반도체 뜻/ 집적회로(IC), 반도체 소자/반도체 종류

 

팹리스 업체? 파운드리?/반도체 회사 종류/ 반도체 기업 글로벌 순위

▲반도체 총정리2. 반도체 회사 종류▲

 

반도체 분야가 워낙에 광범위해서 무작정 관련주들을 나열하기 보다는

개념부터 정리하는게 좋을 것 같아서 마련한 시간!

 

분야를 크게 반도체 종류, 반도체 회사 종류, 반도체 공정단계

이렇게 3가지로 나눈 시리즈느낌으로 적어보려 한다.

내용을 너무 깊게 파고 들면 어렵고 복잡해서,

자주 쓰이는 용어들의 의미만 파악한단 생각으로 접근해보자.

 

 

반도체 총정리 1-1,

반도체의 종류/ 기본 반도체 용어에 대해

싹~알아보자.

 

1. 반도체  2. 반도체 소자  ①다이오드 ②발광 다이오드 (LED) ③트랜지스터 ④전계효과 트랜지스터 (FET) ⑤사이리스터 (SCR) ⑥집적회로 3. 개별 소자 Discrete 4. 집적 회로 ( IC )

 

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※4월20일/ 원래 밑에 내용까지 여기에 한번에 다 정리했었는데

뒤늦게 보니 너~~~무나 길어서  글을 반으로 잘라 따로 포스팅함ㅋ🤦‍♂️※ 

 

반도체 종류/ 메모리반도체? 시스템 반도체?차량용 반도체?

▲요기에 따로 작성함!

5. 메모리 반도체

6. 비메모리 반도체 

7. 시스템 반도체

①중앙처리장치(CPU)/ 마이크로프로세서(MPU) ② 마이크로컨트롤러 / MCU

③디지털 신호 처리 장치 (DSP) ④애플리케이션 프로세서(AP)

⑤DDI ⑥ 전력 관리 집적 회로( PMIC) ⑦차량용 반도체

⑧주문형 반도체 (ASIC) ⑨SoC ⑩이미지 센서

 

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이 순서대로

끝까지 레츠꼬우-

 

 

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1. 반도체 

Semiconductor

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■ 전기전도도.

전기가 잘 통하는 도체와 통하지 않는 부도체(절연체)의 중간 특성을 가진 물질.

반도체는 열과 빛, 자장, 전압, 전류 등의 영향으로 전기 전도도가 크게 바뀐다. 반도체에 불순물을 많이 첨가하면, 반도체의 전도도가 10억 배 이상 증가한다.

 

불순물, 첨가, 전기장,자기장, 빛, 기계적 변형 등의 제어를 통해 반도체 물질의 전기 전도도를 쉽게 조절 할 수있다.

이러한 특성때문에 반도체는 전기전자산업에서 가장 핵심적인 요소를 구성하게 됐음.

 

■ 반도체, 물질 그 자체보단 반도체 소자를 말할 때가 많음!

반도체는 실리콘(Si,규소), 저마늄(Ge,게르마늄)으로 이어지는 14족의 물질에 해당하며, 갈륨비소(GaAs)와 같이 13-15족 등 14족을 가운데로 하는 두 물질의 화합물도 이 성질을 갖는 경우가 있다.

 

보통 전자산업에서 말하는 반도체는 물질 그 자체보다 반도체 소자(대표적으로 다이오드, 트랜지스터, 집적회로)를 가르킨다. 여기서도 마찬가지임!

 

■ 주 원료는 실리콘.

오늘날에 대부분의 반도체는 실리콘(Si,규소)을 주원료로 사용하고 실리콘 결정에 불순물을 넣어서 만든다.

그래서 전자산업을 실리콘산업(silicon industry)이라고도 하고, 실리콘산업 관련 회사가 모여있는 미국 캘리포니아 주의 지역을 실리콘밸리(Silicon Valley)라고도 부른다.

 

그외 사용되는 반도체 재료는 단일원소로 저마늄(Ge,게르마늄), 셀레늄 (selenium)이 있고 화합물로는 갈륨비소(GaAs), 갈륨비소인, 질화갈륨(GaN), 탄화규소(SiC), 황화아연(ZnS)  등이 있다.

 

 

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2. 반도체 소자 (Semiconductor Device) / 고체 소자(solid state device)

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■ 반도체 물질로 만들어 전자회로나 비슷한 장치를 구성하는 소자(전자 부품).

발진, 증폭,정류, 광전 변환, 자전 변환,열전 변환등의 동작을 일으킴.

 

■ 전자 부품에 반도체를 재료로 사용하기 전에는 진공관을 사용했다. 

