제1절 반도체의 정의

반도체(semiconductor)란 금, 은, 동, 철, 알루미늄 등과 같이 전기를 잘 통하는 도체(conductor)와 선영, 다이아몬드, 고무 등과 같이 전기가 전혀 통하지 않는 절연체(Insulator)의 중간성질을 갖는 물질이다. 여기에 속하는 대표적인 물질로는 실리콘, 게르마늄, 세렌 등 주기율표상의 4족 원소와 유화카드뮴 등의 2-4족, 갈리움, 비소 등의 3-5족 화합물 들이 있다. 이러한 반도체의 성질은 온도, 전압 등의 변화에 민감하게 반응하여 전기의 흐르는 양을 변화시킨다. 즉 순수한 실리콘 결정은 거의 절연체에 가까우나, 다른 원자(phosphorous Atom, 혹은 Baron Atom) 들을 실리콘 결정 내에 주입하여 결정격자의 구조를 변형시키면 자유전자(Free Electron)이나 정공(Hole)을 형성시키게 되며, 낮은 전압에 의해서도 이들이 이동하여 전류가 흐르게 된다. ¹⁾

주사(Doping)에 의해 자유전자를 가지는 실리콘을 N형 반도체라 하고, 정공이 형성된 실리콘을 P형 반도체라 한다. 반도체 소자란 주로 반도체 결정 내에서 자유전자 또는 정공, 혹은 양자를 운동시키거나 양자의 상호작용에 의하여 증폭, 발진, 정류, 광 전기환 등의 전기적 성질을 갖는 전자부품 이다.

집적회로(Integrated Circuits) 는 실리콘이 외부작용에 의해 도체, 혹은 절연체로도 된다는 성질을 이용하여 얻어진 것으로, 실리콘 기판 위에 증폭부문, 도체부문, 절연체부문, 지항부문, 컨덴서 부문 등을 수 없이 배열하여 전기회로를 극소화 시킨 것이다.

반도체의 특성은 이미 1833년 M,Faraday 에 의해 발견되었으나 일반적으로 반도체 기술의 역사는 1947년 벨 연구소에서 최초로 트랜지스터가 개발되었고, 1959년 미국에서 TI사에 의해 최초로 개발된 집적회로는 10년이 지나서야 상품화 되는 단계에 이르렀다.

제2절 반도체의 분류 및 응용분야

반도체를 구조와 용도에 따라 <표2-1>과 같이 집적회로(IC), 개별소자, 혼성IC로 구분할 수 있다. 반도체IC는 기본구조상 바이플러(Bipolar)IC와 MOS IC로 구분되는데 바이플러 IC는 각 소자가 완전히 분리되어 있어 동작속도는 빠르나 집적도를 높이기 어려운 반면 MOS IC는 바이플러 IC에 비하여 구조가 단순하며 특히 분리체가 불필요 하므로 고밀도회로의 생산에 적합하다. 또한 반도체는 기능에 따라 대량의 정보를 수록. 판독하는 기억소자, 정보를 논리적으로 처리하는 논리소자, 간단한 전기신호를 처리하는 개별소자 로 구분할 수 있다.

기억소자는 엑세스 타임에 의해 어떤 정보를 임의의 방법(Random)으로 처리하는 RAM(Random Access Memory)과 순차적으로 처리하는 SAV(Sequential Access Memory)으로 대별된다. SAM에는 Shift Register, Charge Coupled Device, Bubble Memory가 있으며, RAM은 일반적으로 판독 전용인 ROM(Read Only Memory)과 판독 및 기억 겸용인 RAM으로 구분한다. ROM은 반도체 제조업체에서 정보를 미리 기억시킨 Mask Rom, 사용자가 전기회로를 ON.OFF하여 단 한번 새로운 정보를 기억시킬 수 있는 PROM(Programmable ROM), 사용자가 자외선을 이용하여 기억된 정보를 지우거나 새로운 정보를 기억시킬 수 있는 EPROM(Erasable &Programmable ROM), 사용자가 전기적 신호로 지우거나 기억시킬 수 있는 EEPROM(Electrically EPROM)으로 세분되고, RAM은 Refresh전원이 필요한 DRAM(Dynamic RAM)과 필요없는 SRAM(Static RAM)으로 세분된다. 논리소자는 초소형 컴퓨터 수준의 종합적인 영산기능을 갖는 마이크로 프로세서와 시계. 전자계산기에 사용되는 단순한 논리 및 연산기능을 갖는 논리회로소자가 있다.

