- 반도체의 발전 과정...
-
신흥수
(2001/06/01)추천0
조회수2033
- 요즘나오는 전자제품을 뜯어보면 조그만 플라스틱같은 곳에 철사들이 달려있는 모양의 것들이 꼭 들어있다.
보통 이것을 반도체 집적회로라고 하며, 수천만개의 트랜지스터, 저항, 캐패시터가 집적되어 기계를 제어하거나 정보를 기억하는 일을 수행한다. 이러한 반도체 집적회로, 즉 IC(Intergrated Circuit)는 실리콘이라는 반도체 물질로 만들어진다.
진공관 -> 트랜지스터 -> 집적회로
그러면 반도체를 왜 사용하게 되었을까? 이는 통신기술과 계산능력의 발달에 밀접한 관련이 있다. "멀리 떨어져 있는 사람끼리 대화를 주고받을 수는 없을까?" 하는 생각이 통신기술을 발전시키는 동기가 되었으며 그 발전과정에서 전기신호를 사용하게 되었다. 그런데 장거리를 이동하는 도중에 전기신호가 약해지는 현상이 나타났고 따라서 중간중간에 이를 증폭시켜주어야만 했다. 바로 이 증폭기능을 위해 최초로 개발된 것이 '진공관'이다.
작열하는 필라멘트에서 생긴 전자빔이 전극에서 전극으로 전류를 운반하는 구조로 되어있는 진공관은 최초로 나온 것이 20세기초인 1904년 영국의 과학자 존 앰브로우즈 플레밍이 발명한 2극관이고, 이것에 이어서 1906년 미국의 리 드 포레스트가 전극이 3개 부착된 3극관을 만들었다. 2극관은 교류를 직류신호로 바꾸는 다이오드작용을 하고 3극관은 신호를 증폭한다. 이것들이 라디오와 텔레비젼과 녹음기술의 발달에 결정적인 역할을 해 냈다.
그러나 진공관은 꽤 부피가 컸고 사용하는 필라멘트도 언젠가는 타서 끊어져 버리는 단점이 있었다. 이러한 단점들이 진공관을 안심하고 사용하지 못하는 요인이 되었으며, 진공관으로 작은 전자장치를 만든다는 것은 불가능했다. 따라서 열을 받지않도록 고체로 만들어진 새로운 증폭장치의 개발이 절실하게 필요했던 것이다.
이 문제를 해결해낸 과학자들리 벨전화연구소에서 일하던 3명의 과학자 위리엄 쇼클리, 존 바딘과 월터 브래튼이었다. 1948년 드디어 이 세사람은 전자공학분야에 결정적인 영향을 미친 두 가지(반도체로 된 다이오드와 '트랜지스터')를 발명하였던 것이다. 자그마한 반도체가 필라멘트와 전극을 대신하였으므로 작으면서도 신뢰성이 매우 높고, 새로운 고체 증폭장치가 탄생된 것이다.
과학기술의 발전은 빠르고 정확하게 계산할 수 있느냐하는 계산능력에 비례해 왔다. 이러한 계산능력의 발전이 계산기를 발명해냈고 1930년대에 와서는 기계/전기 스위치를 쓰는 정도로 발전하게 된다. 제2차 세계대전은 더 빠르고 용량이 더 큰 계산기의 개발에 박차를 가했다. 그결과 1947년 미국의 Moore대학에서 세계 최초의 전자계산기인 ENIAC을 개발하게 되었는데 이 시스템은 진공관을 사용하였고 따라서 무게가 50톤이나 되었으며 280평방미터나 되는 면적을 차지했다. 또한 19000개나 되는 진공관이 소요되었기 때문에 작은 발전소 정도로 엄청난 열을 발생하였고, 가격만해도 1940년대 시가로 백만달러를 호가했다.
ENIAC은 수많은 진공관 외에도 수천개의 저항과 콘덴서를 필요로 했는데 이러한 저항과 캐패시터들이 신뢰성이 높고 열을 거의 내지 않은ㄴ데 비해, 진공관은 덩치가 크고 꺠지기도 쉬우며 열을 많이 낸다는 단점이 있다. 또한 진공관 속의 필라멘트는 점점 마모되기 때문에 수명이 짧다는 수명이 짧다는 신뢰성의 문제도 있었다. 결국 진공관이라는 부품 때문에 ENIAC이라는 계산장치는 결정적인 문제점을 가질 수밖에 없었던 것이다.;
진공관의 이러한 단점을 개선하려고 노력이 계속되었고 결국 트랜지스터의 발명으로 이어지게 되었으며, ENIAC과 같은 거대한 장치도 2.42의 작은 실리콘 위에 만들 수 있게 되었고, 전구보다도 적은 전력손실과 20달러 이하의 가격으로도 실현시킬 수 있었던 것이다.트랜지스터로 인해 전자제품의 크기는 점점 작아지게 되었으며 보다 정확하고 다양한 기능을 실현시킬 수 있게 되었다.
그러나 트랜지스터도 단점은 있었다. 트랜지스터 자체의 문제라기 보다는, 많은 트랜지스터와 전자부품들을 서로 연결해주어야 다양한 기능을 가지 하나의 제품을 만들 수 있는데 제품이 복잡해지면 복잡해질수록 서로 연결해주어야 하는 부분이 기하급수적으로 증가하게 되고 바로 이 연결점들이 제품을 고장내는 주요 원인이 되었던 것이다.
이때 여러 개의 전자부품들(트랜지스터, 저항, 캐패시터)을 한 개의 작은 반도체 속에 집어너는 방법을 연구한 사람이 있었다. 1958년 미국 TI社의 기술자, 잭 킬비(Jack Kilby)에 의해 발명된 이것은 「집적회로(IC)」라고 불리게 되었으며, 기술이 발전함에 따라 하나의 반도체에 들어가는 회로의 집적도 SSI, LSI, VLSI, ULSI로 발전하여 오늘날에는 16M DRAM과 같이 트랜지스처와 캐패시터가 각각 1,600만개씩 내장된 첨단 반도체제품이 출현하게 되었다.
우리는 현재 이러한 ULSI시대에 살고있다.
IC(인티그레이티드 써키트, Integrted Circuit)
트랜지스터나 다이오드등 개개의 반도체를 하나씩 따로따로 사용하지 않고 몇천개 몇만개로 모아서 한 개로 된 덩어리를 말한다.
물론 덩어리라고는 해도 구슬처럼 둥글게 빚어서 만든 것은 아니고 실리콘의 평면상에 차곡차곡 필름을 인화한 것처럼 쌓아놓은 것이다. 이것을 '모아서 쌓는다' 즉, 집적한다고 한다. 그래서 IC는 집적회로(Integrted Circuit)의 약칭이다. 처음의 인티그레이트란, 수학의 적분을 말하기도 하고 뒤으 써키트는 전기의 회로란 뜻이다. 써키트라면 자동차경기의 경기도로를 말하기도 하지만 여기서는 전기회로임을 명심하자.
이처럼 IC와 같이 영어단어의 머리글자만으로 표시하는 것들을 주변에서 자주 볼 수 있다.
