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반도체 이야기

반도체 이야기, 메모리와 비메모리 - 두 번째 메모리는 크게 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리로 나눌 수 있습니다. 휘발성 메모리는 전원이 들어와 있는 동안에만 정보가 기억되고 전원이 나가면 정보가 지워지는 제품으로, 시스템의 주기억 장치로 사용됩니다. 비휘발성 메모리는 전원이 나가도 기억이 저장된 제품으로, 주로 보조 기억 장치 또는 정보 저장 장치로 사용됩니다. RAM(Random Access Memory, 랜덤 액세스 메모리)는 휘발성 메모리로 임의(任意)의 영역에 접근하여 읽고 쓰기가 가능한(사용자가 메모리에 읽고 쓰기를 한다는 의미가 아니고 시스템이 메모리에 읽고 쓰기를 한다는 의미이므로 혼동하지 마세요) 주기억(主記憶) 장치입니다. 랜덤 액세스(임의 접근)라는 말이 좀 어렵지요? 하드 디스크를 생각해 봅시다. 하드디스크에는 디스크 형태의 원..
반도체 이야기, 메모리와 비메모리 - 첫 번째 현대의 전자문명을 가능하게 한 반도체 혁명은 백 년도 채 되지 못하여 눈부신 이론적, 기술적 발전을 이루었고 수많은 응용분야에 셀 수 없이 많은 제품을 쏟아내고 있습니다. 실로 모래 알갱이로부터 별별 기능을 갖는 반도체 제품으로의 대변신을 보면 현대를 가리켜 일컬은 규석기(硅石基) 시대라는 별명이 공언이 아닌 것 같습니다. 이러한 발전을 이루는데 수많은 사람의 창의적 아이디어, 불가능에 가까운 도전과제에 대한 연구와 개발 노력이 있었음은 당연하겠지요. 우리는 그동안 그 과정들을 살펴보면서 하나의 반도체 제품이 탄생하기까지, 과학적 원리와 천재적인 응용 아이디어들을 익혀왔습니다. 수많은 고객의 제품을 패키징해 오면서 이 웨이퍼들이 최종적으로 어디에 쓰일까 궁금했었을 것입니다. 우리 문명 어느 한구석에도 미..
디지털 반도체 디바이스, 두 번째 이야기 현대를 디지털문명이라고 부르는 만큼 디지털이라는 용어는 현대를 살아가는 사람들에게 매우 친숙하지만 정확한 의미를 이해하고 있는지에 대해서는 다시 한 번 생각해봐야 할 것입니다. 디지털(digital)이라는 말은 디짓(digit)이라는 용어에서 유래되었고, 이는 사람의 손가락이나 동물의 발가락을 의미합니다. 손가락이나 발가락은 하나, 둘, 셋, 넷, 다섯 등의 자연수로 셀 수 있고, 손가락을 셀 때 1.2개라든지 2.14개라는 식으로 세지는 않습니다. 이렇게 무엇인가를 셀 때 최소단위(손가락의 경우는 1개가 최소단위지요)의 정수배로만 나타내고 중간값(1.2나 2.14는 1의 정수배가 아니지요)을 허용하지 않는 것을 디지털이라고 합니다. 반면에 아날로그라는 것은 연속적인 값을 취하는 것을 말하는데, 디지털 ..
디지털 반도체 디바이스, 첫 번째 이야기 지난 8개월 동안 정말 숨 가쁘게 달려왔습니다. 전자공학의 역사를 살펴보고, 현대 물리학의 대표주자로써 인간의 사고의 틀을 확 바꿔버린 양자역학을 맛보았으며, 반도체의 물리적 특성들을 공부하는 등 일반인들이 접하기 어려운 지식을 다뤄봤습니다. 이러한 지식을 바탕으로 현대문명에 혁명을 가져온 반도체 다이오드와 트랜지스터의 원리까지 들여다보았습니다. 이제 여러분은 반도체에 대한 역사와 이론, 그리고 원리에 이르기까지 한눈에 조망할 수 있는 실력을 갖췄으리라고 기대합니다. 전자제품을 뜯어보면 뭔지 알 수 없는 수많은 부품들이 빼곡히 자리 잡고 있는 것을 알 수 있습니다. 각각의 부품들이 제 몫을 담당하고 있을 것인데, 그 기능을 크게 두 가지로 본다면 능동형 부품과 수동형 부품으로 나뉠 수 있습니다. 회로부품..
