공정에 따른 CPU성능차이 그리고 반도체에 관해서

직접 서술하려고 하였는데 더 좋은 내용이 있어서

참고 하시라고 퍼왔습니다..

출처는... http://kin.naver.com/open100/r_entry.php?eid=g7eVMlZMU9en2l8qDGOpQp+ncBfoLnkU&state=fn

입니다...

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반도체란(Semiconductor)

전기가 반쯤 통하는 성질,전기를 잘 통하지 않게하는 이와 같은 것들을 부도체 또는 절연체 전기를 잘 통하게 하는 양도체 간단히 도체라고 부른다. 그런데 이세상에는 제작자의 의도에 의해 도체도 될수있고 부도체도 될수있는 성질을 가진 것이 있는데 이것을 반도체라고 부른다반도체는 원하는 대로 저항의 크기를 조절하거나 빛을 내는등 특별한 성능을 가질 수 있어, 전자 산업 발전의 핵심 역할을 하고 있다. 우리주위의 모든 전자제품에는 반도체로 만든 조그마한 부품들이 들어 있으므로 우리는 반도체라는 물건에 둘러싸여 사는 셈이다.반도체를 마법의돌 전자 산업의 꽃, 산업의 쌀, 20세기 최대의 발명 품등으로 부르는 것은 당연한 일이기도 하다.



1.반도체의 특성
반도체는 독특한 몇 가지 특징을 가지고 있다.
1) 쇠붙이는 가열하면 저항이 커지지만 반도체는 반대로 작아진다.
2) 반도체에 섞여 있는 불순물의 양에 따라 저항을 매우 커지게도 할수 있다.
3) 교류전기를 직류전기로 바꾸는 정류작용을 할 수도 있다.
4) 반도체가 빛을 받으면 저항이 작아지거나 전기를 일으키는데 이를 광전효과라 한다.
5) 어떤 반도체는 전류를 흘리면 빛을 내기도 한다.

2.반도체의 종류

반도체 물질에서 전기를 나르는 물질에는 전자와 홀(Hole: 구멍, 즉 전자가 빠진 자리라는 뜻) 이라는 것도 있다. 전자는 마이너스(Negative)전기를 가지고 있다. 전자가 많은 반도체를 N타입 반도체라 하고 홀이 많은 반도체를 P타입 반도체 라고 한다. N타입이나 P타입 반도체는반도체에첨가하는 불순물의 종류에 따라 마음대로 만들수 있고, 그 불순물의 양에
따라 전자나 홀의 갯수도 조절할 수 있다. 반도체는 여러가지 특징을 가지고 있으므로 이것들을 이용하여 특별한 성능을 가진 부품을 만들수있다.집적회로는 사진기술과 밀접히 연관 개인용 컴퓨터나 핸드폰처럼 제품을 소형으로 만들수 있는 것은 바로 집적화 기술 덕분이다.
트랜지스터나 다이오드를 개별 소자라고 부르는 것에비해 소자들을 모은 반도체를 집적회로라고 한다. 집적회로는 플래 너(Planar) 기술이 개발된 이래 눈부시게 발전하였다. 플래너 기술이란 웨이퍼라고 하는 평평한 반도체판 표면에 트랜지스터등의 소자를 새겨 넣는 것을 말한다.이 집적회로 기술에는 사진 기술이 밀접하게 연관되어 있다. 인화지에 해당하는
웨이퍼위에 필름 역할을 하는 마스크를 놓고 빛대신 자외선을 쬐어 아주 정밀하고 복잡한 회로를 새겨넣는 것이다. 집적회로의 중요한 역할을 정보의 저장 또는 기억(Memory)과 연산(여러가지 조건에 의한계산)이다.기억용량이 핵심인 메모리 IC에는 램(RAM)과 롬(ROM)이 있다. 집적회로의 연산작용을 가장 잘 발휘하는 것이 마이크로 프로세서(MicroProcessor)인데, 컴퓨터의 두뇌인 중앙 처리장치 (CPU: Central Proxessing Unit)에 사용된다.



3.반도체의 재료

반도체로 쓰이는 재료는 게르마늄과 실리콘이 있다. 그러나 실리콘은 열에 강하고 지구상에서 산소 다음으로 매우 흔한 물질로 모래나 돌멩이 유리창문, 수정등의 주성분이므로 우리 주위에서 가장 흔하게 보는 물질이기 때문에 현재는 이것을 더많이 쓴다.실리콘을 반도체로 사용하기 위해서 모래를 화학 처리하여 실리콘만을 뽑아 정제 과정을 거쳐 순도를 높게한것을 다결정 실리콘이라고 한다.이것을 다시 녹인 다음 특수한 기술로 천천히 굳혀서 원통 모양의 단결정 실리콘 막대를 만든다. 반도체는 일상생활에서 첨단 산업까지우리사회를 받치는 기둥이 되고 있다.


일반적으로 실온(室溫)에서 10-3~1010[Ω ·cm] 정도의 비저항을 가지나 반도체의 비저항 범위가 엄격하게 정해져 있는 것은 아니며, 본질적으로는 전기전도현상의 물리적 기구(機構)에 그 특색이 있다.

대부분은 결정체(結晶體)를 이루고 있으나 비정질(非晶質:amorphous)의 것도 주목을 받고 있다. 일반적으로 절연체로 알려져 있는 것의 대다수가 약간씩이나마 전기전도성을 가지고 있기 때문에 반도체는 절연체의 범주에 속한다고 할 수 있다. 비저항의 크기는 물질의 종류가 같더라도 외부 조건에 따라서 여러 가지로 변한다. 또한 그 물질의 결정격자의 결함 ·순도 ·제조 및 가공방법이 다르면 반도체나 절연체에서는 비저항이 심하게 변하지만 도체에서는 그 변화가 별로 크지 않다.

도체의 경우는 온도가 증가함에 따라 비저항이 크게 되지만 반도체나 절연체의 경우는 도리어 감소되며, 그 변화율도 도체의 경우보다는 훨씬 크다. 반도체나 절연체의 경우는 외부로부터의 빛이나 열 등의 자극이 가해질 경우 비저항이 크게 변하는 특징이 있다. 이와 같은 비저항의 변화율이 반도체의 경우는 특히 커서 이 특성이 여러 분야에서 이용된다.

물질 속을 전류가 흐르게 되는 것은 전기를 지니며 동시에 움직이기 쉬운 상태에 있는 미립자가 그 물질 속에 있기 때문이라고 생각된다.이 전기를 지니고 전류를 형성하는 미립자를 전하반송자(운반체) 또는 캐리어(carrier)라고 한다. 물질 속에서 캐리어가 발생되는 것은 물질의 종류나 상태에 따라 각양각색이며 염화나트륨 NaCl과 같은 경우에는 높은 온도에서 이것이 녹아 나트륨이온 Na+과 염소이온 Cl-으로 분해하며, 이들이 캐리어로 되어 외부 전기장에 의하여 이동하는 결과 전류가 생긴다. 이것을 ‘이온 전도(電導)’라고 한다. 그러나 이 경우 낮은 온도, 예컨대 상온에서는 이와 같은 이온의 발생이 없어 염화나트륨의 결정은 절연체로 된다.

또 도체인 금속의 경우는 구리의 예를 보면, 캐리어는 구리 원자 외각에서 이탈하여 구리 결정체 속을 자유롭게 이동할 수 있는 전자(電子)들이다. 반도체의 경우도 결정 속을 이동하는 이와 같은 전자가 캐리어가 된다. 이것을 전자전도(電子傳導)라고 한다. 전자전도는 반도체의 전기전도의 한 특징이다.

반도체 또는 금속에 전류를 통하고 이것에 수직된 방향으로 정자기장(靜磁氣場)을 인가하면 전류방향과 자기장방향 양쪽에 대하여 수직 방향으로 이들의 크기에 대략 비례하는 기전력(起電力)이 발생된다. 이것을 홀(Hall)효과라고 한다. 이 기전력의 크기는 반도체의 경우가 가장 크며 금속의 경우가 그 다음이고 절연체의 경우는 매우 작다. 이 기전력이 생기는 방향에 따라 전류를 이루는 주된 캐리어가 지니고 있는 전하(電荷)가 양 ·음인가를 분간할 수 있다. 대부분의 금속의 경우에는 이들 캐리어들이 음(陰)의 전기(음전하)를 지니는 입자 즉 전자임이 알려져 있다.

그러나 반도체의 경우는 그 물질에 따라 양 또는 음의 전기를 지니는 전자가 전류를 이루는 캐리어가 된다고 생각되는 경우가 생긴다. 이때 양의 전기를 지니는 전자로 볼 수 있는 캐리어를 특히 정공(［그림 1］［그림 2］［그림 3］)이라고 한다. 금속의 경우와 같이 전류 캐리어가 주로 전자인 경우를 n형 반도체, 전류 캐리어가 주로 정공일 경우를 p형 반도체라고 한다. 이와 같이 전자와 정공 두 가지의 캐리어가 존재할 수 있는 것도 반도체 특징의 하나이다.

반도체의 전기전도에 대한 물리적 기구는 다음과 같이 에너지 대역의 이론을 써서 설명할 수 있다. 즉 현대물리학의 결론에 따르면, 진공 속에서 전자가 취할 수 있는 에너지는 0(정지상태)에서 무한대에 이르는 연속적인 값일 수 있으나 원자 외각 속에 있는 전자는 불연속적으로 띄엄띄엄한 값만을 취할 수 있다.

이와 같은 원자의 규칙적인 배열로써 이루어진 고체 내에 존재하는 핵외(核外)전자는 역시 일반적으로 각자 어떤 불연속적으로 흩어진 에너지값을 갖고 있으며, 빛을 흡수하거나 열을 받아서 그의 에너지가 변화될 수 있다. 이와 같은 전자에너지의 변화로써 전자에 의한 고체 내에서의 전기전도를 설명할 수 있다. 이들 전자가 고체 내에서 취할 수 있는 에너지값에는 제한조건이 있으며, 고체물질의 구성원자와 결정구조에 따라서 그의 허용치가 정해진다.

