현대사회와 신소재 목포해양대학교 _20223445_ 심효택 _ 기말과제스마트폰 및 반도체의 필요성 , 관련 기술 및 시장의 현재 상황 ( 과제 배경 ) 스마트폰의 필요성 스마트폰은 우리 삶에서 떼어낼 수 없는 존재가 되었다 . 스마트폰이 없는 삶은 상상하기 어렵다 . 최근엔 스마트홈의 발전으로 집안의 설비들을 어디서든 스마트폰만 있다면 제어할 수 있다 . 2019년 기준 대한민국 성인의 스마트폰 사용률은 93%이다. 2012 년 이후로 급격하게 상승하며 현재에 이르렀다 . 특히 그래프 1.2 를 보면 60 대 이상의 스마트폰 사용률은 2012 년 상반기 10% 초반에 그쳤지만 , 2016 년 10 월 70% 선에 도달했다 . 앞서 언급하였 듯 이 우리는 주변에서 스마트폰을 사용하지 않는 사람을 찾기 어려워졌다 . 즉 , 스마트폰은 이미 우리의 삶에 깊게 침투해 있는 것이다 . 반도체의 필요성-경제적 반도체는 대한민국의 대표 수출 상품이다 . 크게 보면 시스템 반도체와 메모리 반도체로 나누어지는 이 반도체는 우리나라의 수출을 견인하고 있다고 봐도 무방하다 . 산업통상자원부에 따르면 지난해 총 수출액 중에서 17.5%의 비중을 차지하며 전체 수출 품목 중 1위를 차지 했다 . 세계 반도체 시장에서 1 위인 미국 (48.8%) 을 뒤이어 한국이 23.6% 로 2 위를 달리고 있다 . 반도체 상위 기업을 살펴보면 세계 1 위와 3 위가 모두 대한민국 기업이다 . 1 위는 삼성전자로 메모리 반도체에서 1 위이며 점유율이 2017 년 기준 14.5% 에서 2018 년 15.4% 로 증가하였다 . 3 위는 SK 하이닉스로 세계 3 위이며 , 메모리 반도체 분야에서 2 위를 달리고 있다 . 이 두 기업만 봐도 우리나라는 시스템 반도체 보다는 메모리 반도체에 강점이 있다고 알 수 있다 .스마트폰 및 반도체의 필요성 , 관련 기술 및 시장의 현재 상황 반도체의 필요성-기술적 전자산업의 ‘쌀’이라 불리는 반도체는 3 차 산업혁명을 이끈 가장 큰 원동력 가운데 하나다 . 이재용 삼수 없는 관 계이다 . 출처 : 한국경제 , ’ 산업의 쌀’인 반도체 , 4 차 산업시대에 중요성 더 커져 , 황정수 기자 , 2019.05.13진공관 : 큰 면적 을 차지 하면서 , 엄청난 열 을 발생 시킴 . 트랜지스터 : 전자기기의 크기 및 소비전력이 대폭 줄어들고 가격 도 획기적으로 낮아짐 . 집적회로 : 수천 개의 트랜지스터 를 하나의 손톱만 한 칩 형성 , 이로 인해 작고 값싼 컴퓨터 , 라디오 등의 개발이 활발 해짐 . LSI : 고밀도 집적회로 를 뜻하며 소형화 , 저전력화 , 고속화 를 실현하고 신뢰성 을 높이는 데 도움이 되고 있다 . LSI 보다 집적도를 더욱 높인 회로 를 VLSI ( 초 고밀도 집적회로 ) 라고 한다 . 연도 발전 최초의 정식 스마트폰 2007 년 애플의 아이폰 첫 출시 다양한 형태로 스마트폰 출시 감압식 터치스크린 , 메모장 , e-mail, 오락 가능 . 1993 년 대중에게 공개되고 , 미국의 전기통신 회사인 벨 사우스에게 팔림 당시 미국인들은 휴대전화 , 업무용 블랙베리 , MP3 를 따로 들고 다녔고 스티브잡스는 이 모든 기기를 하나로 합친 스마트폰이 나와야 한다고 생각하여 출시 2007 년 아이폰 출시 이후 다양한 형태로 출시되는 중 . 현재 Folderble 한 스마트폰이 출시되었고 앞으로 더욱 다양한 형태의 스마트폰이 출시되리라 기대됨 스마트폰의 변천사와 반도체의 역사반도체의 구조 및 제조 방법 반도체의 구조 반도체(semiconductor) - 도체와 절연체의 중간 반도체 증착 구조 차세대 트랜지스터 구조 GAA (Gate-All-Around) 이전의 PLANAR 구조는 , 누설전류가 생기는 단채널(Short Channel) 현상이 발생 하는 등 동작 전압을 낮추는 데 한계 가 있었고 , 이를 개선하기 위해 입체 (3D) 구조의 공정기술이 개발되었는데 이를 핀펫(FinFET) 이라고 한다 . 