개별소자는 트랜지스터, 다이오드, 정류소자, 사이리스터 등으로 나누어 지는데 그 기능이 점차IC화 되고 있어 시장점유율이 감소될 것으로 보인다. 혼성IC는 반도체IC를 다른 종류의 반도체나 개별소자 들과 서로 배선하여 하나의 반도체로 만드는 것인데 반도체 IC에 비해 개발기간이 짧고 제조가 간편하여 전자기기의 소형화, 고밀도화 및 각종 시스템의 전산화 시스템 추세를 배경으로 그 수요가 크게 증가될 전망이다.

한편 반도체기술의 결정으로 일컬어지는 마이크로 프로세서의 출현은 정밀화, 자동화, 소형화, 고속화가 요구되는 산업용, 사무용, 가정용 등 전자산업 전분야에서 수동식, 기계식방식을 전자식으로 자동화 함으로써 반도체의 응용분야를 폭 넓게 확대시켜 나가고 있다. 또한 통신망기술, 교화기술, 전송 및 단말장치기술로 구분되는 통신분야에서의 반도체기술은 컴퓨터 기술과 더불어 3대 기술을 하나로 종합한 이른바 C&C(Computer & Communication) 시대를 출현시켜 음성은 물론 데이터, 영상 등의 처리가 현실화 되고 있는 실정이며 이외에도 의료 분야를 비롯하여 방위산업, 항공기 등 거의 모든 산업전반에 걸쳐서 지대한 효과가 기대되고 있다. 참고로 IC종류별 특징과 장단점은 <표 2-2>와 같고, 반도체 응용효과 및 특징은 <표 2-3>, 그리고 반도체의 분야별 응용확대 추이를 기술하면 <표 2-4>와 같다

제3절 반도체 산업의 특성

반도체 산업은 정보사회를 실현. 발전 시키는데 , 중추적인 역할을 하며, 모든 산업의 국제경쟁력 유지에 필수적 기능을 담당한다. 이와 같은 반도체산업은 국가발전의 우위를 결정하는데 관건이 되는 중요산업으로서 다음과 같은 일반적 특성을 갖는다.

첫째, 반도체산업은 장치산업으로서 고도의 정밀성 및 집적도의 향상이 요구되므로 막대한 설비투자 및 연구 개발비를 필요로 한다.

둘째, 기술개혁속도가 매우 빠르며, 산업이 성숙화 됨에 따라 이 같은 추이는 더욱 가속화 되고 있다. <도 2-1>은 기술개혁에 따른 반도체 기술발전 동향을 나타낸 것이다.

셋째, 기술 집약적인 산업으로 전후방산업 즉, 재료 및 생산에 필요한 설비와 반도체를 응용하는 전자산업을 비롯하여 기계, 자동차 등의 산업기술발전에 미치는 효과도 매우 광범위하고 지대하다.

넷째, 제품의 라이프사이클(Life cycle) 이 매우 짧기 때문에 제품의 개발에서 판매로 이어지는 전통적인 제품의 시장진출 단계에 있어서 타산업보다 더욱 정교하고 조직적인 경영전략이 요구되고 이로 인해 기업의 제품경쟁력 확보의 성패가 좌우된다.

다섯째, 양산체제의 조기확보가 매우 중요한 산업이다. 이는 실 제품 개발이 완료된 단계에서 조기에 양산체제를 확보하여 규모의 경제에 의한 가격하락을 꾀함으로써 시장을 선점할 수 있기 때문이다.

이밖에도 부가가치가 높고, 고도 성장 산업이며, 자원.에너지 절약생산 이라는 점 등을 들 수가 있다.