［그림 1］에서 ⑴의 경우 고체 내의 원자핵 외부, 즉 외각의 전자들은 E0∼E1, E2∼E3, E3∼E4 등 범위 내의 에너지값을 가질 수 있으나 E1∼E2의 범위 내의 에너지값은 허용되지 않는다. 앞의 경우와 같이 전자가 취할 수 있는 에너지값의 범위를 허용대역, 후자와 같이 전자가 취할 수 없는 에너지값의 범위를 금지영역이라 한다. 즉 이것은 자유공간에 있는 전자의 경우와 크게 다른 점이다.

한편, 페르미-디랙(Fermi-Dirac)의 통계이론과 파울리(Pauli)의 배타원리(排他原理)에 따라 고체 내의 전자들은 대체로 이들 허용된 범위 내의 에너지값을 낮은 쪽에서부터 취하여 가는데 각 에너지값 즉 에너지 준위에 대하여 같은 에너지값을 차지할 수 있는 전자의 수는 일정하게 되어 있다. 즉 한 에너지 준위에는 일정수 이상의 전자는 있을 수 없으며 허용대역 내에 거의 연속적으로 분포되어 있는 에너지 준위를 아래쪽부터 전자가 차지하게 된다.

［그림 1］의 도체와 같은 경우에는 허용대역 중에 전자가 취할 수는 있으나 아직 채워지지 않은 에너지값 즉 에너지 준위가 있다. 전자가 서로 다른 두 개의 에너지 준위 사이를 이동할 때는 외부적 에너지의 주고받음이 전자에 대하여 생긴다. 그러나 같은 에너지 준위에서의 이동 때는 에너지의 주고받음은 없다.

［그림 1］에서 ⑴의 경우와 같이 허용대역 속에 거의 연속적으로 전자가 없는 에너지 준위가 있는 경우는 고체 내에서의 전자의 이동에 매우 작은 외부 에너지만이 필요하며 이와 같은 고체를 도체(導體)라고 한다. 이것의 전기전도도는 매우 크다.

［그림 1］의 ⑵의 경우, 허용대역은 E0∼E1, E2∼E3, E4∼E5의 범위에 있으며 이들 서로 떨어져 있는 허용대역 중 에너지 준위 E3까지 전자가 채워져 있다. 이와 같은 허용된 에너지 대역 중 전자들에 의하여 완전히 채워져 있는 대역을 충만대역(filled band)이라 하며, 특히 그림의 경우E2∼E3와 같이 가장 위쪽의 것을 가전자대역(價電子帶域)이라한다.

이 최고위치의 충만대역 위쪽에 있는, 전자로 채워져 있지 않은 허용대역을 전도대역(電導帶域)이라고 한다. 충만대역과 전도대역과의 사이의 전자가 취할 수 없는 에너지값의 범위를 금지영역이라 한다(［그림 1］의 E4 －E3 = Eg).

이와 같은 고체는 절대영도에서는 전도대역에 전자가 없어 완전한절연체이지만 온도가 높아지면 열운동에 의하여 전자들이 에너지를 얻어 일정한 확률로 전도대역의 에너지 준위에 상당하는 에너지값을 갖게 된다. 즉 전도대역에 전자가 있게 된다.

그 확률은 Eg가 클수록 지수함수적(指數函數的)으로 감소하며 Eg가 수 eV일 경우는 상온에서 전도대역에 전자가 거의 없을 정도로 된다. 그러나 Eg가 1 eV 정도의 크기면 상온에서도 상당수의 전자가 전도대역에 있을 수 있게 되는데 앞의 경우가 절연체, 후자의 경우가 반도체의 경우가 된다.

이상과 같이 반도체와 절연체의 경계는 명확히 정의하기가 어려우며 상온에서는 절연체이더라도 온도가 높아지면 반도체로 된다. 고체에다 불순물을 소량 첨가하면 고체를 구성하는 원자와 첨가한 불순물 원자와의 원자핵외(核外) 전자구조가 다르기 때문에 이 결정체 내에서의 전자들의 에너지 대역구조가 앞서와는 다르게 되며, 금지영역 속에 새로이 불순물 준위(不純物準位)라는 전자에 대한 허용된 에너지 준위가 생긴다. 이와 같은 허용준위가 생기면 이들 새 에너지 준위들과 전도대역 또는 가전자대역 사이에서 전자의 이동이 외부적 에너지에 의하여 생기며, Eg가 충분히 크다 하더라도 반도체로 될 수 있다.

［그림 2］에서 ⑴은 ［그림 1］에서 말한 반도체 경우의 에너지 대역구조인데 이와 같은 반도체를 진성(眞性) 반도체(intrinsic semiconductor)라고 한다. ［그림 2］의 ⑵는 전도대역 가까이 새로운 불순물 준위가 생기는 경우이며 절대영도에서는 이 준위까지 전자가 충만되어 있어서 이것이 n형 반도체가 된다.

［그림 2］에서 ⑶의 경우는 충만대역(이 경우는 가전자대역)에 접근하여 불순물 준위가 형성되며, 절대영도에서는 이 준위에는 전자가 존재하지 않는 경우이다. 이와 같은 것은 p형 반도체가 된다. n형 ·p형 반도체와 같이 불순물 첨가 등 외부 요인으로 인하여 반도체로 된 것을 특히 외인성(外因性)반도체(extrinsic semiconductor)라고 한다.

진성반도체의 경우는 충만대역인 가전자대역에서 외부로부터의 열이나 빛의 에너지 등에 의하여 전자가 에너지를 얻어, 즉 들떠서[勵起] 전도대역에까지 옮겨지며 그 대신 가전자대역에는 전자가 빠져나간 에너지 준위의 빈 상태가 생긴다. 이 상태는 빈 자리가 없는 충만대역 전체에서 하나의 전자가 빠진 나머지 전자들의 입장을 중심으로 생각할 때는 한 전자의 전하(電荷)가 －q이면 ＋q의 전하를 갖는 입자가 그곳에 존재하는 것과 같은 상태이다.

이처럼 충만대역에서 하나의 전자가 빠져나가 그 뒤에 마치 양전하 ＋q가 있는 것과 같이 볼 수 있는 빈자리를 전자와 대응시켜서 정공 또는 홀이라고 한다. 온도가 상승하면 진성반도체의 경우는 전도대역으로 들뜬전자와 이것에 상응하여 생긴 충만대역인 가전자대역에 형성된 홀에 의하여 전기전도가 이루어지는데, 이들 전자의 수와 정공의 수는 항상 같다.

n형 반도체의 경우에는 불순물 준위로부터 전도대역으로 전자가 들떠서 전기전도가 증대하고, 또 p형 반도체의 경우는 충만대역인 가전자대역으로부터 불순물 준위로 전자가 들떠서 그 결과 가전자대역에 정공이 생겨 전기전도가 크게 증대한다. ［그림 2］에서는 단일불순물 준위만을 표시하였으나 여러 가지 불순물 준위가 동시에 존재할 수도 있어 이들 사이에서의 전자의 들뜸과 정공의 발생으로 전기전도가 변화할 수도 있다.

이상에서 볼 때 반도체는 전도대역 ·충만대역 및 불순물 준위 중에서와 이들 상호간에서의 전자 및 정공의 이동변천이 이루어지며, 또 이들과 관련하여 발생하는 모든 현상의 매체가 되는 물질이라고 할 수 있다.

반도체 중 규소 ·게르마늄과 같은 원소로 된 단체(單體)인 것, 원소 주기율표상의 제3족 원소와 제5족 원소와의 금속간 화합물(예컨대 GaAs), 제2족의 원소와 제6족의 원소들로서 이루어지는 화합물(예컨대 ZnS 등) 등은 잘 알려진 반도체 재료들이다.

이들 외에도 산화물 반도체로서 알려져 있는 금속산화물, 유기(물) 반도체로서 알려진 반도체적 성능을 가지고 있는 유기물 등 많은 종류의 반도체 재료가 있어 각각 적절하게 이용되고 있다.

현재 전자소자에는 원소반도체, 특히 단체의 규소와 금속간 화합물 반도체가 많이 쓰이고 있다. 반도체는 여러 가지 독특한 현상을 나타내게 되며 정류(整流:p형과 n형 반도체의 접합에 의한 것과 반도체와 금속과의 접촉에 의한 표면장벽에 의한 것 등), 내부 광전효과(內部光電效果), 압전효과, 음파 - 전자 상호 작용에 의한 음파증폭 작용, 열전효과(熱電效果:Seebeck 효과와 Peltier 효과 등), 전기장발광(電氣場發光), 광자기(光磁氣)효과, 형광(螢光)효과, 기타의 몸체현상(bulk effect), 예컨대 건 효과(Gunn effect), 고체플라스마, 크라이오서(cryosar:超低溫高速스위치素子) 등에서 볼 수 있는 효과 등 매우 다양한 모습을 보여준다.

반도체가 나타내는 독특한 현상의 하나인 정류작용은 이것을 금속과 접촉시켰을 때 나타난다. 두 개의 금속을 접촉시키면 그 접촉을 통하여 전류가 흐를 때, 전류와 전압과의 관계는 전압의 방향에는 관계없이 전류의 크기가 전압의 크기에 비례하여 옴의 법칙에 따른다.

그러나 아산화구리 표면에 금속침을 세우고 그 접촉부를 통하여 전류를 흘리면 같은 전압의 크기에서도 아산화구리와 금속침 사이에 인가하여 주는 전압의 방향에 따라 이들 접촉부분을 통하는 전류의 크기에 크게 차이가 생긴다. 즉 아산화구리에서 금속침 쪽으로는 전류가 잘 통하나 이와 반대방향으로는 전류가 잘 통하지 않는다. 이와 같이 전류의 방향에 따라 전류의 크기가 변하는 현상을 정류작용(整流作用)이라 한다.