구조가 물고기 지느러미 (Fin) 모양을 닮았다고 해서 핀 트랜지스터라고 부른다 . 게이트와 채널 간 접하는 면이 분류 – 상온 전도도로 비교(상온 전도도가 높을수록 전도체) 전도체 (Conductors) : 금속 (107) ex. 은 , 구리 , 철 반도체(semiconductor)- 실리콘 , 게르마늄 , GaAs(10-4) 조절능력 有 반도체의 전도도는 전자와 정공의 숫자와 이동도를 고려해서 계산한다 . 절연체 (insulator)- 세라믹 (10-9) 또는 고분자 (10-14) ex. 소다라임 유리 , 콘크리트 , 산화알루미늄 [ 전도도에 따른 분류 ] 물질의 온도 특성 저 항 온도 [ 반도체의 에너지밴드 ] 도체 절연체 , 반도체 주기율표 주기율표의 4 족에 있는 원소 반도체와 3 족 , 5 족 원소들의 결합으로 이뤄지는 화합물 반도체가 있다 . 원소반도체는 한 가지 원소로 구성된 반도체로서 실리콘 (Si), 게르마늄 (Ge) 가있다 . 특히 , 실리콘은 집적회로 (IC,Integrated Circuits) 에 가장 많이 사용되는 반도체로 모래로부터 얻을 수 있다 . 에너지밴드 – 반도체의 전도 좁은 밴드갭 ( 2eV) 을 가지고 있으며 , 밴드갭을 사이로 더 많은 전 자가 여기된다 . 반도체에서의 전하 운반체 자유전자 - 음전하 , 전도 밴드 위치 → Valence Band 의 전자가 Conduction Band 로 이동해 자유전자가 됨 . 홀 – 양전하 , 가전자밴드의 비어있는 전자 상태 반도체의 광학적 물성 반도체에서의 선택적 빛의 흡수 특정 주파수 (v) 의 빛 흡수가 전자천이에 의해 발생한다 . 양자에너지에 따라 빛의 물성 변화 ( 밴드갭 에너지 보다 작으면 투과가 발생 ) * 파란 빛 : 3.1eV, * 빨간 빛 : 1.8eV // 밴드 갭 = 2.4eV 고에너지 영역 가시광선 → 흡수 ( 파란색 , 보라색 ) 저에너지 영역 가시광선 → 투과 ( 빨 , 주황 , 노 ) 밴드갭 에너지보다 작기 때문이다 .반도체의 물성 반도체의 전도 좁은 밴드갭 ( 2 eV) 을 가지고 있으며 , 밴드갭을 사이로 더 많은 전자가 여기된다 . Si( 반도체 ) 의 경우에는 규칙적으로 늘어서 있다 . 한 개의 실리콘 원자는 최외각에 4 개의 전자를 가지는 주기율표상의 4 족원소이고 , 서로 이웃하는 전자끼리는 굳게 결합함으로써 결정을 이룬다 실리콘은 어떻게 반도체의 전기전도도를 조절할 수 있는가 ? 반도체 물질에 불순물을 주입하여 전기 전도도를 조절한다 . 이온주입법 (ion implanation ) : 주입하는 불순물의 양에 따라 반도체 물질의 전기전도도를 조절 가능하다반도체의 응용분야 모터 구동 회로 IC OP 앰프 회로 IC 전력 제어 회로 IC 전력 증폭 회로 IC 드라이브 회로 IC 계측 회로 IC 통신 회로 IC 고주파 회로 IC 음성 합성 , 음성 인식 IC 비디오 회로 IC 센서 IC 자동차용 회로 IC 항공기용 회로 IC 선박용 회로 IC 보안감시 회로 IC 로봇 회로 IC RF IC 반도체의 응용 A/D 변환 , D/A 변환 IC 전원 회로 IC 인터페이스 회로 IC 에너지 회로 IC 기계 변위 회로 IC 타이밍 회로 IC 디지털 신호 처리 회로 IC 신호 발생 회로 IC PLL(Phase-Locked Loop : 위상 동기 ) 회로 반도체회로 응용 로봇회로 로봇을 제작하기 위해서는 우선 그 로봇이 무슨 목적을 하는지를 파악해야 할 것이다 . 