반도체는 실생활에서 엄청나게 다양한 곳에 사용됩니다. 대표적으로는 스마트폰, 태블릿과 같은 전자제품들, TV 에어컨 세탁기 같은 가전제품들 심지어 아이들 장난감과 자동차까지 전기를 사용하는 모든 제품에 반도체가 들어갑니다. 반도체가 무엇이길래 실생활에서 뗄 수 없는 관계가 되었는지 알아봅시다.
사실 우리가 실생활에서 반도체라고 부르는 것이 정확히 반도체만을 말하지는 않습니다. 반도체를 사용하여 만드는 소자를 넓은 의미에서 반도체라고 부르고 있습니다. 정확히 말하면 반도체는 조건에 따라서 전기가 흐를 수 있도록 할 수 도 있고 흐르지 않도록 할 수 도 있는 물질을 말합니다. 하지만 실제 생활에서 우리가 반도체라고 말하면 반도체라는 물질을 가지고 만든 소자를 통칭합니다. 메모리 반도체, 로직 반도체, 전력 반도체 등 반도체란 물질이 들어가는 소자를 모두 반도체라고 부르고 있습니다.
실생활에서 사용되는 반도체의 역할
전자제품의 스위치
앞서 언급했듯 반도체는 물질입니다. 전기가 흐르는 물질인 도체, 그리고 전기가 흐르지 않는 물질인 부도체의 중간 성질을 가진 물질이 반도체입니다. 경우에 따라서는 전기가 흐르게 할 수 도 있고 흐르지 않게 할 수 도 있습니다. 반도체의 특성을 가지는 물질은 여러 가지가 있는데 대표적인 것이 바로 실리콘입니다. 실리콘은 우리 주변에서 아주 쉽게 볼 수 있는 물질입니다. 바로 모래의 주요 성분입니다. 이런 실리콘에 불순물을 주입하게 되면 가해주는 전압의 크기에 따라서 전기가 흐르는 도체가 되도록 할 수 도 있고 흐르지 않도록 할 수 도 있습니다. 입맛에 따라 전기가 흐르게 안 흐르게 할 수 도 있다는 것입니다. 이런 기능을 하는 장치가 우리 실생활에 어떤 게 있을지 감이 오시나요? 바로 스위치입니다. 우리가 방에 있는 조명을 켜거나 끌 때 스위치를 누릅니다. 조명에 전기가 흐르게 하면 켜지고, 전기가 안 흐르게 스위치를 내려주면 꺼집니다. 즉, 실리콘을 사용한 반도체는 전자제품 안에서 스위치 역할을 할 수 있습니다. 이것이 반도체가 우리 실생활에서 다양한 용도로 사용되는 가장 큰 이유입니다.
전자제품에 스위치를 사용하면 아주 다양한 일을 할 수 있습니다. 가장 대표적인 것이 전기 신호를 가지고 계산을 하는 것입니다. 우리가 컴퓨터(computer)라고 부르는 것이 compute +er로 사실은 계산기라는 의미입니다. 반도체를 사용해서 계산을 엄청나게 빠른 속도로 해주고 이걸 가지고 지금의 컴퓨터가 된 것입니다. 컴퓨터에 대해서 조금 공부를 해본 사람이라면 논리 연산자(and, or, not)라는 것을 배우셨을 텐데. 이 논리 연산자들을 반도체를 가지고 만듭니다. 스위치를 껐다가 켜는 것을 제어해서 전기신호를 합하고 곱하는 등의 연산을 하는 것입니다. 10진수의 숫자를 2진수로 바꿔 주고 전기가 들어오면 1, 꺼지면 0으로 표현해 준 뒤 논리 연산을 하는 반도체로 흘려보내서 계산을 합니다.
전자제품의 메모리
반도체를 사용해서 메모리를 만들 수 있습니다. 메모리라는 것은 기억 장치입니다. 전자제품을 가지고 우리가 계산을 하고 나면 그 결과 값을 어딘가에 적어 두어야지 원하는 시점에 꺼내서 사용할 수 있습니다. 메모리는 전기가 가해지는 동안에만 기억하고 전기를 끊어주면 기억을 못 하는 휘발성 메모리와 전기를 가하지 않아도 기억할 수 있는 비휘발성 메모리로 구분할 수 있습니다. 휘발성 메모리의 대표는 DRAM, 비휘발성 메모리의 대표는 NAND입니다.
메모리는 거의 대부분의 전자제품에 다 들어갑니다. 계산기능이 필요한 모든 종류의 기기에 들어가고, 데이터의 결과 값을 기억해야 하는 기기에도 모두 들어갑니다.