금속침과 반도체를 접촉시킬 경우 나타나는 정류현상에서, 반도체에서 금속 쪽으로 전류가 흐르기 쉬운지 또는 이와 반대되는 방향으로 전류가 잘 흐를 것인지가 반도체의 종류와 금속의 종류에 따라 결정된다. 이 현상은 접촉에 의하여 반도체 쪽에서 금속 쪽으로 전자가 전자의 에너지 분포 차이로 인하여 옮겨가든가 또는 반대로 금속 쪽에서 반도체 쪽으로 전자가 옮겨가서 전체적으로 열적 평형상태(熱的平衡狀態)가 이루어지는데, 그 결과로서 반도체 쪽의 접촉부분에 매우 얇은 공간전하(空間電荷)의 층이 형성되기 때문인 것으로 설명되고 있다.

이와 같은 정류작용은 p형 반도체와 n형 반도체를 접촉시켰을 때 그의 접촉부분에서도 현저하게 나타난다. 이와 같은 접촉부분을 특히 접합이라 하며, p형과 n형 반도체들의 경우 p-n 접합이라 한다. p-n 접합에서 전류가 잘 흐르는 방향으로 외부전압을 인가하면 p형 반도체로 전자가 유입되고, 정공은 n형 반도체 쪽으로 p-n 접합부분을 통하여 유입된다. 이들은 각각 그들이 유입된 상대방 영역에서는 외부 전압이 인가되지 않은 상태인 열적 평형상태일 경우에는 그 수가 극히 적어 거의 0에 가까운 상태를 이루고 있는 것들이다.

이와 같은 것을 소수 캐리어(minority carrier)라고 한다. 즉, p형 쪽으로 유입된 전자는 그곳에서는 소수 캐리어가 되며, n형 쪽으로 유입된 정공은 그곳에서의 소수 캐리어가 된다. 이에 대하여 p형이나 n형 반도체에서 주로 전기전도에 기여하는 캐리어 즉 p형 쪽의 정공이나 n형 쪽에 있는 전자들을 다수(多數) 캐리어(majority carrier)라고 한다. 따라서 p-n 접합에 외부전압을 인가하면 p형 및 n형 반도체 영역의 소수 캐리어의 농도가 증가되며, p-n 접합을 통해서는 상대방 영역으로 소수 캐리어가 주입되는 것이 된다.

이것을 특히 (소수)캐리어의 주입이라 하며, p-n 집합의 정류작용이나 접합형 트랜지스터 동작의 기본이 된다. 이와 같이 주입된 소수 캐리어의 수명은 10-6∼10-3초 정도로 매우 짧은 것이며, 이 시간이 경과되면 이들 여분으로 주입된 소수캐리어들은 그 곳에 있는 다수 캐리어들과 결합되어 소멸되는데, 이것을 캐리어의 재결합(再結合)이라고 한다. 즉, 이와 같은 재결합으로 과잉된 소수 캐리어가 소멸됨으로써 각 반도체 영역 내의 캐리어들은 그들의 온도에 따라 결정되는 일정수의 농도를 유지하게 된다. 이것을 열적 평형상태라고 한다.

접합부분을 통하여 계속 소수 캐리어의 주입이 이루어지면 과잉된 소수 캐리어가 있는 동안 그 부분의 전기저항은 감소된다. 이 소수 캐리어의 주입에 의한 전기저항의 변동 즉 전기저항의 변조(變調)를 이용한 것이 바이폴러 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor)이다. 이와 같이 열적 평형상태에서 이탈된 캐리어의 농도 분포상태를 쉽게 만들어 낼 수 있는 것이 또 다른 특성이다.

반도체에 강한 전기장을 외부로부터 인가하여 주면, 가속에 의하여 그 속의 전자의 평균운동에너지(유효온도)를 외부 전기장의 인가없이 일정한 온도로 반도체를 유지하였을 때 즉, 열적 평형상태에 있을 경우의 전자의 평균운동에너지보다 크게 증가시켜 줄 수 있다. 이처럼 열적 평형상태에 있을 때보다 큰 운동에너지 상태에 있는 전자를 ‘뜨거운 전자(hot electron)’라고 하며, 이와 같은 현상은 마이크로파(초단파)의 전기적 진동을 일으키는 마이크로파 발진소자인 건(Gunn) 다이오드 등에 이용되고 있다.

이들 뜨거운 전자들은 포논(phonon:음향양자)이나 고체 플라스마와 결합하여 불안정현상을 일으키는데, 이와 같은 현상은 여러 가지 반도체 능동소자에 이용된다. 가전자대역에 있는 전자를 열에너지 대신 빛에너지를 주어서 즉, 빛을 조사(照射)하여 전도대역까지 이끌어 올릴 수 있는데, 이때 필요한 빛의 광량자(光量子) 에너지는 반도체의 전도대역과 가전자대역 사이의 금지영역 폭에 상당하는 에너지보다 커야 한다.

물리학의 양자론(量子論)에 의하면, 빛을 이루는 광량자가 지니고 있는 에너지는 그의 진동수에 비례하며 파장에 반비례한다. 따라서 가전자대역의 전자를 들뜨게 하려면 일정한 파장보다 짧은 파장의 빛을 쬐어주어야 한다. 이 한계파장은 금지영역의 폭 즉, 에너지 갭(gap)이 클수록 짧다. 절연체인 다이아몬드의 경우는 자외선이 필요하지만 규소나 게르마늄 등의 반도체에서는 비교적 파장이 긴 근적외선(近赤外線)의 빛이면 된다. 빛의 파장이 이 한계파장보다 길면 그 빛은 반도체에 흡수되지 않고 투과된다. 한계파장보다 짧게 되면 그 빛을 이루는 광량자의 에너지는 가전자대역의 전자 즉 가전자(價電子)를 들뜨게 하는데 이용되어 반도체에 흡수된다. 광량자를 흡수하여 전도대역으로 상승된 전자와 그 뒤에 가전자대역에 남은 정공은 반도체 외부로부터 전기장이 인가되면 반도체 내부를 이동할 수 있어 그의 전기전도성이 증가된다. 이것이 광전도(光電導) 효과이다.

빛의 파장이 한계파장보다 조금 짧게 되면 빛은 강하게 흡수되기 때문에 전기전도성이 증가되는 부분은 반도체의 극히 표면에 가까운 부분만으로 한정된다. 따라서 반도체 전체에 이르러 전기전도성의 증가를 가져오게 하려면 한계파장에 매우 접근된 파장의 빛을 조사하여야 한다. 반도체에는 광전도효과 이외에도 빛의 조사로 전압을 발생하는 광기전력 효과(光起電力效果)가 있는데, 이것을 이용하면 미약한 빛을 감지할 수도 있고 태양전지나 기타의 광전지를 만들 수 있다.

인공위성에 적재한 태양전지, 벽지(僻地) 등에서 쓰이는 발전용 태양전지 등에는 규소나 비소화갈륨(GaAs) 등을 이용한 p-n 접합형 다이오드 등이 쓰인다. 반도체 속에 존재하는 전자와 정공이 결합하여 소멸될 경우 그의 과잉된 에너지에 비례하는 파장의 빛을 방출하게 되므로, 반도체는 발광소자로도 쓸 수 있다. 이와 같은 효과는 전자식 탁상계산기의 표시장치, 예컨대 발광 다이오드(LED)에 응용되기도 하고, 또 한 변이 1 mm보다 작은 사각형의 반도체 레이저를 만드는 데 이용하기도 한다.

지금도 새로운 반도체 재료와 현상들이 계속 개발되고 있으며, 트랜지스터 ·다이오드 ·집적회로소자 ·텔레비전수상관의 형광막 ·열전자 방출체 ·전자식 카메라 등 첨단 전자산업 부문에 매우 광범하게 응용되고 있다.



우리는 자주 TV에서 극히 작은 반도체칩을 가는 선에 빈틈없이 정확하게 꽂는 장면을 볼 수 있다. 기술고도화의 상징적인 장면이다.실리콘이라고 하는 반도체는 회색의 단단한 돌 같은 것으로 트랜지스터 등의 기초로 쓰이고, 현대산업의 백미로 평가될 만큼 그 중요성이 높다.

IC(집적회로)는 수 밀리 두께의 사각 실리콘 기판 위에 다수의 부품과 회로가 얇은 막처럼 몇 겹씩 쌓아 올릴 수 있게 되어 있다.IC 제품의 공정은 반도체 소자를 만드는 공정과 패키지로 꽂아 넣는 조립 공정 등 2가지로 나뉘어 있다. 반도체 소자를 제조할 때는 웨이퍼(wafer)에 회로를 그린 다음 필요한 원자가 스며들게 하는 것으로, 사진이나 전자빔 기술이 사용된다. 이러한 처리를 여러 번 되풀이하여 회로를 중첩시킨다.

이렇게 가공된 한 벌의 웨이퍼를 절단하면 수백 개의 칩이 된다. 그 칩에 고속도의 와이어본드(wire-bond) 작업을 하거나 주위를 수지로 고정하거나 해서 IC라는 전자패키지가 완성된다.반도체 제조는 초정밀 작업이므로 미세한 먼지도 들어가서는 안되며, 반드시 청정실에서 작업을 해야 한다. 이를 위해 천장에서 청정공기를 불어넣거나 터널에서 공급한다.

IC를 비롯해 전자부품은 모두 프린트기판(프린트배선판)에 접속된다. 이것은 절연판의 표면에 동 등의 얇은 띠를 부착시킨 회로로 아무리 복잡하게 접속을 해도 정확하게 배선 된다. 최근 들어서는 다층프린트기판이 늘어나 깔끔하게 조립된다.전자부품은 종래에는 '발이 달린' 방식이었는데, 점차 열로 접속시키는 '칩' 방식으로 변화하고 있다. 이것을 '표면 내장방식'이라 하며 공장의 제조라인 자동화를 크게 촉진시켰다.

최근엔 하이브리드 IC(혼성집적회로)라 해서 반도체칩과 단체(單體)부품을 하나로 합한 전자 패키지도 증가했다. 이에 따라 고집적화, 고밀도화는 더욱 진전될 전망이다.

◇ 정전기


IC 는 정전기에 매우 약하며, 특히 건조한 겨울철에는 정전기가 발생하기 쉽기 때문에 주의가 필요합니다.
IC를 취급하기전에 인체의 정전기를 완전히 방전해야 합니다.