만일 사람 같은 로봇을 만들고자 한다면 사물을 인식하는 인식회로 ( 카메라 , 기타 인식수단 등 ) 가 있어야 할 것이고 , 대화를 하기 위해 음성인식회로 , 말하는 회로 가 필 요할 것이다 . 그리고 손발을 움직이거나 걷기 위하여 모터 구동회로 가 있어야 할 것이며 , 기본적인 판단을 하기 위해서는 CPU, 임베디드 OS, 임베디드시스템 , 마이크로컨트롤러 등이 필요할 것이다 . 또한 각종 사 물들을 인식하기 위한 센서 , 반도체 가 필요 하다 . 그리고 음성 또는 영상을 저장하기 위해 메모리 등 저장장치 가 필요할 것이다 . 또한 얻은 신호를 디지털 처리하기 위하 여 A/D 변환 회로 가 필요할 것이다 . 이와 같은 회로들을 하나하나 맞춰 가면서 로봇을 제작해 나간다 .을 인식하고 상생 도모 : 양산 테스트 및 테스트용 패턴웨이퍼 공급사업 등을 진행중이다 . 2. 낮은 후방연쇄효과 - 소재 장비기업들은 반도체 슈퍼호황에 도 불구하고 영업실적 개선폭이 크지 않다 . 소재부문 에서 후방연쇄효과가 낮은 구조적 원인은 메모리는 제한된 공간에 Cell 을 얇고 높게 쌓는 적층기술로 발전하기 때문에 반도체 호황이 소재시장 확대로 직결되지 않는다 . 장비부문 에서 메모리 호황으로 국내 장비시장은 비약적으로 확대 되었으나 , 낮은 국산화율 때문에 장비기업 성장은 기대 이하이다 . 1. 소재 장비의 높은 해외 의존도 - 국내 반도체 국산화율은 소 3. 메모리에 편중된 반도체 생태계 - 글로벌 반도체 시장의 재 50% 내외 , 장비 20% 내외이다 . 65% 는 시스템반도체로 메모리 반도체보다 더 큰 시장이지만 , 국내는 메모리 생산만 주력이다 . 국내 시스템 반도체 위상이 약한 원인은 메모리 반도체에 비해 역사가 짧고 , 반도체는 대기업에서만 생산한다는 고정관념으로 정부 R D 지원 부족하다 . 그리고 중소기업의 낮은 처우수준으로 인해 인력 수급이 어렵다 . 개선방안 대기업이 메모리 반도체 역량강화에 주력한다면 , 시스템 반도체는 국가적 차원에서 R D, 우수인력 유치 지원 확대할 필요가 있다 . 4. 중국의 기술 추격 - 중국은 25 년까지 반도체 자급률 75 %( 현재 20%) 를 목표로 반도체굴기를 추진했으나 , 미국의 전제로 달성이 쉽지 않을 전망이다 . 美 中 간 메모리 기술격차는 낸드 최소 3 년 , D 램 최소 5 년으로 추정되며 , 中 기업들의 양산계획이 지연되며 이 격차마저 확대될 예정이다 . 중국의 끊임없는 기술획득과 생산계획을 위한 M A 시도로 미국의 견제가 풀리게 되면 중국의 빠른 발전 속도는 막을 수 없을 것으로 보인다 .반도체의 향후발전방향(연구 및 시장) 시장이 모바일 중심으로 재편되고 자동차용 부품 , 낸드플래시 기반 저장 매체 (SSD1), eMMC2)) 등에서 반도체의 신규수요가 증가하고 있으며 , ow}
현대사회와 신소재 목포해양대학교 _20223445_ 심효택 _ 중간 과제과제의 주제 반도체 집약체 “ 스마트폰 ” 이제는 우리의 삶에서 전자기기를 빼놓을 수 없다 . 그 중 최고는 단언컨대 스마트폰이라 말 할 수 있다 . 삼성전자 는 연결기준 올해 1 분기 매출액 77 조원 , 영업이익은 14 조 1000 억원으로 잠정 집계됐다고 7 일 밝혔다 . 앞서 증권가에서는 삼성전자 의 1 분기 매출을 75 조 1454 억원 , 영업이익 13 조 1031 억원 수준으로 전망한 바 있다 . 매출은 전년 동기 대비 17.76% 올라 사상 최대치를 기록했다 . 전분기 대비로는 0.56% 증가했다 . 영업이익도 전년 동기 대비 50.32% 나 늘었으며 전분기 대비로는 1.66% 올랐다 . 