Random Access Memory)
정보를 기록하고, 기록해 둔 정보를 읽거나 수정할 수 있음 (휘발성 - 전원이 꺼지면 정보 날아감)
DRAM : 일정 시간마다 자료 유지를 위해 리프레시가 필요 (트랜지스터 1개 & 커패시터 1개)
SRAM : 전원이 공급되는 한 기억정보가 유지
롬(Read Only Memory)
기록된 정보만 읽을 수 있고, 수정할 수는 없음 (비휘발성 - 전원이 꺼져도 정보 유지)
Flash Memory : 전력소모가 적고 고속 프로그래밍 가능(트랜지스터 1개)
메모리 반도체는 기억장치로, 얼마나 많은 양을 기억하고 얼마나 빨리 동작하는가가 중요
(대용량 & 고성능)
모바일 기기의 사용이 많아지면서 초박형 & 저전력성도 중요해짐
시스템 반도체(System Semiconductor)
논리와 연산, 제어 기능 등을 수행하는 반도체
메모리 반도체와 달리, 디지털화된 전기적 정보(Data)를 연산하거나 처리(제어, 변환, 가공 등)하는 반도체
시스템 반도체 종류
마이크로컴포넌츠
전자 제품의 두뇌 역할을 하는 시스템 반도체 (마이컴이라고도 부름)
MPU
MCU(Micro Controller Unit) : 단순 기능부터 특수 기능까지 제품의 다양한 특성을 컨트롤
DSP(Digital Signal Processor) : 빠른 속도로 디지털 신호를 처리해 영상, 음성, 데이터를 사용하는 전자제품에 많이 사용
아날로그 IC
음악과 같은 각종 아날로그 신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 바꿔주는 반도체
로직 IC
논리회로(AND, OR, NOT 등)로 구성되며, 제품 특정 부분을 제어하는 반도체
광학 반도체
빛 → 전기신호, 전기신호 → 빛으로 변환해주는 반도체
SoC(System on Chip)
전체 시스템을 칩 하나에 담은 기술집약적 반도체
여러 기능을 가진 기기들로 구성된 시스템을 하나의 칩으로 만드는 기술
연산소자(CPU) + 메모리 소자(DRAM, 플래시 등) + 디지털신호처리소자(DSP) 등 주요 반도체 소자를 하나의 칩에 구현해서 하나의 시스템을 만드는 것
이를 통해 여러 기능을 가진 반도체가 하나의 칩으로 통합되면서 제품 소형화가 가능하고, 제조비용을 감소할 수 있는 효과를 가져온다.
모바일 AP(Mobile Applicaton Processor)
스마트폰, 태플릿PC 등 전자기기에 탑재되어 명령해석, 연산, 제어 등의 두뇌 역할을 하는 시스템 반도체
일반적으로 PC는 CPU와 메모리, 그래픽카드, 하드디스크 등 연결을 제어하는 칩셋으로 구성됨.
모바일 AP는 CPU 기능과 다른 장치를 제어하는 칩셋의 기능을 모두 포함함. 필요한 OS와 앱을 구동시키며 여러 시스템 장치/인터페이스를 컨트롤하는 기능을 하나의 칩에 모두 포함하는 것
주요 기능 : OS 실행, 웹 브라우징, 멀티 터치 스크린 입력 실행 등 스마트 기기 핵심기능 담당하는 CPU & 그래픽 영상 데이터를 처리해 화면에 표시해주는 GPU
이 밖에도 비디오 녹화, 카메라, 모바일 게임 등 여러 시스템 구동을 담당하는 서브 프로세서들이 존재함
임베디드 플래시 로직 공정
시스템 반도체 회로 안에 플래시메모리 회로를 구현한 것
시스템 반도체 칩 : 데이터를 제어 및 처리
플래시 메모리 칩 : 데이터를 기억
집적도와 전력 효율을 높일 수 있어 가전, 모바일, 자동차 등 다양한 애플리케이션 제품에 적용함
반도체 분류
- 표준형 반도체(Standard) : 규격이 정해져 있어 일정 요건 맞추면 어떤 전자제품에서도 사용 가능