◇ 납땜


납땜시 가장 주의해야 할 점은 온도이며 특히 디핑을 할 때는 주의가 필요합니다.
또한 땜납할때 누전에 주의합시다. AC전원이 누전되어 IC 를 파괴할 수도 있습니다.



◇ 방열판


반도체 소자와 방열판의 열전도를 좋게 하기 위해 실리콘 수지를 사용하며 실리콘 수지는 가능한 한 얇게 바르는 편이
좋습니다. 방열기를 나사로 고정할 때는 무리한 힘을 가하면 칩이 깨져버릴 수도 있으므로 주의 해야하며 소자와 방열
기 사이에 이물질이 들어가지 않도록 해야합니다.



◇ 온도 환경


사용환경에 대한 주의사항 일반적인 IC 는 주위 온도를 섭씨 85도까지밖에 보증하고 있지 않습니다.기온이 85도까지
오르는 일은 없으나 밀폐한 케이스에 들어있을 경우 방열에주의하여 주위 온도가 85도를 넘지 않도록 주의해야 합니
다. 특히 소비 전력이 큰 소자는 특별한 주의가 필요합니다.



◇ 강전계· 강자계


IC 를 강한 자계에 노출시킬경우 몰드수지와 IC 칩 내부의 분극 현상으로 누설전류의 증가현상이 발생하는 것이 있으
며 텔레비젼의 편향코일 근방에 LSI 를 실장하여 오동작을 일으키는 사례가 있었스니다. 이러한 경우에는 실장 장소
의 변경과 전계 및 자계의 실드가 필요합니다.



◇ 외란광


반도체 소자에 빛을 주면 광전효과에 의해 전압이 발생하여 오동작을 일으키는 경우 가 있습니다. 몰드수지에따라
적외선을 통과시키는 것이 있으므로 주의가 필요합니다.



◇ 최대정격 설계상의 주의사항


최대정격이란 순간적이라도 초과해서는 안 되는 규격입니다. 최대정격의 항목에는 단자 전압, 전류, 허용 손실, 온도
등이 있습니다. 최대정격을 초과하면 소자가 열화하거나 파괴 될 수 있습니다.
외부에서의 서지 전압의 유입이 우려되는 경우는 최대정격을 넘지 않도록 보호 회로를 넣을 필요가 있습니다.



◇ 래치업


CMOS 구조의 디바이스에는 래치업이라고 하는 특유의 상태가 있습니다.
이것은 CMOS IC 자신이 내장하는 기생의 PNPN 접합 (사이리스터 구조) 부가 도통하여 IC 에 수백 mA 이상의 많은
전류가 흐르고 파괴에 도달하는 현상입니다. 래치업은 입력 및· 출력 전압이 정격을 초과하여 내부 소자에 큰 전류가
흐른 경우, 혹은 전원 단자의 전압이 정격을 넘어가 내부 소자가 항복 상태가 되었을 때에 일어나며 이러한 상태는 순
간적일지라도 한번 IC 가 래치업 상태가되면 사이리스터 구조에 의하여 전원을 끌 때까지 계속 유지됩니다. 래치업을
방지하기 위해서는 다음사항을 고려해야합니다.

입출력 단자의 전압레벨을 Vcc보다 높게하거나 Vss보다 낮게하지 말 것.
노이즈나 서지의 유입이 없도록 할것
미사용 입력 단자의 전위를 Vcc또는 Vss에 고정할것.
출력의에 과전류가 흐르지 않도록 할 것.



◇ 열설계


반도체 소자의 고장율은 사용 온도에 많은 영향을 받으며 내부의 온도는 주위 온도와 소자 자신의 전력 소비에 의해
온도가 올라갑니다. 신뢰성확보를 위해서는 다음 사항을 고려해야 합니다.
소자의 주위 온도 (Ta) 는 발열의 영향을 피하고 가능한 한 낮게 유지할것.
소자의 소비 전력이 큰경우는 방열기나 강제 공냉을 사용할것.
소비 전력을 가그적 억제하여 사용할것



◇ 반도체 소자의 수명


온도는 수명을 짧게 하는 최대의 요인입니다. 가급적 소비전력을 낮게 사용하는 것이 신뢰성을 올리는 방법이며
ON/OFF의 반복등에 의한 반복적인 온도 변화는 열팽창 계수의 차이 의하여 접합 부분이 파손될 수 있스빈다.
알루미늄 부식 몰드수지는 수분을 어느정도통과시킵니다. 또한 수지와 리드의 경계는 벗겨져 떨어지기 쉬워서 그
사이로 수분이 침입 할 수 있습니다. 수분과 함께 염소 ion등이 유입되면 알루미늄 배선을 부식시켜서 단선에 이르
게 합니다. 땜납의 플럭스에는 염소 ion이 들어 있기때문에 납땜후 세정을 잘하지 않으면 알루미늄 부식을 일으킬
수 있습니다.



◇ 표면 오염


수분과 함께 나트륨 ion등이 칩에 유입되면 오염에 의한 고장이 발생 합니다.
나트륨 ion은 실리콘산화막 중에서 자유롭게 이동하여 전위가 낮은 곳에 모이게되며 이러한 ion은 칩 표면에 리크
전류를 발생시켜서 고장에 이르게합니다.



◇ 리드핀의 이상


전원의 ON/OFF등에 의한 온도 사이클이 있으면 열팽창 계수의 차이에 의한 응력이 발생 합니다.기판과 소자의 팽창
계수의 차에 의한 응력은 리드와 땜납에 의해 대부분 흡수되나 응력이 반복되면 리드핀이나 납땜 부분에 이상이 발생
할수 있습니다.

C 리드의 Pitch가 1.27 mm인데

IC는 최초 미국에서 만들어졌습니다. 아시다시피 미국에서는 길이의 단위로 인치(Inch)를 사용하고 있습니다. 그 때문에 DIP의 리드 Pitch가 0.05인치 (1.27 mm) , 리드의 간격은 0.3인치( 7.62 mm )가 되었다고 합니다.

IC 가 까만 이유는 왜 ?

반도체 PN 접합에 광이 닿으면 광전자에 의한 전류가 발생하고 , 이로 인하여 Noise가 발생하기도 하여 오동작을 일으킬 수 있습니다.
칩의 표면에 광이 닿지 않도록 보통 검정색몰딩을 합니다.
반대로 Photo coupler는 발광 소자와 수광 소자가 있어 광을 신호로 전달합니다.
그때문에 광을 반사하기 위하여 하얀색 몰딩을 합니다. 몰딩이라는 말이 조금 이상하지만요.

반도체 재료에 실리콘이 사용되는 이유?

반도체 기판으로 사용하는 재료로서는 실리콘 (Si) 게르마늄 (Ge), 갈륨 인(GaP) , 갈류 비소(GaAs) 등이 있습니다.
실리콘은 지구상에 가장 많이 있어 얻기 쉬운 이유도 있지만 그 보다 더 중요한 것이 실리콘의 산화물인 이산화 탄소가 안정적인 성질로 보호막으로서 최적이라고 합니다.갈륨 인(GaP) , 갈류 비소(GaAs) 의 화합물 반도체는 발광 소자에 사용됩니다.

반도체 재료에 실리콘이 사용되는 이유?

반도체 기판으로 사용하는 재료로서는 실리콘 (Si) 이 많이 사용되는 것은 알았는데 왜 실리콘 웨이퍼는 원판형으로 되어 있을까요.
관련 페이지에서도 쓴 내용인데 실리콘 단결정은 고순도로 정제된 실리콘 용액에 SEED결정을 접촉, 회전하면서 단결정 규소봉을 형성시킵니다. 이것을 인곳(INGOT)이라고 합니다.

결정 성장을 시키는데 성장 속도가 느리면 세로 방향 결정 성장뿐만 아니라 가로 방향으로도 성장 되기 때문에 단결정 봉의 아래에 원형태의 결정이 만들어진다고 합니다. 두께는 성장 속도에 따랄 바꿀 수 있다고 합니다. 이렇게 만들어진 원통의 결정을 잘라 사용하므로 원형태가 된다고 합니다.
예전에 게르마늄을 성장시킬때는 성장방법이 달라 사각형의 웨이퍼도 있었다고 합니다.

IC 의 가격은 왜 이렇게 내려갈까요.

IC같이 가격이 크게 내려가는 것도 없을 것입니다. 특히 메모리나 CPU등의 가격은 크게 떨어집니다.
이렇게 생각하면 좀처럼 살 마음이 내키지 않아 구입을 미루게 되겠지요. IC의 가격을 정하는 요소는 직접도와 양품률이라고 할 수 있습니다.

직접도라고 하는 것은 단위 면적에 어는 정도의 많은 소자가 들어가 있는가를 나타내는 것으로서 미세화가 진행될수록 더 높아지게 됩니다.
미세화에 관해서는 스켈링이론이라는 것이 있다고 합니다. 이것은 어떤 조건을 기준으로 하여 IC의 크기를 그대로 비례축소하는 것입니다.

스켈링이론으로 70% 축소하면 면적은 약 반정도로 줄게되므로 단순히 가격도 반으로 떨어지는 것입니다.
실제로는 형성되는 패턴의 크기는 한계가 있지만 기술 개발로 인하여 해마다 작아지고 있습니다. 다음은 IC양품율에 관한 이야기입니다.

같은 공정으로 만들어진 IC 칩이라도 전부가 양품이라고 할 수 는 없습니다. 그렇기 때문에 전수 검사로 양품, 불량품을 판단하고 있습니다 .
불량품이 발생되는 이유로서는 Defect나 공정의 불아정한 요소들을 들 수 있습니다.

Defect라고 부르는 것은 실리콘 웨이퍼가 가지고 있는 결정 결함이라든지 particle등으로 , 확률적으로 발생되는 것으로서 제로화 시키는 것은 무리가 있습니다.
그러나 Defect 의 부위에 따라 젼혀 문제되지 않는 것도 있습니다. 다음은 공정의 불안정한 요소인데 공저의 부안정한 요소를 전부 없앤다는 것은 역시 무리가 있습니다. 그러나 최적의 process로 IC츠ㅣ 양품율을 높혀 가격을 내리게 된다고 할 수 있습니다.

반도체, 어떤 것들이 있나.

