[반도체 쉽게 알기 #5] 이것은 무엇에 쓰는 물건일까요?

우리 일상생활 속, 깊이 자리잡고 있는 반도체는 어떤 역할을 할까요? 반도체는 전자제품부터 모바일, 전장 분야까지 다양한 부문에서 활용되고 있는데요.

지난 시간, 반도체의 발전과정에 대해 알아보았습니다. 초기 진공관으로 시작해 트랜지스터(TR), 오늘날 여러 개의 전자부품들을 한 개의 작은 반도체 속으로 집어넣은 집적회로(IC)까지 발전되어온 과정들을 살펴보았습니다.
(☞ 반도체는 어떻게 발전되어 왔을까요?)

오늘은 반도체 쉽게 알기 다섯번째 시간으로, 우리의 실생활 속에서 반도체가 어떻게 활용되고 있는지 알아보겠습니다.

■ 전기신호의 처리 [정류, 증폭, 변환]

① 정류(整流)

전기신호의 흐름에는 두 가지 종류가 있습니다. 바로, 항상 일정방향으로 흐르는 >직류>(direct current, DC)와 주기적으로 방향이 변하는 교류(altemating current, AC)신호인데요.

전기신호를 처리하다보면 직류를 교류로 또는 교류를 직류로 바꿔 주어야 하는 경우가 생깁니다. 우리는 이러한 작용을 정류(rectification)라고 부르는데요, 일반적으로 정류작용을 하는 반도체를 ‘다이오드’ 라고 합니다.

일반 가정에서 사용하는 220V 전기는 교류 신호로 60Hz(1초에 60회 진동)의 주파수를 갖습니다. 그래서, 전자제품에 사용하기 위해서는 교류 신호를 일정 Voltage의 직류 신호로 변경해 주어야 합니다.

② 증폭(增幅)
전기신호를 이동시키다보면 점점 약해지게 됩니다. 그래서, 정상적으로 전기신호를 전달하기 위해서는 이동 중에 원상태 또는 보다 크게 해주는 작업이 필요합니다. 이처럼 약한 신호를 강한 신호로 키워 주는 것을 증폭이라고 하는데요. 이러한 증폭작용을 하는 반도체를 ‘트랜지스터(TR)’ 라고 합니다.

③ 변환(變換)
전기신호는 필요에 따라 빛이나 소리 등으로 바꿔 줄 필요가 있습니다. 최근 저전력, 친환경적이기 때문에 신성장동력으로 각광받고 있는 ‘LED’도 반도체인데요, LED램프 뿐 아니라 지하철이나 고속도로에서 볼 수 있는 전광판에 쓰이는 LED는 전기신호를 빛으로 바꿔 주는 역할합니다. 이러한 반도체를 발광소자라고 하는데요, 반대로 빛을 전기신호로 바꿔 줄 수도 있습니다. CCD, CIS 반도체는 카메라로 읽어 들인 빛을 전기신호로 바꿔 저장하는 역할을 수행합니다.

■ 데이터의 처리 [전환, 저장, 연산, 제어]

① 전환(轉換)
정보(Data)에는 그 값에 따라 아날로그(Analogu)와 디지털(Digital)로 나뉩니다. 아날로그 데이터는 연속적인 값을 의미하는 반면, 디지털 데이터는 이산적인 값을 취하는 데요, 디지털 데이터는 불연속적인 상태로 즉 1(ON), 0(OFF) 만의 값을 가집니다.

정보를 처리하다보면 아날로그를 디지털로 또는 디지털을 아날로그로 바꿔 주어야 할 경우가 있는데요, ‘아날로그 ↔ 디지털’ 같은 정보의 상태를 전환해 주는 역할 또한 반도체가 하고 있습니다.

② 저장, 기억
반도체는 정보를 프로그램화해서 저장할 수 있으며, 이러한 정보를 저장하는 용도로 사용되는 반도체를 ‘메모리 반도체’ 라고 합니다. 메모리는 정보를 저장·보관하고 필요한 시점에서 빼낼 수 있는 장치인데요. 이러한 저장과 기억 또한 반도체가 수행하는 기능 중 하나입니다.

특히, 꿈의 저장장치라고 불리는 삼성전자의 SSD는 디스크에 내용을 저장하는 기존 하드디스크(HDD)와 달리 ‘반도체 칩’을 이용하여 자료를 저장하여 부팅이나 멀티태스킹에서 빠른 스피드를 자랑하여 많은 사랑을 받고 있는 제품입니다.

③ 연산, 제어
반도체에는 기억 및 저장 기능을 하는 메모리 반도체 뿐 아니라, 논리와 연산, 제어 기능 등을 수행하는 시스템 LSI(S.LSI)가 있습니다. PC가 나오기 전, 편리한 사용감과 빠른 속도로 전자계산기가 널리 사용되었는데요, 바로 이 전자계산기 안에서 수치 정보를 계산하는데 사용되는 반도체를 ‘논리반도체‘ 라고 합니다.

또한, 시스템 LSI는 제어 기능도 수행하는 데요, 기계나 설비가 정해진 순서에 따라 동작하도록 해주는 것을 제어라고 합니다. 이런 작동순서를 프로그램화하여 반도체 IC에 기억시켜두면 그 순서에 따라 장비나 작업을 자동으로 제어할 수있게 되는데, 이러한 반도체를 ‘마이크로프로세서‘라고 합니다.

시스템 LSI는 휴대폰, 가전제품, 전장 분야 등까지 그 응용처가 다양하며 모든 제품의 통제기능을 담당하는 ‘뇌’에 해당하기 때문에, 앞으로의 성장력이 기대되는 분야입니다.

오늘은 반도체가 우리 실생활 속에서 어떻게 활용되고 있는지 알아보았습니다. 크게 전기신호와 데이터의 처리를 담당하고 있는 반도체! 앞으로, 더 큰 가능성을 기대해 봅니다.

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