고체전자공학이란? 배우는 이유

고체전자물리개론은 반도체 소자를 배우기 위한 기초라고 보면 된다.
Ben G. Streetman and Sanjay Banerjee의 Solid State Electronic Devices (고체전자공학)를 참고하여 포스팅할 예정이다.

실생활에 반도체는 없어서 안될 존재이다. 우리가 자주 사용하는 휴대폰만 봐도 그 안에 굉장히 많은 반도체가 존재한다. 스마트 폰 안에 들어있는 칩 중 하나인 AP chip에만 해도 수십~ 수백억 개의 트랜지스터가 내장되어 있다. 최근 나온 애플의 A14 Bionic에는 약 118억 개의 트랜지스터가 내장되어 있다고 한다.

스마트폰의 크기는 어느 정도 고정되어 있는데 성능이 향상되기 위해서 직관적으로 생각할 수 있는 것은 트랜지스터의 크기를 작게 만드는 것이다. 뉴스에서 보면 삼성전자/TSMC에서 몇 nm 공정을 개발했다는 것을 확인할 수 있다. 그만큼 작게 만드는 것이 반도체 분야에서 중요한 기술 중 하나임을 알 수 있다. 여기서 몇 nm라고 말하는 것은 트랜지스터의 source와 drain 사이의 거리 (channel length = design rule)를 뜻한다.

아래의 n-MOSFET 그림으로 조금만 더 자세히 설명하자면, source를 GND로 접지하고 drain과 gate에 +Vdd를 가해주면 drain과 source 사이에 n channel이 형성되어 전류가 흐르게 된다. gate에 VDD를 가하면 on, 접지시키면 off가 된다 (즉, switching)는 뜻이다. 

 수 많은 반도체 트랜지스터(transistor)를 만들어야한다. 그냥 만드는 것이 아니라, 더 최적화하고 더 작게 만들어야 한다. 그러한 것들에 대해 공부하기에 앞서, 반도체 트랜지스터의 가장 기본이 되는 physics, material science, electronic engineering에 대해 공부하는 것이 바로 고체전자공학이다.

다시 말해서 반도체를 공부하는데 필수 기초 과목이라고 할 수 있으므로 반도체 분야에 관심이 있다면 열심히 공부해야한다.