반도체는 내부 알맹이 (웨이퍼를 잘라놓은 것) 가 감자를 얇게 썬 것과 비슷하다고 해서 칩(CHIP)이라고 부른다.
또 여러 회선을 끌어 모은 공법을 썼다고 해서 집적회로 (IC;Intergrated Circuit) 라고 부르기도 한다.

손톱 크기만한 칩에 얼마나 많은 회로를 그려 넣느냐 (집적도)에 따라 LSI (Large Scale Circuit ; 대규모 집적 회로) , VLSI(Very Large Scale Interated Circuit; 초대규모 집적 회로 ) , ULSI ( Ultra Large Scale Interated Circuit ) 등으로 발전해 왔다.
초기 트랜지스터 수준을 LSI , 64K D램부터 2백 56K D램까지 K(킬로) 단계를 VLSI , 현재의 1메가 1메가 D램이나 4메가 , 16메가 D램을 ULSI라고 한다.

64K D램에서 K란 '킬로 비트(bit)' 를 뜻한다. 1킬로가 1천이므로 64K D램은 '6만 4천 비트를 기억할수 있는 반도체' 로 풀이된다.
8비트가 조합하여 하나의 영문자를 나타낸다. 따라서 64K D램에는 8천 자의 영문 정보를 담을수 있다.

64메가 D램에서 '메가'는 백만 비트다. 64메가 D램을 풀어 쓰면 6천 4백만 비트 D램이 된다.
이 반도체에는 영문자 8백만자에 해당하는 기록을 할 수 있다. 신문으로 치면 , 5백 12쪽에 해당하는 어마어마한 분량이 이 반도체 칩 하나에 들어간다.

D램에서 'D'는 'Dynamic'이 약자. 말 그대로 '역동적이고 변화가 풍부하다' 는 뜻이다. 그렇기 때문에 전원 공급을 끊어주면 기억하고 있던 내용이 모두 사라진다.
'기억상실증' 에 걸리는 셈이다. 컴퓨터를 사용하다가 무심코 전원을 껐다 켜면 작업하던 내용이 죄다 지워진 것을 보게 되는데 , 이것이 D램의 기억상실증이다.

D램은 전원이 공급되고 있어도 그 안의 소자가 계속 충전되지 않으면 기억을 잃어 버린다. D램에서 '램'은 Random Access Memory의 약자로 '무시로 접근할수 있는 기억소자' 쯤으로 해석된다. 자유롭게 정보를 입출력할후 있다는 애기다. 컴퓨터의 주기억용량 (메인 메모리) 을 이야기할 때는 대부분램의 용량을 지칭한다.

램과 반대되는 것이 롬이다. 롬은 Reaad Only Memory 의 줄임말. '오직 읽기만을 전용으로 하는 기억소자'이다.
이 반도체에는 정보가 미리 담겨져 있으며 이를 지우거나 변경시킬 수 없다. 컴퓨터에 쓰이는 롬은 컴퓨터 운용에 필요한 기본 명령어를 수록하고 있다.

한편 D램의 기억상실증을 보완 , 한번 전원을 공급하면 계속 충전시키지 않아도 기록을 유지하는 것이 있다.
대표적인 것이 S(Static)램이다. S램은 한번 기억하면 전기를 끊든가 다른 테이터를 넣지 않는 한 지워지지 않는다.
최근에는 전원 공급을 끊어도 기억을 유지하는 '플래쉬 메모리' 라는 것도 나와 있다. 이와 같은 반도체들은 정보를 저장하는 역할만을 한다.
인간의 두뇌로 치면 '기억 기능'이다. 이런 반도체들을 통상적으로 '메모리 반도체'라고 한다.

한편 두뇌의 또 다른 기능인 '생각'을 담당하는 반도체들이 있다. 이를 '비(非) 메모리 반도체'라고 한다.
그 선두주자는 마이크로프로세서다. 컴퓨터의 중심인 CPU(중앙처리 장치) 부분이 바로 마이크로 프로세서다.

마이크로프로세서는 캄퓨터의 모든 부분을 통제하고 명령을 내리며 계산을 한다. 현재 일부 미국 업체들만이 이를 생산하고 있다.
기술이 어렵기 때문에 일본조차 엄두를 못내고 있는 유일한 분야다. 인텔이라는 미국 업체가 전세계 PC용 마이크로프로세서 시장을 독점하다시피 하고 있다.

마이컴 (마이크로 컴포턴트) 이라는 것도 있다. 자동화된 가전 제품에 쓰이는 반도체 칩인데 , '인공지능' 이니 '퍼지' 니 하는 수식어가 붙은 냉장고 , 에어컨 , TV , VTR등 가전제품에는 어김없이 이것이 들어간다. 전자제품의 작동에 필요한 수많은 명령을 담고 있다가 상황을 감지하고 작동한다.

칩 하나로 만들어진 일종의 소형의 컴퓨터다. 이 밖에 전자 제품을 만드는 업체가 반도체 메이커에 의뢰해 제작하는 '주문형 반도체' (ASIC) 라는 것도 있다.
주문형 반도체에는 전자제품의 특성을 좌우하는 기능이 들어간다. 무선 전화기의 예를 들자면'혼선을 방지 하는 기능' , '잡음을 줄이는 기능' , '하나의 버튼으로 전화를 걸 수 있는 기능' (단축 다이얼 ) 같은 것이 주문형 반도체 안에 소화되어 있다.

우리나라의 반도체 산업은 그 생산 비중이 80대 20으로 메모리에 심하게 편중되어 있다. 이는 세게 반도체 산업이 40대 6-으로 비매모리의 비중이 더 높은 것과 거꾸로 된 양상이다. 비 메모리 제품은 메모리보다 가격이 비싸고 부가가치가 높다.

1994년초 현재 , 비메모리 제품의 대명사인 '80486'마이크로프로세서 (인텔 제조 , 처리속도 66메가 해르츠 기준) 는 한개 에 40만원선에 거래되고 있다.
반면 16메가 D램은 이제 막 시장을 형성하고 있는 최신제품이면서도 한 개에 6만 5천원밖에 안 된다. 하지만 D램은 가장 폭넓게 쓰이는 반도체의 하나다.
각종 전자제품의 기능이 다양화되면서 이 같은 기능을 담는데 필요한 기억용량도 급속히 증가하고 있기 때문이다.


돌덩어리가 황금으로 변하기까지

반도체 제조 과정을 크게 3단계로 나누어 진다.
첫번째는 웨이퍼 제조 및 회로 설계, 두번째는 웨이퍼 가공, 마지막으로 조립 및 검사들이다. 하지만 작게 분류해 보면 3백 단계가 넘는 무수히 복잡한 공정을 거쳐 비로소 한개의 반도체가 탄생한다는 것을 알수 있다.

웨이퍼 제조 및 회로 설계

ⓐ 단결정 성장 : 고순도로 정제된 실리콘 (규소) 용액을 주물에 넣어 회전시키면서 실리콘 기둥(봉)을 만든다.
ⓑ 실리콘 봉 절단: 규소 기둥을 똑같은 두꼐의 얇은 웨이퍼로 잘라낸다. 반도체 공장 사진을 보면, 작업자가 손바닥만한 둥근 거울 같은 것을 들고 있는 자면을 자주 보는데 이 둥근 거울 같은 것이 웨이퍼다. 반도체는 이 웨이퍼에 회로를 만들어 손톱만한 크기로 잘라 만드는 것이다.
ⓒ 웨이퍼 표면 안마: 웨이퍼의 한쪽 면을 닦아 거울 처럼 반질거리게 만들어 준다. 이 연마된 표면에 전자 회로의 패턴을 그려 넣게 된다.
ⓓ 회로 설계 : 컴퓨터 시스템을 이용해 전자회로 패턴을 설계한다. 보통 반도체의 회로도면은 50~100미터 정도의 크기다. 도
면상에 회로가 제대로 연결되었는지를 확인하기 위해서는 도면은 펴놓고 사람이 그 위에 올라가 기어다니면서 눈으로 검사한다.
ⓔ 마스크 제작 : 설계된 회로 패턴을 유리판위에 그린다. 이것이 마스크다. 포토 마스크라고도 하는데 사진용 원판의 구실을 한다.
현상 공정에서 마스크를 웨이퍼 위에 얹은 다음 강한 자외선을 비추면 유리위에 그려진 회로가 웨이퍼에도 똑같이 그려진다. 사진의 현상과 비슷한 원리다.

웨이퍼 가공

ⓕ 반도체 제조 회사라고 하면 일반적으로 웨이퍼 가공부터 시작하는 회사를 일컫는다. 웨이퍼 생산은 전문업체들의 몫이다.
ⓖ 산화 (Oxidatipn) 공정 : 고온 (800~1200도) 에서 산소나 수증기를 실리콘 웨이퍼 표면에 뿌려 산화막을 형성시킨다.
산화막은 웨이퍼 위에 그려질 배선끼리 합선되지 않도록 서로를 구분해 준다. 배선간의 간격이 미세하기 띠문에 합선이 될 경우가 많다.
ⓗ 감광액 (Photoresist) 도포 : 감광액을 웨이퍼 표면에 고르게 바른다. 그 다음 이를 살짝 구워서 얼라이너 (Aligner)라고 불리는 사진 촬영장치로 보낸다.
이때 부터 웨이퍼는 사진의 인화지 역할을 한다.
ⓘ 노광 (Exposure) : 포토 마스크를 웨이퍼 위에 얹은 다음, 조준을 맞추고 강한 자외선을 통과 시킨다.
자외선 빛은 마스크 위의 회로 패턴을 웨이퍼에 그려준다.
ⓙ 현상 (Development) : 일반 사진 현상과 동일하다. 형상액을 웨이퍼에 뿌리면 웨이퍼는 노광 과정에서 빛을 받은 부분과 받지 않은 부분으로 구분되는데, 빛을 받은 부분의 현상액은 날아가고 빛을 받지 않은 부분은 그대로 남는다.
ⓚ 식각 (Etching) : 웨이퍼에 회로 패턴을 만들어 주기 위해 화공약품 (습식) 이나 부식성 가스 (건식) 을 이용해 필요없는 부분을 선택적으로 없앤다.
현상액이 남아있는 부분을 남겨둔채 나머지 부분은 부식시킨다. 식각이 끝나면 감광액도 황산용액으로 제거 한다.
이 과정은 동판화를 만드는 것과 다를 바 없다. 동판화 제작 과정을 보자. 동판 위에 파라핀을 바르고 (반도체의 감광액) 표면을 불로 그을린 뒤 (반도체의 산화 공정) 그 위에 날카로운 송곳 같은 것으로 그림을 그린다. 송곳이 지나간 자리 에는 파라핀이 벗겨진다.
그 다음 부식시키는 화공약품을 붓는다 (반도체의 식각). 화공약품과 파라핀을 씻어내면 그림이 완성된다.

