하나의 반도체가 만들어지려면 여러 복잡하고 다양한 공정을 거쳐야 하며, 공정마다 수많은 전문 용어가 사용된다. 여기에 약어까지 더해지면 전문 지식이 없으면 마치 외계어처럼 들리기도 한다. 이에 SK하이닉스 대학생 앰버서더가 직접 기획, 연출한 숏폼 콘텐츠인 ‘하닉어사전’ 시리즈는 1편부터 지난 3편까지 3회차에 걸쳐, 이처럼 복잡하게 세분화돼 있는 각 반도체 공정별로 어렵고 생소한 전문 용어를 이해하기 쉬운 MZ세대의 언어로 재해석해 소개해 왔다.
이번 4편에서는 반도체 속에서 반도체가 제대로 동작할 수 있도록 하는 ‘소자’를 주제로, 관련 전문 용어들을 쉽고 재밌게 풀어냈다. 어떤 내용이 담겨 있는지 함께 더 자세히 살펴보자.
소자, 반도체 칩의 심장
오늘날의 전자기기는 대부분 반도체 칩을 중심으로 동작한다. 그 칩 안에는 전류를 켜고 끄고, 정보를 저장하고, 신호를 제어하는 ‘회로의 최소 단위’인 ‘소자’ 수십억 개가 나노미터 크기로 집적돼 있다. 만약 이 소자를 업그레이드시켜 더 빠르게 전류를 켜고 끄거나 같은 크기로 더 많은 용량을 구현할 수 있다면, 기존보다 더 많은 양의 정보를 더 빠르게 저장하거나 출력할 수 있을 것이다. 바로 이 소자의 성능이 곧 반도체 칩의 성능을 결정한다는 뜻이다.
▲ 반도체 칩 속에 소자들이 격자 형태로 배치돼 있다.
칩 속에서 다양한 역할을 수행하는 소자들
소자도 종류가 다양하다. 어떤 소자는 전류를 켜고 끄는 ‘스위치’ 역할을 하고, 또 다른 소자는 전류의 방향을 결정하며, 전하를 받아들여 정보를 보관하는 역할을 하는 소자도 있다. 그중에서도 주요 소자로는 아래 다섯 가지를 꼽을 수 있다.
1. 트랜지스터(Transistor)
전류를 켜고 끄는 전기 스위치로, 디지털 회로의 ‘0’과 ‘1’을 만든다. 현대 반도체의 집적도를 가능하게 한 혁신적 발명으로 평가받는다.
2. MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)
게이트 전압이 ‘임계 전압*’을 넘어야 채널이 열리고 전류가 흐르는 소자다. 전력 소모가 적고 고속 동작이 가능해 메모리·로직 칩 모두에서 핵심적으로 사용된다.
3. 다이오드(Diode)
전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 전기 ‘역류 방지 장치’다. 정류, 회로 보호, 신호 검출 등 다양한 용도로 쓰인다.
4. 커패시터(Capacitor)
전하를 저장·방출하는 ‘전기 저장소’다. D램 셀의 핵심 부품으로 정보 저장 기능을 담당한다.
5. PN 접합(PN Junction)
전자(N형)와 정공(P형)이 만나 전위 장벽을 형성하는 구조로, 다이오드, 트랜지스터, 태양전지 등 다양한 소자의 기반이 된다.
* 임계 전압(Vth): 해당 소자에 전류가 흐르기 시작하는 전압 수치
▲ 각 소자의 기본 구조를 단순화한 아이콘 5종
소자 개발이 중요한 이유
소자 기술의 발전은 △미세화 △고속화 △저전력화 등 세 가지 축에서 경쟁력을 만든다. 예를 들어, 미세 공정에서의 MOSFET은 수 나노미터 크기의 채널에서도 안정적으로 동작하는 방향으로 발전하고 있으며, 이를 위해 최근에는 누설 전류를 최소화하는 새로운 구조(GAA, FinFET 등)가 연구되고 있다.
이에 SK하이닉스 소자 직무 엔지니어들은 소재 개발, 공정 최적화, 회로 설계를 유기적으로 결합해 더 작고 빠르며 전력 효율이 높은 반도체를 만들어 가고 있다.
▲ 소자 미세화 단계별 비교(90nm → 14nm → 5nm)
어려운 기술용어, 숏폼으로 쉽고 친근하게
이번 ‘하닉어사전 – 소자편’에서는 이처럼 어렵게만 느껴지는 ‘소자’ 관련 용어들을 더 쉽고 이해하기 쉽게 설명하는 데 주안점을 뒀다. 트랜지스터와 MOSFET의 임계 전압을 근육에 부하가 가해지는 일정 무게 이상의 덤벨을 들어야 근육이 자극되는 헬스의 ‘근육 자극 임계점’에 비유해, 일정 전압 이상이 돼야 전류가 흐르는 작동 원리를 소개하는 식이다. 특히 기획부터 촬영·편집까지 전 과정을 대학생 앰버서더가 직접 진행하며 기술을 더 친근하게 전달하기 위해 노력했다. 기술의 문턱을 낮추고 유용한 지식도 제공하는 ‘하닉어사전’ 시리즈에 앞으로도 많은 관심과 기대 부탁한다.