한편 반도체산업이 80년대 후반에 접어들면서 동 부문에 대한 국가간의 개발경쟁격화 및 무역 마찰의 심화 등으로 인해 상기의 특성들 외에 다음과 같은 새로운 것들이 부각되고 있다^{. 2)}

첫째, 새로운 국제분업체제의 형성이다. 반도체산업의 국제분업체제는 일찍이 전통적인 생산 요소들의 비교우위에 입각한 단순한 분업형태가 대부분 이었다. 즉, 선진국들은 임금상승으로 인해 노동 집약적인 부문을 노임에 비교우위가 높은 후발개도국으로 이전함으로써 자국내에서는 기술 집약적이고 장치 집약적인 부문에 특화하여 전체적인 산업의 합리화를 꾀하여 왔으나, 최근에는 반도체 산업의 기술발전속도가 급격히 빨라짐에 따라 재료기술, 제조기술, 제품의 용도 개발에 대한 구분이 모호해지고 거의 일체화 되고 있어 공정간 분업이 성립될 수 없게 되므로 기존의 형태와는 달리 경영조직의 기능들인 연구개발, 생산, 마아케팅 등이 상호 유리한 쪽에서 동시에 수행하려는 분업체제가 형성되고 있다.

둘째, 제품의 급속한 전용화 추이의 발전이다. 반도체는 용도를 구분하여 양산이 강조되는 범용품과 특정용도에 한정되는 전용품으로 나눌 수 있는데 최근에 들어서면서 후자, 즉 반주문형(semicustom)과 안전주문형(full custom)으로 나누어 지는ASIC(application specific integrated cercuit) 의 수요 규모가 급속히 확대되고 있다. (<표 2-5> 참조). 이는 동 제품이 과거에는 기기의 소형화, 저렴한 제조원가, 동작속도의 향상, 저 소비전력, 고 신뢰성 및 제조정보의 보안(security)에 이르기 까지 많은 이점이 있음에도 불구하고 단지 제품개발에 대한 어려움 때문에 각광을 받지 못하였으나 최근에 들어서는 CAD(computer aided design)시스템의 도입으로 인해 회로설계를 비롯한 제품개발이 용이해짐에 따라 점차 그 수요가 증대되고 있다.

셋째, 기술의 비교우위에 입각한 국제 협업 체제의 형식이다. 이 특성은 최근의 반도체 기술 및 무역마찰이 본격화 되기 시작한 데서 비롯되었으며 주로 선진국들에서 두드러지게 나타나고 있다. 현재 반도체 부문의 기술과 시장을 과점하고 있는 미국과 일본에서는 기술과 무역 마찰을 피하기 위한 방책으로 정부의 개입에 의한 규제는 경제의 합리성 추구에 따라 다면적 국제경영으로 전개되고 있어 대부분 실제적인 구속력이 없다는 점을 인지하고 쌍방간의 기업 차원에서 이해와 노력으로 해결하고자 하는 움직임의 공감대가 형성되고 있다. 즉, 상호 보완적인 관계를 유지하기 위한 기술부문의 비교우위에 입각한 협업 체제의 형성에 대한 구상으로서 형태의 대부분이 설계기술에 우위를 갖고 있는 미국의 기업과 생산 가공 기술에 비교우위를 갖는 일본 기업들의 합병 등으로 이루어 지고 있으며, 기존의 상호 투자를 하는 기업들에서는 거의 일반화된 경향이고 이러한 목적하에 신규 합병하는 기업들도 속출하고 있다.

넷째, 제품가격의 급격한 하락 추이이다. 이 특성은 국내 반도체산업이 집중적으로 투자하고 있는 기억소자 부문에서 두드러지게 나타나고 있으며, 제품의 집약도가 높아질수록 더욱 빠르게 진전되고 있다. 반도체 소자의 원가하락 요인을 살펴보면 기억소자의 경우, 신제품의 출현주기가 약 3-4년으로 신제품으로의 수요전환에 따른 기존 제품의 수요급락으로 인해 가격이 떨어지게 된다. 또한 제품의 특성상 양산단계에 접어들면서 동시에 가격은 하락하게 되고, 생산량이 증가할수록 비용의 분산이 확대 되기 때문에 가격하락은 더욱 계속된다. 이 외에도 원자재 비중이 낮기 때문에 원가 절감이 용이 하다는 점과 공정의 여러 단계에 산재 되어 있는 기술적, 경험적 지식 축적으로 나타나는 학습효과(learning effect)에 의해 수율(yield)이 향상됨에 따라 가격 역시 하락하게 되는 점 등을 들 수 있다. 이와 같이 제품 특성상의 가격 하락 요인들의 생산 경험의 축적에 따라 그 파급효과가 확대되는 것이 대부분을 차지하고 있어 제품의 급속한 고집적화 추세에도 불구하고 가격의 하락추이는 지속적으로 가속화 되고 있다.