이런 과정은 반도체도 동판제작 과 다를 바가 없다.
ⓛ 이온 주입 (Ion Implantation) : 회로까지 연결된 부분에 불순물을 미세한 가스 입자 형태로 뿌려 침투시킨다. 전기 소자의 특성을 만들어 준다.
ⓜ 화학 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition) : 가스의 화학반응으로 형성된 입자들을 웨이퍼 표면에 수증기 형태로 쏘아 (증착) 절연막이나 전도성막을 형성시킨다. 일종의 보호막과도 같은 역할을 한다.
ⓝ 금속배선 (Metallization) : 웨이퍼 표면에 형성된 각각의 회로를 금 , 은 , 알루미늄 선으로 연결시키는 공정. 금속에 전기적 충격을 주면 금속이 물방울처럼 증발하는데 여기에 웨이퍼를 넣어 회로를 연결시킨다.

조립 및 검사

ⓞ 웨이퍼 자동 선별 : 칩들의 불량 여부를 컴퓨터로 검사하여 불량품을 골라낸다. 불량제품은 검은 잉크로 동그란 마크를 찍어 분류한다.
ⓟ 웨이퍼 절단 : 웨이퍼에 그려진 하나하나의 칩들을 떼어내기 위해 웨이퍼를 손톱만한 크기로 계속 잘라낸다. 절단에는 다이아몬드 톱이 사용된다.
ⓠ 칩 접착 : 낱개로 분리된 칩 가운데 제대로 작동하는 것만을 골라내어 리드 프레임 위에 올려놓는다. 리드 프레임 (Red Frame) 이란 반도체에서 지네발처럼 튀어나온 다리 부분인데 반도체가 전자 제품에 연결되는 소켓의 구실을 한다. 불량으로 판정된 제품은 자동으로 제외된다.
ⓡ 금 (金) 선 연결 : 칩의 외부 연결 단자와 리드 프레임을 가느다란 금선으로 연결해 준다. 머리카락보다 가는 순금을 사용한다.
이장면은 TV에 가끔씩 나온다. 네모난 금속성 칩이 있고, 그 주위를 작은 막대기 같은 것이 나와서 바쁘게 선을 연결하는 장면이다.
ⓢ 성형 (Molding) : 외형만들기 작업이다. 이과정을 거쳐 우리가 흔히 볼수 있는 검은색 지네발 모양이 된다. 칩과 연결 금선을 보호해 주기 위해 화학수지로 밀봉해 준다. 플라스틱이나 세라믹 같은 것으로 감싸준다. 그 다음 윗면에 제품명이나 고유 번호 , 제조회사의 마크등을 인쇄한다.
ⓣ 최종 검사 : 완성된 반도체의 전기적 특성이나 기능등을 컴퓨터로 최종검사한다. 강제로 높은 정전기를 흘린 다음 제품이 제대로 작동하는지, 높거나 낮은 습도에서 , 높은 온도에서 잘 견디는지 등을 확인한다. 합격된 제품은 판매한다.

웨이퍼 가공에서 완제품까지는 최소한 한달 보름 이상이 걸린다. 지금 막 라인에서 쏟아져 나오는 반도체는 적어도 한달반 이전에 제작되기 시작한것이다.


주문형 반도체 1

어떤 발명품이든 처음에는 특정한 용도로 개발된다. 수많은 대중을 겨냥해 만들어진 발명품은 거의 없다. TV나 VCR (비디오 카세트 레코더) , 전화기 등 우리가 매일 접하고 있는 문명의 이기들은 당초에는 군사적인 목적으로 개발되거나 실험용으로 만들어진 것이며 일반인들을 대상으로 한 것은 아니었다.

그런데 이런 물건들 상업용으로 둔갑하게 되면 수요의 크기에 따라 표준품이 되기도 하고 못 되기도 한다.
표준품이 된 물건을 일반인들에게 많이 팔리면서 대중화되고 비표준 제품은 특수한 용도에만 쓰이는 전문가용이 된다.

지난 80년대 초까지만 해도 VCR에는 두가지가 있었다. 하나는 일본 소니가 생산하던 '베타 방식' 이란 것이었고 다른 하나는 마쓰시타 , JVC등 여러 회사가 만들던 'VHS 방식' 이란 것이었다. 물론 두가지 방식에서 성능의 차이는 거의 없었다. 다만 소니의 '베타' 화질이 좀더 우수하고 카세트의 크기가 적어 유리한 점이 있을 뿐이었다.

'베타'의 소니와 'VHS'의 마쓰시다 등은 치열한 시장확보 경쟁에 돌입했고 , 결국 싸움은 소니의 판정패로 끝났다. 현재 우리가 사용하고 있는 비디오는 VHS방식이다. 국내의 가전회사들은 모두 이방식의 VCR을 만들고 있다. 그러면 베타 방식을 사라졌는가?

아직도 상당수 남아 있다. 방송국의 장비는 대부분이 베타방식이다. 카메라도 ,VCR도 모두 베타 방식이다.
소니는 가정용 시장에서는 주도권을 빼앗겼지만 기능을 더욱 향상시킨 전문용 제품을 만들어 전세계 방송 기자재 시장을 장악했다.
반도체도 이 경우와 마찬가지다.

램이나 롬 등 메모리와 마이크로프로세서는 처음에는 특정한 용도로 개발되었지만 대량생산에 힘입어 표준품으로 정착된 품목들이다.
세계 반도체 시장은 메모리와 같이 반도체 업체가 제품을 선정, 개발한 뒤 대량생산해서 판매하는 범용 제품과 고객의 주문에 맞춰 설계, 제조하는 주문형 (ASIC) 제품으로 나뉘어 진다.

ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 란 특정 용도의 반도체를 의미하지만 그 개념은 명확하지 않다.
다만 고객의 요구대로 특수한 기능의 회로를 설계해 생산하는 특정 용도의 제품이라고 이해하면 된다. 양복에도 기성복과 맞춤복이 있듯이 반도체에도 그런 구분이 있다고 생각하면 쉽다.

ASIC의 고객은 가전 제품 메이커들이다. 전자레인지라든가 TV, 세탁기 등을 만드는 업체들이 제품에 '인공지능'이니 '퍼지'니 하는 기능을 넣기 위해 ASIC을 찾는다. 따라서 전자레인지용 ASIC에는 시간을 조절하고 센서로 감지된 음식의 상태를 판단하는 등의 기능이 들어가고 TV용 ASIC에는 색을 명확하게 구분하고 잡신호를 없애주는 등의 기능이 답변확정된다. 이런 전자제품의 종류가 수없이 많으므로 ASIC의 종류도 엄청나게 많고 다양한다.

ASIC는 완전주문형(Fullcustom)과 반주문형(Semicustom)으로 구분된다.
완전주문형은 반도체의 모든 기능을 고객의 요청에 따라 설계하는 반면 반주문형은 고객의 요청에 따라 기능의 일부만을 설계하는 것이다.
ASIC제품의 일반적인 특징은 다품종 소량생산 , 고객으 주문으로 이루어지는 설계 , 혼합 및 대규모 기능의 실현이라는 데 있다.
디자인 엔지니어는 자신의 상상력을 바탕으로 여러 가지 종류의 ASIC 제품을 설계한다. 시스템 엔지니어는 이 셜계를 바탕으로 되도록이면 반도체 칩을 작게 만들어 완제품의 부피를 줄이기 위해 노력한다.

오늘날 전자제품의 크기가 자꾸 작아지는 것은 이 같은 ASIC기술의 발달에 힘입은 것이다. 엄지 손톱만한 칩 두개가 하던 일을 새끼 손톱만한 칩 세개가 하던 일을 그보다 더 작은 칩 하나가 대신하게 되는 등 ASIC기술을 눈부시게 발전하고 있다. 일본의 앙증맞은 가전제품이 전세계를 누비고 있는 것도 이 같은 ASIC기술의 뒷받침이 있었기 때문이다.

앞으로 이 같은 기술은 더욱 발전을 거듭할 것으로 예상되고 있다. 가까운 시일내에 컴퓨터의 중앙처리장치 (CPU) 와 주변 회로를 하나의 반도체 칩으로 만들어 낼수 있을 것으로 예측되고 있다. 이렇게 되면 컴퓨터는 모니터와 키보드만 남게 되고, 본체는 모니터 안으로 사라질 것이다.



주문형 반도체 2

ASIC는 보통 수십 개의 반도체로 구성되어 있는 회로기판 (보드)을 한 개의 칩으로 만든 것이다. 이렇게 하면 반도체를 사용해 만드는 제품의 사이즈를 크게 줄일 수 있을 뿐 아니라 처리속도를 향상시킬 수 있고 , 전력 절감에도 효과가 크다. 기기 성능에도 보탬이 큰것은 물론이다.

완제품의 값을 싸게 할수 있다는 장점도 있다. 여러개의 반도체를 하나의 칩에 집적시킴으로써 제조원가의 절반 이상을 차지하는 조립비용을 크게 절감할 수 있다.
칩 여러 개를 짜맞추려면 많은 일손이 들어가야 한다. 그러나 칩 하나로 각종 반도체의 기능을 대체한다면 그만큼 기능공의 일손이 줄어들게 되는 것이다.