MOSFET, 두 번째 반도체 이야기 (지난 호에서 계속 이어집니다) BJT에서도 PNP형 BJT가 있었고 NPN형 BJT가 있었던 것을 기억하시나요? MOSFET에서도 어떤 캐리어를 전류 흐름에 사용하느냐에 따라서 PMOS(P채널 MOSFET)과 NMOS(N채널 MOSFET)으로 나뉩니다. 소스와 드레인이 P형 반도체 영역이고 실리콘 기판이 N형 반도체 영역으로 되어 있는 것이 PMOS이고, 반대(소소의 드레인이 N형 반도체 영역이고 실리콘 기판이 P형 반도체 영역으로 되어 있는 것)로 되어 있는 것이 NMOS입니다. 눈치를 챘겠지만, PMOS에서는 정공이 전류를 이루는 캐리어가 되고 NMOS에서는 전자가 전류를 이루는 캐리어가 됩니다. 소스와 드레인 사이, 게이트 밑 부분을 채널이라고 부릅니다. PMOS에서는 P형 채널이 형성될 것이고,..
pnp접합과 바이폴라 접합트랜지스터(BJT), 두 번째 이야기 (지난 호에서 이어집니다) 역시, 전자나 전류의 흐름은 눈에 보이는 것이 아니라서 이해가 잘 안 되기 마련이지요. 물의 흐름으로 생각해 보면 이해가 훨씬 쉬울 것 같습니다. 아래 그림과 같은 특수한 파이프를 생각해봅시다. 파이프의 입구 부분을 컬렉터, 출구 부분을 이미터로 생각하겠습니다. 이미터 쪽의 측면에 가느다란 파이프가 관통해 들어와 있는데, 입구 쪽은 베이스로 연결되어 있고, 출구 쪽은 컬렉터와 이미터 사이에 있는 밸브와 맞닿아 있습니다. 컬렉터 쪽에는 물이 항상 틀어져 있어 밸브만 열리면 컬렉터에서 이미터 쪽으로 물이 흐를 수 있으나, 평상시에는 밸브가 닫혀 있어 이미터 쪽으로 물이 흘러갈 수 없습니다. 그리고 이 밸브는 스프링이 달려서 일정 이상의 힘이 가해져야 열리도록 제작되어있습니다. 아래..
pnp접합과 바이폴라 접합트랜지스터(BJT), 첫 번째 이야기 지난 호에 p형 반도체와 n형 반도체를 한 면에서 접촉해 다이오드(pn 접합다이오드)를 만들어 보았습니다. 생각보다 복잡하고 이해하기 까다로웠을 것입니다. 다시 한 번 정리하자면, p형 반도체 쪽에 +전압이, n형 반도체 쪽에 –전압이 걸리면 순방향 바이어스가 되어 전류가 흐르지만, 반대로 전압이 걸리면 역방향 바이어스가 되어 전류가 흐르지 않는데, 이를 설명하기 위해 각 반도체 영역의 다수 캐리어와 소수 캐리어의 거동에 대해 지난 호에 설명했습니다. 이러한 pn 접합다이오드의 대략적인 모식도와 기호는 아래 그림과 같습니다. 이번 호에는 한 발 더 나가서, 그렇게 만들어진 다이오드 2개를 붙여 pnp(또는 npn) 접합트랜지스터를 만들어 보려고 합니다. 지난 호의 내용이 아직도 이해가 되지 않았다면 다시..
반도체 이야기, Pn 접합과 다이오드 - 두 번째 이야기 (지난 호에서 이어집니다) 정공이 다수캐리어인 p형 반도체(흰 점으로 표시된 것이 정공입니다)와 전자가 다수캐리어인 n형 반도체(검정 점으로 표시된 것이 전자입니다)가 한 면에서 만났습니다. 만나기 전에는 각각의 다수캐리어들은 균일하게 분포하여 있었습니다. 물론 이온화된 도너 또는 억셉터도 균일하게 분포하여 있으며, 각각의 반도체는 전기적으로 중성인 상태입니다. (p형 반도체에서는 음이온과 정공의 수가 같고, n형 반도체에서는 양이온과 전자의 수가 같으므로 전기적으로는 중성입니다) 그러다가 한 면에서 두 반도체가 만나면 접합면 부근의 정공(p형 반도체의 다수캐리어)과 전자(n형 반도체의 다수캐리어)가 서로 끌려 오다가 만나겠지요. (이때, 이온화된 도너나 억셉터는 움직이지 않고 고정되어 있음에 유의하세요..