삼성전자 의 1 분기 ‘ 역대급 실적 ’ 을 가능케 한 일등공신은 단연 ‘반도체 ’ 다 . 우려했던 메모리 반도체 가격 하락 폭이 예상보다 적은 덕에 통상 실적이 가장 낮은 1 분기 ‘보릿고개 ’ 를 가뿐히 넘었다 . - 아시아 경제 - 이렇게 우리의 삶 뿐만 아니라 국가 경제에도 큰 영향을 미치는 반도체를 알아보며 주의 깊게 반도체를 바라보며 반도체에 대한 이해를 심화할 것이다 . 그러면 스마트폰에 어떤 부품이 들어가고 어떤 기능을 하는지 알아보자 .프로세서 : 스마트폰의 중앙 처리 장치로서 인간의 두뇌와 같이 연산과 제어를 담당하며 시스템 반도체 ( 비메모리 반도체 ) 로 분류 메모리 : 스마트폰에서 정보를 저장하고 저장한 데이터를 불러올 때 사용 휘발성 메모리 : 빠른 속도로 데이터를 쓰고 불러올 수 있지만 , 전원이 끊어지면 데이터 소실 ex) SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM) 비휘발성 메모리 : 속도가 느린 대신 전원이 끊겨도 데이터를 유지할 뿐 아니라 경제적이고 소형이기 때문에 휴대용 어플리케이션으로의 진화를 가능하게 함 ex) 플래쉬 메모리 리시버 : 무선주파수 , Connectivity 신호를 수신하여 처리하는 기능을 수행하는 무선 통신 칩 . 요즘 AP 와 통합되어 하나의 칩으로 생산되는 경향이 있음 디스플레이 : 화상신호를 화면상에 출력해주는 발광형 반도체 스마트폰에서 반도체의 용도 - 기능 -스마트폰에서 반도체의 용도 - 부품 - PMIC(Power Management IC),BMIC : 배터리와 전력을 효율적으로 공급 , 관리하는 역할 Micro USB Interface : Data 전송을 위한 고속 Driver 6-Axis Sensor : 3 축의 가속도 , 3 축 각도 . 핸드폰의 위치 , 움직임 등을 알아내는 센서 BT/ Wifi : 블루투스 , 와이파이 IC. Modem 이 주 기능 DDI(Display Driver IC) : 다양한 색을 구현하는 디스플레이 구동 칩 Touch / Force Sensor : 터치 컨트롤러 Haptic : 진동 알람을 했을 때 Haptic 센서로 부터 진동 반응이 옴 RF Tx/Rx : 전화 및 Data 전송을 위한 송수신 회로 + Modem CIS(CMOS Image Sensor) : 피사체를 디지털 신호로 변환해주는 이미지 센서 Auto Focus Driver/OIS : 초점을 맞추기 위해 Lens 의 위치를 이동 시키는 Driver - 사용자의 고유 정보를 식별하고 저장하는 역할을 함 NFC, 자이로 센서 , Audio Driver IC 등등스마트폰에서 반도체의 용도 - 변천사 - 진공관 : 큰 면적 을 차지 하면서 , 엄청난 열 을 발생 시킴 . 트랜지스터 : 전자기기의 크기 및 소비전력이 대폭 줄어들고 가격 도 획기적으로 낮아짐 . 집적회로 : 수천 개의 트랜지스터 를 하나의 손톱만 한 칩 형성 , 이로 인해 작고 값싼 컴퓨터 , 라디오 등의 개발이 활발 해짐 . LSI : 고밀도 집적회로 를 뜻하며 소형화 , 저전력화 , 고속화 를 실현하고 신뢰성 을 높이는 데 도움이 되고 있다 . LSI 보다 집적도를 더욱 높인 회로 를 VLSI ( 초 고밀도 집적회로 ) 라고 한다 . 연도 발전스마트폰에서 반도체의 용도 – 향후 계획 - 지금까지 반도체의 기능 , 부품 , 변천사에 대해 알아보았다 . 하지만 이것은 빙산의 일각일 뿐이다 . 그러므로 반도체를 구성하는 기본 원소부터 여러가지 성질을 알아가야 한다 . 반도체의 물성 알아보기 반도체의 특성 알아보기 반도체의 제조 과정 알아보기 반도체의 특성 및 용도 파악하기 궁극적 목표{nameOfApplication=Show}