생산성은 눈부시게 향상된다. 반도체 설계비용은 크게 문제되지 않는다. ASIC설계에는 보통 5만 달러 이상이 들지만 경제성 있는 생산량이 5만 개 이상이므로 제품 1개당 설계비용은 1달러에 불과하다. 그이상을 만들어낼 경우, 제조원가 이외에는 추가비용이 들어가지 않는다.
따라서 수십달러에 이르는 ASIC가격에 비하면 설계 비용은 별것 아니다.

ASIC는 설계방식에 따라 완전주문형 IC와 게이트어레이라든가 스탠더드셀, PLD (프로그램 가능 논리소자) 등의 반(半) 주문형 IC로 나누어 진다.
게이트어레이는 회로를 구성하는 단위인 게이트를 미리 규칙적으로 배열해 놓고 게이트끼리 연결 (배선)해 설계하며, 스탠더드셀은 고유의 기능을 하는 표준셀을 조합해 전체 회로를 구성하고, PLD는 고객이 직접 프로그램을 작성하도록 한다. ASIC는 개발주체에 따라 특정 사용자만을 위한 USIC (User Specific IC) 와 판매를 목적으로 반도체 회사가 직접 설계해서 생산하는 AASP (Applacation Specific Standard Product) 로 구분되기도 한다.

ASIC는 주로 정보통신기기에 사용되어 왔으나 최근 들어 용도가 급속하게 확대되고 있다. 이에 따라 세계 각국의 반도체 기업들이 ASIC사업에 진출해 치열한 경쟁을 벌이고 있다. ASIC전문업체도 크게 늘고 있는데, 미국의 LSI로직과 VLSI테크놀로지 등이 대표적인 ASIC전문회사다.


트랜지스터와 IC

우리 주변에는 저항이나 콘덴서와 같이 전자부품으로 불리는 것이 많다. 트랜지스터는 이 가운데 '대표선수'처럼 취급되곤 하는 것인데 그것은 다른 전자부품과는 달리 특별한 작용을 하기 때문이다. '증폭작용'이라는 기능이다.

저항기나 콘덴서 같은 일반적인 부품을 '수동부품'이라고 하는 반면 증폭작용을 하는 트랜지스터는 '능동부품' 이라고 한다.
수동부품이 혼자서는 아무런 작용도 하지 못하고 트랜지스터의 힘을 빌려야만 하는데 반해 능동부품은 전류를 흘려주면 혼자서 제어나 증폭 등의 작용을 한다.

트랜지스터 (Transistor)란 이름은 '트랜스퍼' (Transfer : 신호를 전달한다)와 '레지스터' (Resistor : 저항기) 라는 두 낱말의 합성어이다.
트랜지스터의 구조는 진공관에 비하면 매우 명료하게 되어 있다.

극히 예외적인 경우는 있으나 대부분 베이스 (Base) , 에미터 (Emitter) , 콜렉터 (Collector)의 세부분으로 구성되어 있고, 발의 수는 세개다. 이 세계의 발 때문에 '세 발 달린 마술사'라는 별명을 가지고 있다.

처음에는 한개의 트랜지스터가 한개의 칩 속에 들어갔으나 그 후 두 개 이상의 트랜지스터가 한 개의 칩 속에 들어갈 수 있다는 것이 알려졌고 곧이어 저항기나 콘덴서 등 다른 회로구성 요소들도 한꺼번에 집적되어 하나의 칩 속에 수용될 수 있게 됐다. 이것이 IC (집적회로) 다.

IC한 조각의 반도체 결정 (일반적으로 실리콘) 속에는 트랜지스터, 다이 오드 , 저항 등이 상호배선을 통해 하나의 회로를 구성하고 있다.
IC 제품의 제조공정은 회사에 따라 조금씩 다르지만 비슷한 점이 많으며 설계에 따라 모스 , 바이폴라 , 리니어 제품군으로 나누어진다.

1947년에 쇼클리 등 3명의 과학자들이 트랜지스터를 개발한 이후 오늘날에는 수십만 개의 트랜지스터와 수많은 회로구성 요소들이 새끼손톱만한 크기의 칩 속에 집적되고 있다. 반도체가 우주항공 , 방위산업 등 모든 산업의 전자화를 선도하고 있는 가운데 앞으로는 더욱 예측하기 어려운 기술혁신이 이루어지리라 예상된다.


진공관에서 반도체로

1948년 6월 30일 , 미국 뉴욕주 머레이 힐의 나지막한 언덕 위에 자리잡은 벨 전화 연구소에 수십 명의 기자들이 몰려들었다.
이날 벨 연구소가 '깜짝 놀랄 만한 발명품'을 발표한다는 소식을 듣고서 였다.

벨 연구소는 기자들에게 '20세기를 뒤바꿀 제품을 공개한다' 고 미리 통보했고 기자들은 흥분을 감추지 못하면서 머레이 힐로 달려왔다.
벨 연구소는 이날 초청된 기자들에게 이상한 물체를 보여 주었다. 조그만 원통에서 다리 세개가 나와 있는 손톱만한 제품이었다. "이게 대체 뭡니까?" 한 기자가 물었다. 연구원이 미소를 머금고 대답했다. "트랜지스터라는 겁니다. 이 자그마한 물체가 앞으로 세상을 바꿀 겁니다." 반도체가 세상에 처음 나온것은 1947년이었다.

미국의 벨 연구소에서 근무하연 원리엄 쇼클리 , 월터 브래틴 , 존 바딘 등 3명의 과학자가 반도체의 일종인 트랜지스터를 개발하는 데 성공하면서 였다.
이들은 1947년 11월 17일부터 12월 16일 사이에 트랜지스터를 개발하는 데 성공 했다.

벨 연구소는 반년간 시험을 거친 끝에 1948년 트랜지스터의 개발을 공식으로 발표했다. 전화회사인 벨이 반도체를 개발한 것은 회사 경영의 위기 때문이었다.
벨은 초기에는 여성 교환원을 두고 통화 서비스를 했지만 인건비가 자꾸 오르자 자동식 교환기를 도입해 교환원을 대체했다.
그러나 진공관을 사용한 이 교환기는 고장이 너무 잦아 연이어 폭증하는 통화량을 따라가지 못하게 되었다. 벨 연구소는 이에 물리학자들로 프로젝트 팀을 구성해 새로운 소자를 개발하기 시작했고 금방 성공을 거두었다. 이로써 '반도체 시대'가 개막되었다.
하니만 반도체 기술이 발전하기 휠씬 전부터 전자 기술은 진공관에 의해 꾸준한 발전을 이룩해 왔다. 진공관은 원주형 유리 속을 진공상태로 만들어 놓고 그 안에 필라멘트를 넣어 전기 신호 증폭 등의 기능을 갖게 한것 이다. 현재는 최고급 오디오를 제외하고는 쓰이는 곳이 거으 없다.

진공관의 시작은 1884년 에디슨이 발견한 '에디슨 효과'를 그 출발점으로 한다. 에디슨은 그가 발명한 백열전구의 필라멘트 여에 또 하나의 전극을 넣으면 여기에도 전류가 흐른다는 사실을 발견했다.

그러나 이현상을 응용한 상업성을 에견하지 못하고 그냥 지나쳤다.그 후 미국의 발명가인 드 포레스트가 무선전신기에 진공관을 설치 하는 데 성공했고 이 기술을 AT &T (미국 전신전화회사) 에 팔았다. 에디슨이 휴지통에 버린 기술을 살려낸 것이다.
진공관의 발명은 때마침 개발되기 시작한 무선통신 , 무선방송의 발전을 불러일으켜 라디오 전성시대를 가져왔고 1940년 전후부터는 TV전성시대가 개막됐다.
이를 이용한 세계 최초의 컴퓨터 ' 에니악' (ENIAC)도 개발 되었다.

진공관은 매우 유용하고 편리한 장치이기는 했지만 여러 가지 불편함을 동시에 가지고 있었다.
크기가 너무 커서 전자제품의 사이즈를 줄이는 데 한계가 있었으며 진공관 속의 필라멘트를 가열하기 위해서는 엄청난 전력이 필요했다.
에니악 컴퓨터는 길이가 30미터에 무게가 30톤 , 소비전력이 1백 40킬로와트 였다.

여기에 냉각장치까지 덧붙이면 그야말로 웬만한 빌딩보다도 큰 '초대형 기계'였다. 진공관은 수명이 짧아 수시로 기계의 고장을 유발한다.
에니악은 툭하면 고장을 일으켜 이를 사용하는 시간보다 고치는 시간이 4배 정도 많았다고 전해진다. 그러나 1948년 반도체의 발명으로 진공관 시대는 종지부를 찍게 된다.

최초로 개발된 트랜지스터는 '점접촉형 트랜지스터'라고 불린다.
게르마늄 결정을 재료로 사용했는데 신뢰성과 안전성이 낮고 생산성이 매우 나빴기 때문에 사용 범위가 한정되어 있었다.
그러나 그후에 수많은 연구개발이 급속히 진전되어 게르마늄 반도체 결정이 실리콘 반도체 결정으로 재료가 바뀌자 초기의 문제점들이 거의 해결되었다. 따라서 트랜지스터의 연구가 더욱 활발해졌다. 초기의 트랜지스터는 진공관의 기능을 대치하는 수준이었다.
그러나 그 후 몇개의 트랜지스터를 한 개의 기판에 모아놓는 집적회로가 개발되면서 컴퓨터를 비롯한 전자제품의 소형화 , 경량화 , 다기능화가 급속히 이루어졌다.

오늘날의 반도체 집적 회로는 수억개의 트랜지스터를 하나의 칩 위에 담고 있다. 반도체 집적회로 (IC) 의 개념은 1952년 영욱의 듀머에 의해 제안되었고 , 1958년 텍사스 인스트루먼트 (TI) 사에 의해 최초로 개발되었다. 반도체공학의 절정인 집적회로는 전자회로의 소형화 , 고성능화 , 고정밀화 , 저가격화를 가져다 주었다.
반도체 기술의 진보를 단적으로 보여주는 것이 컴퓨터다. 컴퓨터 기술은 크기는 줄면서 성능을 향상시키는 경향으로 발전되어 왔다.

