반도체(Semiconductor)
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
<img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/tistory/234C194252DE018213">
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
<img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/tistory/22278A3F52DE02E90B">
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
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- ##### 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)
<img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/tistory/246F6D3553FBE5461C">
- [참고 자료]
[삼성메모리반도체](<https://www.samsungsemiconstory.com/>)
