문과생도 알아두면 쓸모있는 반도체 지식

● 한미중 반도체 전쟁 본격화! 반도체, 위기인가 기회인가?

● 윤석열 정부 “반도체 경쟁은 산업 전쟁이자 국가 총력전”

● 반도체 초강대국 달성과 맞춤형 인력 양성 위해 5년간 340조 원 투자!

승자독식의 구조이기에 양보할 수 없는 반도체 기술,

세상에서 가장 작지만 막강한 반도체를 파헤치다

2023년 국내 한 연구기관을 통해 국내 반도체 수출물량이 10% 줄어들면 국내총생산(GDP)이 0.78% 감소한다는 분석이 나왔다. 여기에 반도체 가격이 20% 하락하면 GDP는 0.93%까지 하락할 것으로 예상된다고 한다. 이처럼 반도체는 경제의 중심으로 자리잡고 있다.

국내에 한정된 이야기가 아니다. 세계 경제의 핵심 동력인 반도체는 자동차, 통신, 전자제품, 항공우주 및 국방 등 우리 생활 곳곳에 쓰이지 않는 곳이 없으며 21세기 인류의 문명을 가능하게 하는 중심축이다. 최근 반도체를 둘러싼 미중 갈등 속에서 삼성은 공격적으로 반도체에 투자를 하고 있다. 시시각각 반도체를 둘러싼 세계 각국 기업들의 첨예한 경쟁 속에서 선두를 놓칠 수 없다는 필사의 노력임을 누구나 알 것이다. 이렇게 초고속으로 변화 발전하는 반도체의 역사가 100년도 채 되지 않았다는 것은 얼마나 놀라운 일인가. 또 하나 흥미로운 사실은 세계인의 삶의 방식을 혁신적으로 변화시켜온 반도체의 기본 기술은 의외로 크게 바뀌지 않는다는 점이다.

이 책은 이러한 반도체의 기본 기술에 대해 쉽고 자세하게 설명하고 있다. 또한 반도체 기술 하나하나가 왜 필요해졌는지에 대한 흐름을 반도체 기술의 태동기부터 일목요연하게 파악할 수 있도록 구성되어 있다. ‘반도체에는 어떤 것이 있을까?’ ‘반도체는 어떻게 사용되고 있을까?’ 등 반도체에 관한 가장 기본적인 지식부터 반도체 기술에 대한 모든 것을 속속들이 알고 싶은 독자들에게 유익한 길라잡이가 될 것이다.

지은이 : 이노우에 노부오

1936년 일본 후쿠오카 출생. 1989년 다마 대학 교수 취임 후 동 대학 공학박사를 받고 명예교수 역임. 일본 최초로 디지털 전송 방식을 실용화하는 등 25년 넘게 디지털 통신 기술을 연구했다. 저서로는 『정보통신을 빠르게 이해할 수 있는 강의』, 『기초부터 시작하는 통신 네트워크』 등 다수가 있다.

지은이 : 구라모토 다카후미

1978년 일본 가가와현 마루가메시 출생. 간세이가쿠인 대학 물리학과 졸업 후, 반도체 기업에서 일했다. 지금은 미적분과 삼각함수 등을 이용해 반도체 소자의 특성을 공식화하는 모델링 업무를 전문으로 하고 있다. 저서로는 『수학 대백과 사전-업무에 활용하는 공식·정리·규칙 127』, 『학교에서 가르쳐주지 않는 고등학교 수학의 진짜 사용법』 등이 있다.

옮긴이 : 김지예

프리랜서 일본어 통번역가. 대기업에서 기계, 과학 전문기술 컨설팅을 통역한 경험을 살려 기계 산업 분야를 비롯해 출판, 관광, K-POP, 웹툰 등 다양한 분야에서 통번역 활동을 하고 있다. 옮긴 책으로 『물음표 과학: 미처 몰랐던 일상 속 52가지 과학 이야기』, 『알수록 돈이되고 볼수록 쓸모있는 수학이야기』, 『물리학자가 들려주는 물리학 이야기』, 『글로벌 마케터가 알려주는 최신 마케팅 트렌드』, 『중학교부터 시작하는 최상위 1% 수학 프로젝트』 등이 있다.

감수 박완재

1992년 이화여대 물리학과를 졸업하고 포항공대에서 물리학 석사 학위를 받은 후 서울대에서 전기컴퓨터학 박사 학위를 받았다. 삼성전자 반도체연구소 책임연구원 등을 거쳐 도쿄일렉트론 테크놀로지 센터(미국 뉴욕주 알바니)에서 일한 후 현재 세메스 Etch팀 플라즈마 그룹의 수석으로 일하고 있다.

들어가며 006

Prologue 반도체의 세계

ㆍ 반도체의 장점은 무엇일까? 011

ㆍ 반도체의 종류와 역할 013

ㆍ 반도체는 어떻게 만들어지는가? 015

ㆍ 반도체가 활약하는 분야 017

Chapter1 반도체란 무엇인가?