우리나라에 처음 들어온 컴퓨터와 지금의 것을 보면 단적인 비교가 된다.
지난 1976년 경제기획원 조사 통계국에서 쓰기 위해 대형 컴퓨터가 미국으로부터 도입됐을때 인천항 부근에는 일대 소동이 빚어졌다.
대형 트럭 두대가 동원됐고 삼엄한 경비가 펼쳐졌다. 정보도 , 신문 방송도 '이제 우리나라도 컴퓨터를 갖게 됐다'며 마냥 들떴다.

그러나 이 집채 만한 컴퓨터는 오늘날 단종된 XT급 PC보다도 못한 성능이었다. 현재 가장 대중적인 486급 PC한대가 이 초대형 컴퓨터 20대를 합친 것보다 뛰어난 성능을 지닌다. 반도체 기술의 발전이 이를 가능케 한것이다. 하지만 처음의 반도체는 인공위성이나 미사일 등 첨단 군사 무기에만 활용되었다.
이를 상업적인 목적에 사용하기 시작한 것은 일본 기업이었다.

지금 세계 전자 산업의 선두주자인 소니(SONY)가 1955년에 트랜지스터 라디오를 개발하면서 본격적인 반도체 대중화시대 의 막이 올랐다.
소니의 이부카 회장은 '미사일에나 들어가는 트랜지스터로 어떻게 라디오를 만든다는 말이냐'는 주위의 만류를 물리치고 휴대용 라디오를 개발 , 성공을 거두면서 '소니 신화'를 창출해 냈다. 오늘날 세계 전자제품 시장을 석권하고 있는 일본 전자 공업의 발걸음은 여기서 시작된다.

일본은 미국 '첨단 산업의 메카' 실리콘 밸리에 산업 스파이를 침투시켜 가며 미국의 반도체 기술을 빼냈고, 그 결과 전자 공업 대국의 자리를 차지할 수 있었다.
일본은 현재 세계 1위의 메모리 반도체 생산국이다. 현재 세계 기업들이 주목하고 있는 것은 64메가 D램 이다.

오는 2천년께 64메가 D램 시대가 되면 HD TV (고화질 TV) 를 비롯한 차세대 전자제품들이 우후죽순으로 쏟아져 나올 것으로 예상된다.
반도체는 흔히 단어 그대로 전기가 반쯤 통하는 물질로 알려져 있지만 실제로는 좀더 복잡한 내용을 포함하고 있다.
일반적으로 고체 상태의 물질은 도전율 (Electrical Conductives) 에 의해 구분된다. 도전율이라는 것은 쉽게 말해서 '전기의 흐르는 양'이다.

이 도전율에 따라 도체 ,절연체 (부도체) , 반도체를 구분한다. 반도체는 평상시에는 부도체처럼 전류가 통하지 않지만 주위 환경을 변화시키면 도체로 변해 전류가 통한다. 에를 들면 반도체에 열을 가하거나 빛을 쪼이는 등 주위 환경을 변화시키면 반도체가 전류가 잘 통하게 되는 것이다.
반도체는 온도 , 광학적인 효과 , 자기장 및 소량의 불순물 원자에 대해 민감한 반응을 보인다. 반도체가 지니고 있는 전기적 특성을 보면 다음과 같다.

첫째, 반도체는 온도에 의해 도전율이 현저하게 변한다. 불순물을 포함하지 않은 순수한 반도체의 온도를 높이면 전류가 통한다.
둘째, 반도체에 빛을 쪼이면 전류가 잘 통하며 전기저항이 작아 지는데 , 이것이 바로 광전효과다.
셋째,반도체에 미량의 불순물을 첨가하면 반도체는 그 불순물의 종류와 농도에 따라 전류의 흐름을 변화시킨다. 반도체 제조공정에서 불순물을 주입하는 것은 이때문이다.
넷째, 반도체에 금속 등을 접촉시킴으로써 교류를 직류로 바꾸는 작용을 할 수 있다. 이를 정류현상이라고 한다.
마지막으로, 도체나 반도체같은 물질에 전류를 흘리고 이것과 직각 방향으로 자계를 작용시키면 전류을 일으키는 작용이 생겨난다.
이러한 현상을 홀(Hall)효과라고 한다.

반도체 사업은 도박

반도체 사업은 '돈 놓고 돈 먹는' 도박판이다. 특히 D램 분야는 더욱 그렇다. 따라서 삼성전자 , 현대전자 , LG반도체 등은 당대 최고의 도박사들이다.
이들 기업은 현재 , 거액이 걸린 도박판 (D램 사업)에서 연거푸 승리를 거두고 있다. 반도체 선두주자였던 미국이 이미 떨어져 나갔고 , 우리 기업들의 경쟁상대는 일본뿐이다.

반도체 사업이 도박이라는 것은 이 사업에 들어가는 자금이 수천억 원에서 수조 원규모로 , 가히 천문학적 금액이 들어가지만 '반드시 돈을 번다'는 보장이 없다는 점에서다. 즉 밑천을 송두리째 날릴 공산이 크다는 이야기다. 현대 전자의 관계자는 이렇게 말한다.
"D램 사업은 도박판이나 다름없습니다. 때를 노린 절묘하고 과감한 베팅이 승부를 좌우합니다. 수천억 원은 기본 베팅입니다."

반도체 시장은 종잡을 수가 없다. TV나 냉장고 같은 전자제품을 만드는 대부분의 기업들은 미리 수요를 예측하고 소비자들의 구매심리를 파악한 뒤 제품을 찍어낸다.그러나 반도체는 시장이 어떻게 형성되고 , 어떤 패턴으로 변화할지 아무도 모른다.
때를 잘못 타면 수천억 원을 쏟아부은 노력이 물거품이 되는 것은 고사하고 , 기업 자체가 무너질 위기에 처하기도 한다.
대표적인 경우가 지난 1985년 '64K D램 가격 폭락사태'다. 이로 인해 당시 꽃피기 시작했던 우리나라 반도체 산업이 말라 죽을 뻔한 위기를 겪었다.

반도체 시장의 불투명성이 반드시 기업에 해로운 것만은 아니다. 예측불허의 사태로 인해 기업들이 돈방석에 앉는 경우도 많다.
이에 해당하는 케이스는 1988년 '256 K D램 파동'이다. 이를 계기로 1985년에 주저 앉았던 우리 기업들이 기사회생하게 됐다.

256K D램은 당시 세계 반도체 시장의 주류를 이루고 있었는데 , 미국 , 일본 업체들이 성능이 더 우수한 1메가 D램을 개발하면서 이의 생산을 팽개친 결과 심각한 공급부족 현상이 발생했다. 기업들 모두 '256K D램 시대가 막을 내렸다'며 1메가 D램 대량생산에 경쟁적으로 달려들었다.

그러나 1메가 D램의 수요는 좀처럼 늘지 않았고 오히려 256K D램으로 수요가 집중되면서 가격이 폭등하기 시작했다.
그리고 이런 상황은 90년대 들어서도 빈번하게 일어난다. 1990년에는 1메가 D램 , 1993년에는 4메가 D램의 수요가 폭발했고 , 충분한 생산설비를 갖추고 있던 우리나라 반도체 기업들은 여기에 힘입어 해마다 평균 40% 이상의 초고속 성장을 누려왔다.
반면 미국과 일본 기업들은 코너로 몰리고 있다. 우리 기업들의 생산능력을 쫓아가지 못하기 때문이다.

80년대까지만 해도 10여 개 업체에 달하던 미국의 D램 제조업체는 1993년 말 현재 턱사스 인스트루먼트(TI)와 마이트론 테크놀로지를 제외하고는 모두 몰락했다.
일본 업체들도 D램 생산을 줄이고 있다. 우리 기업들과 경쟁하는 것이 더 이상은 무리라고 판단한 것 같다.

반도체 3사의 '과감한 베팅'이 이 같은 비약적인 발전을 가능케 한 원동력이었다. 이들 회사는 도박판의 흐름을 미리 내다 본 듯 대규모로 설비투자를 감행 , 미국과 일본의 경쟁업체들을 따돌리는 데 성공했다.

D램은 한달에 1백만 개 이상을 생산하는것이 기본이다. 이를 위해서는 막대한 규모의 생산설비가 필요하다 4메가 D램을 한달에 1백만 개 생산하려면 최소한 6억 달러(4천 8백60억원) 정도의 설비투자를 감수해야 한다. 그러면 돈이 많다는 미국 , 일본의 초일류 기업들은 왜 우리나라에 밀리고 있는가.

그 이유는 의외로 간단하다. 이들이 더 이상 도박을 원치 않기 때문이다. 미국, 일본 업체들은 막대한 돈을 쏟아부어도 본전마저 날릴 위험이 있는 D램 도박판에서 벗어나고 싶은 것이다. 게다가 미국 , 일본의 경영자들은 거의가 전문경영인들이다.

다시 말해 월급쟁이 사장인 것이다. 월급쟁이 사장이 목을 내놓고 싸움에 달려들 이유가 없다. 주주들의 등쌀도 D램 사업 포기를 한몫 거들고 있다.
미국의 주주들은 전망이 불투명한 D램 사업을 선호하지 않는다.

회사에 온갖 압력을 넣어 'D램 사업을 그만두라'고 다그치며 때로는 경영자를 갈아치우기도 한다.
이와 비교 하면 우리나라는 D램 사업을 대대적으로 벌이는데 더없이 적합한 기업환경을 가지고 있다.

삼성 , 금성 , 현대 같은 굵직굵직한 재벌들이 반도체 사업을 밀고 있으니 자금 걱정을 할 필요가 없다. 주주들의 입김도 세지 않다.
경영자가 곧 회사의 주인이니까 소신껏 과감한 경영을 할 수 있다. 우리나라 D램 산업의 약진을 이처럼 독특한 기업풍토에 힘입은 것이라는 지적이 많다.

D램 산업의 중심은 지난 80년대 중반 , 미국에서 일본으로 건너와 90년대로 접어들면서 한국에 뿌리를 내리고 있다.
현재 미국은 컴퓨터의 '두뇌'격인 마이크로프로세서 (CPU) 를 중심으로 반도체 사업을 재편하고 있으며 일본은 각종 가전제품에 들어가는 주문형 반도체 사업을 강화하고 있다.