이 둘의 가장 큰 차이점은 진공관에선 전기 전도가 기체 상태에서 발생하고 반도체에선  "고체 상태"에서 발생한다는 것이다.

그래서 반도체 소자를 고체소자라고도 한다.

 

 

■ 오늘날 많이 사용되는 반도체소자

 ①다이오드 , ②발광 다이오드 (LED) , ③트랜지스터, ④전계효과 트랜지스터 (FET), ⑤사이리스터 (SCR), ⑥집적회로 등이 있다.

 

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① 다이오드(diode)

주로 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 하고 반대쪽 방향으로는 흐르지 않게 하는 정류작용을 하는 반도체 소자.

한쪽에 낮은 저항을 다른쪽에 높은 저항을 두는 저항차이로 작동.

▶교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는데 쓰임.

가장 많이 쓰는 다이오드는 p-n 접합 다이오드는 반도체 기반의 전자회로를 구성하는 가장 기본 단위.

 

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② 발광다이오드(Light emitting diode, LED)

▶ 전류를 순방향으로 흘렸을 때, 빛을 발하는 반도체 소자. 

반도체의 p-n접합구조를 이용하여 순방향으로 전압을 가하면 n영역에 있는 전자가 p영역의 양공과 만나서 재결합 발광을 일으킨다.

 

발광파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류에 따라 다름.

발광 다이오드는 형광등 같은 원래의 광원에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다.

 

 

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③ 트랜지스터(TR, transistor)

전류나 전압흐름을 조절하여 증폭하거나 스위치 역할을 하는 반도체 소자.

외부 회로와 연결할 수 있는 최소 3개 단자를 가지고 있음.

 

▶ 제어 가능한 저항기, 스위치, 릴레이 및 증폭기 등으로 사용됨.

한 단자의 전압 또는 전류에 의해 다른 두 단자 사이에 흐르는 전류 또는 전압을 제어할 수 있다. 출력된 전력은 입력된 전력보다 높일 수 있기 때문에 신호를 증폭하는 것이 가능하고, 전류의 흐름을 키우고 끌 수 있는 전기적으로 제어되는 스위치로 사용이 가능하다.

 

▶ 트랜지스터는 현대 대부분의 전자기기의 기본 구성요소를 이루는 소자.

 

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④ 전계효과 트랜지스터( FET : Field Ef-fect Transistor)

▶ 일반 트랜지스터가 전류를 증폭시키는 데 비해 FET는 전압을 증폭시킴.

다른 트랜지스터가 pn 접합을 통과하는 캐리어의 작용을 이용하는 전류 제어형인데 대해서 전계 효과 트랜지스터(FET)는 반도체 중에서의 전자 흐름을 다른 전극으로 제어하는 전압 제어 형임.

 

▶ FET는 전압 구동형이고 저 잡음에 입력 임피던스가 높아 특성이 진공관에 가깝다.

접합형 트랜지스터에 비해 동작 속도가 느리고 전송 컨덕턴스(gm)가 낮지만 게이트 전류가 거의 0이고 구조가 긴요해서 고밀도 집적에 적절하므로 현대의 집적 회로에 주류가 되고 있음.

 

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⑤ 사이리스터(Thyristor)

= 실리콘제어정류기(Silicon Controlled Rectifier,SCR)

 

▶ 많은 양의 직류나 전압을 제어하는 데 쓰이는 반도체소자. 

제어단자(G)로부터 음극(K)에 전류를 흘리는 것으로, 양극(A)과 음극(K) 사이로 전류를 흘릴 수 있는 3단자의 반도체 소자임.

 

▶ 주로 고전력제어, 고속 스위칭, 전동기, 전열기, 온도조절기 등의 제어소자나, 자동차에서 고전압 축전기 점화장치와 교류발전기의 과전압보호장치 등에 사용된다.

 

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⑥ 집적회로 ( IC , Integrated Circuit) 

▼밑에 4.에서 다룸.

 

 

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3. 개별 소자/ Discrete device

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discrete : 별개의, 분리된, 구별,개별적인, 이산 (이산가족할때 쓰는 그 이산)

 

■ 개별 전자 부품.

■ 수동소자(저항, 콘덴서 등 ) 또는 능동 소자(트랜지스터, 다이오드 등 ) 중 회로 요소가 하나만 있음.

 

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# 반도체 소자를 가장 크게 구분하자면 개별 소자와 직접회로로 나눌 수 있다.

반도체는 Discrete/개별 부품으로도 사용할 수 있지만,

다수의 소자를 하나의 기판에 집약시켜 복합적인 기능을 할 수 있게 구현할 수도 있다.

