코로나와 함께 전세계 경제 흐름이 흔들리면서 여러가지 의미로 주식시장도 덩달아 핫한 요즘입니다. 코스피 지수가 역대 최대의 큰 폭으로 등락을 반복하며 우리나라 대장주 중 가장 단단하고도 이슈가 많은 삼성전자 주식에도 역대 최대의 관심이 몰리고 있습니다. 삼성전자는 사업 영역이 매우 넓어 시장의 작은 변화에는 우량주 고유의 우직함으로 버텨줄 것으로 기대했었는데, 최근 미국의 반도체 관련 이슈 및 여러 기관의 램 가격 변동 예상치 덕분에 주가가 날마다 빠지고 오르기를 반복하고 있습니다. 이번 글에서는 도대체 반도체가 무엇인지 알아보겠습니다.
반도체
글자그대로의 반도체는 전국민이 모두 알만큼 유명합니다. 각종언론에서 날마다 언급되고 있어 그게 무엇인지는 잘 몰라도, 아 반도체가 부족해서 차량생산이 어렵다고 하는구나, 아 반도체가 잘 팔려서 올해 삼성전자 하이닉스 실적이 좋다고 하는구나, 등등 일상에서 접하는 정보에 항상 반도체가 등장하기 때문입니다. 하지만 이과 중에서도 전공이 전자전기공학 관련 학과의 공대생 출신이 아니라면 진짜 반도체가 무엇인지에 대해서는 정확히 알 수 없습니다. 이번 글에서는 전공자가 아닌 일반인 입장에서 반도체가 무엇인지 이해할 수 있도록 아주 쉽게 풀어보겠습니다.
먼저 반도체가 무엇인가에 대해서는 반.도.체.라는 세글자를 가만히 노려보면 알 수 있습니다. 반-도체, 즉 반만 도체인 물질을 반 도체라고 합니다. 그럼 도체는 무엇일까요? 네 전기가 통하는 물질을 도체라고 합니다. 반대로 전기가 통하지 않는 물질을 부-도체라고 합니다. 결국 순서대로 보면, 도체 / 반도체 / 부도체 이렇게 전기가 통하냐 반만 통하냐 안통하냐를 기준으로 구별할 수 있는 것입니다. 그럼 전기가 반만 통한다는게 무슨 말일까요? 말 그대로 반만 전기가 통하면 어쨋든 전기가 통하니까 도체랑 같은것이 아니냐.. 할 수 있습니다. 여기서 반 만 통한다는 말은 실제로 100의 전기가 반도체를 통해 50만 늘 통한다는 말이 아니라, 100의 전기 중 원하는 만큼의 전기를 제어하여 통하게 할 수 있는 가변성을 뜻합니다. 마치 수도꼭지와 같은 스위치인것입니다. 예를 들어 수도꼭지를 10%만 열면 10% 수준만 물이 흐르고, 20% 열면 20%만 흐르고, 반을 열면 열린 반만큼의 물이 흐르고, 모두 열면 열린 모든 면적만큼 물이 쏟아져 나오듯 반도체는 물 대신 '전류'를 흘리게 됩니다.
디지털
반도체는 위에서 설명한 것처럼 결국 전류를 흘리냐 마느냐, 혹은 얼만큼만 흘릴 것인가를 사용자가 제어할 수 있는 물질을 일컫습니다. 그럼 이런 반도체가 왜 중요할까요? 디지털 세계는 모두 0과1로 구성되어있다는 말을 들어보신 적이 있을겁니다. 이 0과1이 반도체에서도 매우 중요한데요, 0과1은 숫자 0,1이 아니라 off,on을 상징적으로 나타낸다고 받아들이시면 됩니다. 이 말은 결국 다시 스위치가 된다는 것입니다. 결국 디지털 세계는 스위치 온/오프를 쭉 나열한 2진수를 언어로 사용하는데, 이때 반도체를 이용하면 이 2진수를 표현하게 되는것이죠. 예를 들어 이진법으로 숫자 4을 나타내면 100이 됩니다. 숫자 5는 101이고, 숫자 6은 110이 되겠죠. 이때 이진수 100, 101, 110을 살펴보면 결국 각 세자리에 1과0으로 숫자가 적혀있으므로 각 자리에 on/off를 나타낼 수 있는 반도체가 하나씩 총 3개가 존재하게 되면, 이 반도체 3개를 가지고 숫자를 표현할 수 있는 것이죠. 자, 세자리를 가지고 나타낼 수 있는 최대 이진수는 111일태고 이는 일반 숫자로 나타내면 4+2+1 = 7이 됩니다. 세자리에서 나타낼 수 있는 최소 이진수는 000이고 이는 0이므로 결국 우리는 3개의 반도체로 0~7까지 총 8개의 숫자를 나타낼 수 있는 것이죠. 만약 반도체 10개가 있다면, 2의 10승 결국 1024개의 숫자를 나타낼 수 있는데, 이처럼 반도체 스위치의 개수가 하나씩 늘어날 때마다 표현할 수 있는 수의 범위가 2배씩 계속 늘어나기 때문에 실제로 반도체를 수천, 수만개 사용하면 수억 수조개의 데이터를 만들어낼 수 있게 됩니다. 결국 이때문에 반도체가 매우 중요해집니다.
소자
위에서 쉽게 설명하기 위해 반도체를 하나의 스위치라고 했지만, 실제로 우리가 사용하는 반도체는 물질 자체로서 0과1을 그냥 나타내주지는 않습니다. 보통의 반도체는 우리의 생활환경에서 전류가 통하지 않습니다. 반도체에 전류를 흘리기 위해서는 해당 소재에 특정 수준의 전기를 공급하고, 또 그때 흐르는 전류를 제어할 수 있어야하기 때문에 여러 소재들을 복잡하게 구성하여 '소자'로 만들게 됩니다. 이때 소자를 만드는 방법과 형태에 따라서 반도체의 역할도 조금씩 달라지게 되는데, 대표적으로 우리가 알고 있는 메모리, CPU, 센서 등이 형태에 따라 달라지는 반도체 소자의 모습입니다. 이 소자들 중에서도 반도체의 0과1, 즉 온/오프 만 가지고 데이터를 다루는 경우를 디지털 소자라고 하며, 반대로 10%, 20%~90% 등 온/오프 사이에서 얼만큼의 전류를 흘릴지를 제어하면서 그 흐르는 정도를 소자에서 활용하는 경우 아날로그 소자라고 합니다. 대표적인 디지털 소자는 메모리를 들 수 있는데, 원하는 정보가 왔을때 그 정보의 디지털데이터가 0과1로 변환되면 그 상태를 메모리 자체에서 온/오프 상태로 저장하기 때문입니다. 반면 이미지 센서는 대표적인 아날로그 소자인데, 이는 똑같은 반도체를 기반으로 만든 소자임에도 불구하고, 실제로 주변에서 빛을 받으면 받은 강도에 따라 다를 신호를 표현해야하기 때문입니다. 햇빛이 100일 때 100을 받고, 70일때는 70만 받아 표현해야하는데, 만약 메모리처럼, 햇빛이 있다/없다로 구분을 해버리면 우리는 낮에는 그냥 흰색 이미지, 밤에는 검은 이미지만 보여주는 카메라를 사용해야 하기 때문입니다.
오늘은 반도체가 무엇인가에 대해 간단히 살펴보았습니다. 다음에는 조금더 구체적으로 각 소자에 대해서 살펴보고 삼성전자의 여러 사업 분야 중 반도체의 중요성이 얼마나 큰지에 대해서도 함께 살펴보도록 하겠습니다.
