도서 소개

반도체의 기본 기술에 대해 쉽고 자세하게 설명한다. 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.

  출판사 리뷰

● 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.

‘생각하는’ 역할을 담당하는 반도체를 디지털 반도체라고 부릅니다. 컴퓨터는 사람의 두뇌를 지원하는 기계입니다. 예를 들어 복잡한 계산을 하거나, 많은 정보를 기록하지요. AI(인공지능)도 컴퓨터라는 박스에 들어가 있는 반도체에 의해 작동합니다. 이렇게 계산을 하고, 기억하는 것이 디지털 반도체의 중요한 역할입니다. CPU나 마이크로컴퓨터 또는 프로세서라는 단어를 들어본 적이 있나요? 이들은 반도체의 ‘생각하는’ 기능을 활용한 제품입니다. 또한 ‘기억하는’ 기능을 사용한 제품을 ‘메모리’라고 부릅니다. 예를 들어 기계를 사람으로 비유하면, 반도체는 두뇌와 신경의 역할을 수행합니다.
Prologue 반도체의 세계

반도체를 제조하는 공정은 크게 세 부분으로 나눌 수 있습니다. 첫 단계는 설계 공정인데, 이 단계에서는 어떤 기능을 가진 반도체를 제조할 것인지 컴퓨터로 설계합니다. 이 설계 과정에는 전용 EDA(Electronic Design Automation)라고 불리는 소프트웨어를 사용합니다. 이 소프트웨어에는 매우 고도의 기술이 적용되었기 때문에 고가의 사용료를 지불해야 하지요. 그다음은 전공정 단계입니다. 이 단계에서는 둥근 실리콘 웨이퍼 판 위에 설계한 회로의 패턴을 만들어 넣습니다. 사진 기술을 응용한 포토 리소그래피라는 기술이 적용되며, 최신 제품인 경우에는 10nm(1mm의 10만 분의 1)라는 매우 작은 구조로 제작합니다. 반도체의 회로 패턴은 인간이 만든 구조물 중에서 가장 미세한 것이라고 할 수 있습니다. 마지막은 후공정 단계입니다. 이 단계에서는 실리콘 웨이퍼상의 IC칩을 분할해서 패키지라고 하는 부품에 조립합니다.
Prologue 반도체의 세계

금속 바늘에서 광석 방향으로는 전류가 흐르기 쉽지만, 반대로 광석에서 금속 바늘 방향으로는 전류가 흐르기 어렵다(그림 1-1 (b))는 성질이 있습니다. 이 성질을 가리켜 정류 특성이라고 하는데, 이것은 반도체의 특징 중 하나입니다. 정류 특성에서 전류가 흐르기 쉬운 방향을 순방향, 전류가 흐르기 어려운 방향을 역방향이라고 합니다. 다시 말해 순방향은 전기 저항이 낮고, 역방향은 높습니다.
Chapter 1 반도체란 무엇인가

  작가 소개

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.

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.

  목차

들어가며 006

Prologue 반도체의 세계
반도체의 장점은 무엇일까? 011
반도체의 종류와 역할 013
반도체는 어떻게 만들어지는가? 015
반도체가 활약하는 분야 017

Chapter1 반도체란 무엇인가?
이전에 존재했던 반도체 광석 라디오부터 트랜지스터까지 020
반도체의 특성 온도나 불순물이 전기전도도를 향상시킨다 026
고순도 반도체 결정을 만들다 초크랄스키 공법으로 제작하는 잉곳 030
반도체에 포함된 전자 자유전자와 정공이 ‘전기의 운반책’이 되다 033
n형과 p형 반도체 무엇을 도핑하는가에 따라 결정된다 040
p형과 n형 반도체를 접합한 다이오드 정류기 및 검파기로 활용 044
다이아몬드는 반도체인가? 궁극적인 반도체가 될 가능성 048
화합물반도체 고속 트랜지스터 및 LED를 제작할 수 있다 051
반도체에 대해 더 알아봅시다 : 원자의 구조 055

Chapter 2 트랜지스터 제작법
트랜지스터를 발명한 세 남자 쇼클리, 바딘, 브래튼과 그들을 이끈 켈리의 공적 058
트랜지스터의 작동 원리 쇼클리가 발명한 접합형 트랜지스터 063
트랜지스터의 고주파화를 위한 노력 확산 기술을 사용한 메사형 트랜지스터의 등장 069
주인공이 실리콘 트랜지스터로 바뀌다 고온·고전압에서도 안정적으로 작동하는 장점 075
획기적인 플레이너 기술 IC나 LSI에 빼놓을 수 없는 기술 081
트랜지스터 MOSFET IC·LSI에 사용되는 현재의 주역 084
반도체 소자 제작법 1 반도체 기판에 회로 패턴을 정확하게 그려내는 기술 092
반도체 소자 제작법 2 불순물을 확산시켜 트랜지스터 제작 097
반도체에 대해 더 알아봅시다 : 터널 다이오드의 발명 102

Chapter 3 계산하는 반도체
아날로그 반도체와 디지털 반도체 계산하는 디지털 반도체 106
nMOS와 pMOS를 조합한 CMOS 디지털 처리에 빼놓을 수 없는 회로 109
CMOS 회로를 사용해 계산할 수 있는 구조 0과 1만으로 복잡한 계산을 할 수 있다 114
IC와 LSI 동일한 반도체 기판상에 전자 회로를 만들다 118
마이크로프로세서 MPU 일본 전자식 탁상 계산기 업체의 아이디어에서 탄생하다 122
무어의 법칙 반도체의 미세화는 어디까지 계속될까 127
시스템 LSI 제작 방법 대규모 반도체를 설계하는 방법 131
반도체에 대해 더 알아봅시다: : 인텔의 역사 136

Chapter 4 기억하는 반도체
여러 가지 반도체 읽기 전용 ROM과 다시 쓸 수 있는 RAM 140
반도체 메모리의 주역 DRAM 컴퓨터 주 기억 장치에 사용 145
DRAM의 구조 MOSFET과 커패시터를 동일한 실리콘 기판상에 제작 150
고속으로 작동하는 SRAM 플립플롭을 사용한 메모리 153
플래시 메모리의 원리 USB 메모리 및 메모리 카드에 사용 157
플래시 메모리의 구성 NAND형과 NOR형 162
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
태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양 전지 태양 전지는 전지가 아니다 174
발광 다이오드 LED 전기를 직접 빛으로 변환하기 때문에 효율이 좋다 182
청색 LED 세 명의 일본인 노벨상 수상자를 중심으로 개발 188
또렷한 빛을 쏘는 반도체 레이저 CD·DVD·BD 픽업 및 광통신에 사용 194
디지털카메라의 눈, 이미지 센서 카메라 눈으로 사용되다 201
무선용 반도체 mm파 영역대의 전파도 증폭시킬 수 있는 반도체 205
산업 기기에 널리 사용되는 파워 반도체 고전압에서 동작하는 반도체 210
반도체에 대해 더 알아봅시다 : 빛 에너지 215

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