이를 집적회로▼라 한다.

 

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★ 4. 집적 회로( IC , Integrated Circuit) = 칩, 마이크로칩

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Integrated - 통합적인, 융합, 일체, 집약적 →집적

 

트랜지스터와 다이오드, 저항과 커패시터 등의 부품들을 반도체 웨이퍼라 불리는 기판에 분리할 수 없게 결합된 형태로 만든 전자회로를 말한다.

 

 

■ 여러 독립된 소자를 반도체 기판에 분리할 수 없는 형태로 결합함.

■ 특정한 기능을 하는 전자회로 역할을 위해 많은 소자를 하나의 칩 안에 집적화한 전자부품. 

 

■ 집적 회로의 장점

-부품의 크기가 작고 가볍다.

-납땜하는 배선이 없어서 신뢰도가 높다.

-대량으로 생산될 수 있어 제작 비용이 매우 싸다.

-모든 회로들이 인접하여 제작되어, 회로를 통한 연산 속도가 매우 빠르고 소비 전력이 낮다.

 

 

■ 집적 회로의 단점

- IC를 제조 한 후에는 작동하는 매개 변수를 수정할 수 없다.

- 구성 요소가 손상되면 전체 IC를 새 것으로 교체해야 함.

- 더 높은 커패시턴스 값 (> 30pF)을 위해서는 개별 부품을 외부에 연결.

-고전력 IC (10W 이상)는 생산할 수 없다.

 

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집적 회로(IC)의 분류

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# 기능별로 분류하면

메모리 칩, 마이크로 프로세서, 표준 칩 , SoC 등 으로 나눌수 있다. 

 

# 유형별로는

 디지털 IC(로직 IC), 아날로그 IC, 혼합 신호 IC로도 나눌 수 있다.

 

#  여기서는 우리나라에서 가장 많이 쓰는 분류인

메모리 반도체와 비메모리 반도체로 나눠서 살펴본다.

 

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그 전에 우선 글로벌 시장에서 메모리반도체와 비메모리 반도체 분야에서의 

우리나라 기업의 현주소를 보자.

 

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■ 메모리 반도체! 그 중에서도 D램, 낸드플래시.

2020년 4분기 /트렌드포스 조사 <D램 > 1위 삼성전자가 42.1%, 2위 SK하이닉스(29.5%) , 3위 마이크론(23%) <낸드플래시 > 1위 삼성전자 32.9%, 2위 일본 키옥시아(19.5%), 3위 미국 웨스턴디지털(14.4%), 4위 SK하이닉스 11.6%

 

삼성전자와 SK하이닉스를 주축으로 한 한국반도체 산업은 전 세계 D램 시장의 약 70%, 낸드플래시 시장의 44% 이상을 점유하고 있다.

전체 메모리반도체 시장에선 시장점유율 14.7%로 삼성전자가 1위를 차지했고, SK하이닉스는 9.0%로 4위를 기록했다. 

 

 

이 때문에 흔히 한국이 반도체 강국이라고 알고 있는 사람들이 많다.

잘 모르는 사람은 막연히 "한국이 반도체 산업을 이끌어 가는구나" 생각하기 쉽다. 하지만 이는 엄청난 오산!

 

■ 메모리반도체 분야에서 절대 강자임은 틀림없지만,비메모리반도체 분야에서 시장 점유율은 2019년 기준으로 3.2%에 불과하다.

 

최근 공급부족현상이 심화되고 있는 자동차반도체, 그 중에 마이크로 컴포넌트(MC) 점유율은 2015년 0.9%에서 2019년 0.5%로 경쟁력이 거의 없는 수준.

 

출처 - 삼성전자

삼성전자를 제외한 나머지 기업들의 글로벌 점유율은 1%도 되지 않는다. 퀄컴,엔비디아,AMD 등이 있는 미국이 시장의 65%를 장악하고 있고, 대만은 점유율 17%, 중국은 15% 를 차지하고 있다.

 

■ IC 인사이트에 따르면 2020년 전 세계 반도체 시장에서 메모리반도체의 비중은 33.2%이고, 나머지 65.8%를 비메모리(시스템) 반도체가 차지하고 있다.

시스템반도체는 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터 등으로 사용 분야가 확대되고 있어서, 반도체 시장에서 시스템반도체가 차지하는 비중은 앞으로 더 커질 것이다.

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자, 여기에선 이정도로 하고

메모리반도체,비메모리 반도체에 대한 본격적인 얘기는

▼요기에 계속!

 

반도체 종류/ 메모리반도체? 시스템 반도체?차량용 반도체?