- 주문형 반도체(ASIC) : 특정한 제품을 위해 사용되는 맞춤형 반도체
플래시 메모리(Flash Memory)
전원이 끊겨도 데이터를 보존하는 특성을 가진 반도체
ROM과 RAM의 장점을 동시에 지님 (전원이 꺼져도 데이터 보존 + 정보의 입출력이 자유로움)
따라서 휴대전화, USB 드라이브, 디지털 카메라 등 휴대용 기기의 대용량 정보 저장 용도로 사용
플래시 메모리 종류
반도체 칩 내부의 전자회로 형태에 따라 구분됨
NAND(데이터 저장) - 소형화, 대용량화
직렬 형태, 셀을 수직으로 배열하는 구조라 좁은 면적에 많이 만들 수 있어 용량을 늘리기 쉬움
데이터를 순차적으로 찾아 읽기 때문에, 별도 셀의 주소를 기억할 필요가 없어 쓰기 속도가 빠름
NOR(코드 저장) - 안전성, 빠른 검색
병렬 형태, 데이터를 빨리 찾을 수 있어서 읽기 속도가 빠르고 안전성이 우수함
셀의 주소를 기억해야돼서 회로가 복잡하고 대용량화가 어려움
SSD(Solid State Drive)
메모리 반도체를 저장매체로 사용하는 차세대 대용량 저장장치
HDD를 대체한 컴퓨터의 OS와 데이터를 저장하는 보조기억장치임 (반도체 칩에 정보가 저장되어 SSD라고 불림)
NAND 플래시 메모리에 정보를 저장하여 전력소모가 적고, 소형 및 경량화가 가능함
SSD 구성
- NAND Flash : 데이터 저장용 메모리
- Controller : 인터페이스와 메모리 사이 데이터 교환 작업 제어
- DRAM : 외부 장치와 캐시메모리 역할
보급형 SSD가 출시되면서 노트북 & 데스크탑 PC에 많이 사용되며, 빅데이터 시대에 급증하는 데이터를 관리하기 위해 데이터센터의 핵심 저장 장치로 이용되고 있음
반도체 업체 종류
종합 반도체 업체(IDM)
제품 설계부터 완제품 생산까지 모든 분야를 자체 운영 - 대규모 반도체 업체임
파운드리 업체(Foundry)
반도체 제조과정만 전담 - 반도체 생산설비를 갖추고 있으며 위탁 업체의 제품을 대신 생산하여 이익을 얻음
반도체 설계(팹리스) 업체(Fabless)
설계 기술만 가짐 - 보통 하나의 생산라인 건설에 엄청난 비용이 들기 때문에, 설계 전문 업체(Fabless)들은 파운드리 업체에 위탁하여 생산함
수율(Yield)
결함이 없는 합격품의 비율
웨이퍼 한 장에 설계된 최대 칩의 개수 대비 실제 생상된 정상 칩의 개수를 백분율로 나타낸 것 (불량률의 반대말)
수율이 높을수록 생산성이 향상됨을 의미함. 따라서 수율을 높이는 것이 중요
수율을 높이려면? : 공정장비의 정확도와 클린룸의 청정도가 높아야 함
NFC(Near Field Communication)
10cm 이내의 근거리에서 데이터를 교환할 수 있는 무선통신기술
통신거리가 짧아 상대적 보안이 우수하고, 가격이 저렴함
교통카드 or 전자결제에서 대표적으로 사용되며 IT기기 및 생활 가전제품으로 확대되고 있음
패키징(Packaging)
반도체 칩을 탑재될 전자기기에 적합한 형태로 만드는 공정
칩을 외부 환경으로부터 보호하고, 단자 간 연결을 위해 전기적으로 포장하는 공정이다.
패키지 테스트를 통해 다양한 조건에서 특성을 측정해 불량 유무를 구별함
이미지 센서(Image Sensor)
피사체 정보를 읽어 전기적인 영상신호로 변화해주는 소자
카메라 렌즈를 통해 들어온 빛을 전기적 디지털 신호로 변환해주는 역할
영상신호를 저장 및 전송해 디스플레이 장치로 촬영 사진을 볼수 있도록 만들어주는 반도체 (필름 카메라의 필름과 유사)
- CCD : 전하결합소자
- CMOS : 상보성 금속산화 반도체
디지털 영상기기에 많이 활용된다. (스마트폰, 태블릿PC, 고해상도 디지털 카메라 등)
