아빠의 건강

반도체 소자 semiconductor device

반도체 소자는 솔리드 스테이트 소자로도 불리고, 반도체의 전기 특성을 사용한 전자 회로에 쓰이는 부품을 뜻한다. 스마트폰, 컴퓨터, TV 등 전자제품에 필수로 들어가는 부품으로 전자공학에서 굉장히 중요한 의미를 가진다. 그렇기 때문에 세계 산업에서 차지하는 경제 효과 역시 막강하다.

반도체 소자 이전 시대에는 진공을 이용한 전자관이 많이 사용되었다. 반도체 소자는 전자관과 비교해서 향상된 특징을 갖고 있어서 그 자리를 대체했다. 소비전력이 낮고 전원이 생성되면 곧바로 작동하고, 낮은 온도에서 작동해서 수명도 길다. 또한 충격에 강하고 부피나 면적이 매우 적게 필요하다.

반면에 전자관에 비교하여 단점도 있었다. 온도에 따라 특성이 급격히 변해서 보완 회로가 필요했고, 제조 공정상 미세한 차이에도 정상 작동되지 않았다. 이런 단점을 보상회로가 적용된 집적회로를 개발하고, 제조 공정의 디지털화로 극복해서 더 빠르게 보급되기 시작했다.

반도체 소자의 재료는 결정이 하나로 이루어진 실리콘으로 이루어져 있다. 전도성은 결정구조의 자유전자 부족을 일으키는 불순물에 의해서 이루어진다. 전류를 한쪽으로만 통하게 하는 성질은 방연광 결정해서 발견되었고, 가는 금속선을 접촉시킨 것이 시초였다.

서울대학교 연구팀에서 벤젠 단일분자 한 개 단위로 트랜지스터 소자가 작동하는 사실을 규명해냈다. 과학적으로도 뛰어났지만 친환경적이고 저전력인 측면에서도 굉장한 업적으로 네이처에서도 이를 소개한 바 있다.