나경수 전자정보인협회 회장
![[DT광장] 반도체, `디지털 미래` 견인하려면](http://contents.dt.co.kr/images/201702/2017021502102351607001[1].jpg "[DT광장] 반도체, `디지털 미래` 견인하려면")
실리콘(silicon)은 규소(硅素/珪素)인데, 탄소족 원소의 하나이다. 원소기호 Si, 원소 기호 14, 원자량 28.09. 산화물이나 규산염으로 암석 중에 다량으로 존재하며, 지각(地殼) 중의 존재량은 산소 다음 간다. 트랜지스터와 집적회로 그 밖의 반도체소자로 쓰이며, 규소 수지·실리콘 유 등의 유기 규소 화합물로서도 중요하다.
규소강(硅素鋼)은 규소를 0.4~5% 함유하는 특수강이다. 탄소 등의 불순물이 아주 적고 투자율(透磁率)· 전기저항이 높으며 자기이력(磁氣履歷;magnetic hysteresis) 손실이 적으므로 변압기의 철심이나 회전기 등에 쓰인다. 또한 규소 고무(silicon rubber)는 상온에서도 약간의 유동성을 띠는 무색 또는 희미한 황색을 띤 탄성 고체를 말한다. 내열성(耐熱性)이 강해 발열하는 곳에 특수 재료로 사용되며, 그 밖에도 전기절연재료·패킹재료 등에 두루 쓰인다.
규소 수지(樹脂; silicon resin)는 규소에 탄소·수소 등의 유기물을 결합시킨 물질이다. 높은 열이나 습기 등에 강하므로 절연체·방수제 등으로 쓰이는데, 이를 실리콘(silicone)이라 부른다. 실리콘(silicone)은 유기규소 화합물의 중합체의 총칭인데, 내열·내수성 그리고 전기 절연성이 탁월하다. 다시 말해서, 실리콘(규소)를 주성분으로 하는 고분자 물질을 말할 때 쓰는 호칭으로, 실리콘유(규소유), 실리콘 수지(규소 수지) 등이라 한다.
주지하는 바와 같이 실리콘은 반도체와 액정표시장치(LCD), 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이패널의 주원료로 쓰인다. 지구 내에서 산소 다음으로 풍부한 원소가 실리콘이다. 지각 무게의 약 25% 이상을 차지하는 것으로 추정된다. 금속과 비금속 특성을 모두 갖는 준금속으로, 전기를 통하게 할 수도 있고 또 전기를 통하지 않게 할 수도 있는 일종의 반도체적 성질을 갖고 있다.
실리콘은 전기가 잘 흐르는 도체와 전기가 흐르지 않는 부도체의 중간 성질을 갖고 있다. 평소에는 전기가 통하지 않지만 불순물이 섞이거나 또는 빛이나 열을 가하면 전기가 통하는 성질이 생기는데, 독성은 없다. 지구상에서 비교적 풍부한 물질이기에 안정적 조달이 가능하다고 한다.
이와 같은 장점 때문에 디지털 시대에서 여러 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 미국의 정보통신(IT) 산업의 요람 실리콘밸리(Silicon Valley)도 물론 실리콘과 연관이 깊다. 미국 캘리포니아주 샌프란시스코 근교에 있는 산타클라라 지구의 별명이다. 반도체 소자 생산업체가 밀집해 있고, 구글과 애플 등도 이곳에 둥지를 트고 있다. 반도체 칩의 창시자로 알려진 밥 노이스도 이곳 실리콘밸리에서 창업했다.
모래에서 추출한 실리콘을 반도체의 재료로 쓰기 위해서는 일정한 정제과정이 필요하다. 우선 실리콘을 뜨거운 열로 녹여서 고순도 용액으로 만들어 원통형의 실리콘 기둥으로 가공한다. 이것을 잉곳(ingot)이라고 하는데, 이 잉곳을 다시 질서정연하게 절단하면 원판형의 웨이퍼(wafer)가 된다. 웨이퍼는 직경의 표준이 정해져 있는데, 근래에 가장 많이 쓰이는 웨이퍼는 직경 300mm이다. 이렇게 칼로 무를 썰어내듯 일정하게 잘려 나온 웨이퍼는 전기가 통하지 않는 상태에 있다.
때문에 반도체적 성질을 갖도록 다양한 물질을 덮고 깎는 반복 과정을 거치게 된다. 이러한 가공이 끝난 웨이퍼 원판에서 각각의 칩을 잘라내면 스마트폰이나 TV에 탑재되는데 이른바 "칩"이란 것이 된다. 최근에는 이 보다 큰 450mm 웨이퍼도 개발되고 있다고 한다. 웨이퍼 직경이 커지면 그 만큼 면적이 넓어져 한 번에 더 많은 칩을 생산할 수 있기 때문이다.
LCD와 OLED 패널 아래쪽에는 회로를 구동(驅動)해서 화면을 표시하도록 도와주는 박막(薄膜; 얇은 막)형태의 트랜지스터가 탑재된다. 이것이 TFT(Thin Film Transistor)라고 칭하는 것인데, 이것 역시 주요재료는 실리콘이다. 따라서 광의로 해석해서 디스플레이 패널 역시 반도체 제품으로 분류되고 있다.
반도체(半導體; semiconductor)는 전기를 전하는 성질이 도체(導體)와 부도체(不導體)의 중간 정도인 물질의 총칭이다. 즉 도체와 절연체의 중간 성질을 갖는 물질이다. 저온에서는 전류를 거의 전도하지 않아나 고온이 될수록 전기 전도도가 증대한다. 일반적으로 저온에서는 부도체에 가까우나 온도를 높이면 전기 전도성(傳導性)이 높아진다. 전기의 전도가 전자에 의해서 이루어지는 N형과 양공(陽孔)에 의해서 이뤄지는 P형이 있다. 규소·게르마늄·셀렌·탄소나 금속의 산화물 등, 전자기기의 소자(素子) 등에 널리 이용되고 있는데 앞으로는 디지털 시대의 우리 생활 곳곳에 그리고 모든 기기에 많이 응용될 것으로 기대되고 있다. 한국은 반도체 강국이다. 반도체 강국의 지위를 앞으로도 유지하려면 지속적인 혁신만이 정답이다.
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