ㆍ 이전에 존재했던 반도체 광석 라디오부터 트랜지스터까지 020

ㆍ 반도체의 특성 온도나 불순물이 전기전도도를 향상시킨다 026

ㆍ 고순도 반도체 결정을 만들다 초크랄스키 공법으로 제작하는 잉곳 030

ㆍ 반도체에 포함된 전자 자유전자와 정공이 ‘전기의 운반책’이 되다 033

ㆍ n형과 p형 반도체 무엇을 도핑하는가에 따라 결정된다 040

ㆍ p형과 n형 반도체를 접합한 다이오드 정류기 및 검파기로 활용 044

ㆍ 다이아몬드는 반도체인가? 궁극적인 반도체가 될 가능성 048

ㆍ 화합물반도체 고속 트랜지스터 및 LED를 제작할 수 있다 051

반도체에 대해 더 알아봅시다 : 원자의 구조 055

Chapter 2 트랜지스터 제작법

ㆍ 트랜지스터를 발명한 세 남자 쇼클리, 바딘, 브래튼과 그들을 이끈 켈리의 공적 058

ㆍ 트랜지스터의 작동 원리 쇼클리가 발명한 접합형 트랜지스터 063

ㆍ 트랜지스터의 고주파화를 위한 노력 확산 기술을 사용한 메사형 트랜지스터의 등장 069

ㆍ 주인공이 실리콘 트랜지스터로 바뀌다 고온·고전압에서도 안정적으로 작동하는 장점 075

ㆍ 획기적인 플레이너 기술 IC나 LSI에 빼놓을 수 없는 기술 081

ㆍ 트랜지스터 MOSFET IC·LSI에 사용되는 현재의 주역 084

ㆍ 반도체 소자 제작법 1 반도체 기판에 회로 패턴을 정확하게 그려내는 기술 092

ㆍ 반도체 소자 제작법 2 불순물을 확산시켜 트랜지스터 제작 097

ㆍ 반도체에 대해 더 알아봅시다 : 터널 다이오드의 발명 102

Chapter 3 계산하는 반도체

ㆍ 아날로그 반도체와 디지털 반도체 계산하는 디지털 반도체 106

ㆍ nMOS와 pMOS를 조합한 CMOS 디지털 처리에 빼놓을 수 없는 회로 109

ㆍ CMOS 회로를 사용해 계산할 수 있는 구조 0과 1만으로 복잡한 계산을 할 수 있다 114

ㆍ IC와 LSI 동일한 반도체 기판상에 전자 회로를 만들다 118

ㆍ 마이크로프로세서 MPU 일본 전자식 탁상 계산기 업체의 아이디어에서 탄생하다 122

ㆍ 무어의 법칙 반도체의 미세화는 어디까지 계속될까 127

ㆍ 시스템 LSI 제작 방법 대규모 반도체를 설계하는 방법 131

반도체에 대해 더 알아봅시다: : 인텔의 역사 136

Chapter 4 기억하는 반도체

ㆍ 여러 가지 반도체 읽기 전용 ROM과 다시 쓸 수 있는 RAM 140

ㆍ 반도체 메모리의 주역 DRAM 컴퓨터 주 기억 장치에 사용 145

ㆍ DRAM의 구조 MOSFET과 커패시터를 동일한 실리콘 기판상에 제작 150

ㆍ 고속으로 작동하는 SRAM 플립플롭을 사용한 메모리 153

ㆍ 플래시 메모리의 원리 USB 메모리 및 메모리 카드에 사용 157

ㆍ 플래시 메모리의 구성 NAND형과 NOR형 162

ㆍ 유니버설 메모리를 위한 개발 DRAM이나 플래시 메모리를 대체하기 위한 차세대 메모리 167

반도체에 대해 더 알아봅시다 : 클린 룸과 먼지에 취약한 LSI 171

Chapter 5 빛·무선·파워 반도체

ㆍ 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양 전지 태양 전지는 전지가 아니다 174

ㆍ 발광 다이오드 LED 전기를 직접 빛으로 변환하기 때문에 효율이 좋다 182

ㆍ 청색 LED 세 명의 일본인 노벨상 수상자를 중심으로 개발 188

ㆍ 또렷한 빛을 쏘는 반도체 레이저 CD·DVD·BD 픽업 및 광통신에 사용 194

ㆍ 디지털카메라의 눈, 이미지 센서 카메라 눈으로 사용되다 201

ㆍ 무선용 반도체 mm파 영역대의 전파도 증폭시킬 수 있는 반도체 205

ㆍ 산업 기기에 널리 사용되는 파워 반도체 고전압에서 동작하는 반도체 210

반도체에 대해 더 알아봅시다 : 빛 에너지 215