전자제품의 전력 제어
반도체가 쓰이는 또 다른 용도로는 전력 제어가 있습니다. 전력제어라고 하면 전자제품의 전압 수준을 제어해 주는 장치입니다. 전류가 한 방향으로만 흐르고 역류하지 않도록 하는 정류 작용, 전압을 원하는 크기로 증폭시키기 위한 증폭 작용 등이 있습니다. 실생활에서 전력반도체 역시 거의 대부분의 전자 제품에 들어갑니다. 앞서 말했던 반도체 스위치가 동작하려고 해도 일정한 크기의 전압을 가진 전기 신호가 정해진 방향으로 들어와야지만 동작할 수 있기 때문입니다.
디스플레이 장치
반도체는 전기 에너지가 가해지면 빛을 내는 성질을 가지기도 합니다. 빛은 빨강 파랑 초록의 세 가지 색의 조합으로 다양한 색을 나타낼 수 있습니다. 즉, 빨강 파랑 초록의 세 가지 빛을 내는 반도체를 잘 붙여 놓으면 원하는 색을 만들 수 있게 됩니다. 이러한 원리를 사용해서 우리가 보는 모니터 TV 등의 색을 표현하는 장치들을 만듭니다. 이런 역할을 하는 반도체 소자의 대표로 LED를 들 수 있습니다. LED는 light emitted diode로 빛을 발생하는 다이오드입니다. 다이오드는 일종의 전력반도체로 전기가 한 방향으로 흐르게 하는 정류 장치입니다. 정류 과정에서 빛을 내는 현상을 활용한 셈입니다.
반도체가 들어가는 기기
스마트폰, 태블릿, PC, 노트북
굳이 자세한 설명이 없어도 될 것 같습니다. 전기신호를 처리해서 계산을 하고 결과 값을 저장합니다. 사실 우리가 모니터로 보는 모든 결과물이 논리연산자로 계산한 결과물을 휘발성 메모리 반도체에 저장을 해서 보여 주는 것입니다. 그리고 전원을 끄더라도 영상이나 사진이 사라지지 않는 것은 비휘발성 메모리 반도체에 그 결과물을 저장해 둔 것이기 때문입니다.
자동차
최신 자동차는 엄청나게 많은 수의 반도체가 들어갑니다. 대표적으로 메모리 반도체가 사용되는 곳은 스마트 크루즈 같은 시스템입니다. 가장 간단하게는 운전할 때 원하는 속도를 넣어주면 그 값을 차량이 기억하고 속도가 넘어가면 줄여주고 속도가 모자라면 가속을 합니다. 기억하는 기능이 있기 때문에 가능합니다. 그 외에도 자동차 의자의 각도 조절을 기억하는 것 역시 메모리가 들어가 있기 때문에 가능합니다. 이외에도 엔진 출력을 제어하는 시스템에도 메모리 반도체가 사용됩니다.
장난감
최근에는 아이들 장난감에도 반도체가 들어갑니다. 대표적으로 어린아이들이 가지고 노는 장난감들을 보면 버튼을 누르면 노래가 나옵니다. 노래가 메모리에 저장되어 있기 때문에 가능한 것입니다.
가전제품 : 냉장고, 세탁기, TV 등
최근에는 가전제품들도 모두 반도체를 사용합니다. 과거에는 냉장고 세탁기에는 모터가 들어가고 반도체는 들어가지 않았는데 온도제어기능, 세탁모드 제어 기능 등이 들어가면서 반도체가 들어가고 있습니다. 모터를 제어하는 것도 반도체의 역할입니다. 심지어 선풍기에도 반도체가 들어가고 있습니다. TV도 반도체를 통해 화질 제어를 하고 있으며 일정한 수준의 전압을 유지해야 하므로 전력 반도체 역시 들어갑니다. TV 같은 화면을 보여주는 기기들은 요즘은 반도체 기술을 활용하여 만드는 디스플레이 패널을 이용합니다.
여기까지 반도체의 기능과 실생활에서 사용되는 곳에 대해 알아보았습니다. 보시다시피 반도체가 들어가지 않는 기기들은 찾아보기가 어려울 정도입니다. 그렇기 때문에 현대 산업에서 반도체를 빼놓을 수 없다는 이유로 '산업의 쌀'이라고 표현하기도 합니다. 따라서 반도체를 생산하는 기술을 가진 국가들이 세계에서 중요한 역할을 합니다. 우리나라의 경우 디스플레이 반도체와 메모리 반도체에서 세계적인 기술을 가지고 있습니다. 세계 경제에서도 중요한 역할을 담당하고 있고 그렇기 때문에 미국이나 중국에게 정치적으로 흔들리기도 합니다. 앞으로도 반도체에 관심을 가지고 지켜보아야 할 이유가 여기에 있습니다.
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