2018.08 04
이번뉴스레터의주제는반도체중에서도우리나라가세계기술을선도하고있는 D램반도체입니다. 1980년대첫 D램반도체상용화를시작으로단 10년만에세계최고의기술수준으로올라선삼성전자반도체. 혁신에혁신을거듭한 D램반도체에담긴삼성전자의저력을찾아봅니다. 01 대한민국국가대표제품, D 램반도체 4-5 02 반도체는무엇인가요? 6 03 집적도? 열쇠는나노테크놀로지! 7-8 04 반도체가탄생하기까지 9 05 S/I/M 첫해외기증사료 42 인치 PDP 모니터 10
MUSEUM NEWS S/I/M 여름방학이벤트 S/I/M 에서즐기는여름방학! 즐거운상상, 내가발명가였다면? 삼성이노베이션뮤지엄 (S/I/M) 에서여름방학을맞아특별한이벤트 즐거운상상, 내가발명가였다면? 을준비했습니다. 에디슨이개발한최초의백열등은왜둥그런모양이었을까? 최초의냉장고를이글루처럼만들었다면? 내가역사속발명가라면 S/I/M에전시된발명품을어떻게만들었을지상상해보세요. 내가직접디자인한발명품그림을머그컵에새겨기념품으로드립니다. 여름방학을맞아 S/I/M을방문한학생들에게세상에단하나뿐인나만의발명품이새겨진머그컵을선물로드리는특별한시간이니많은참여바랍니다. 여름방학이벤트는 7월 28일부터 8월 18일까지 4주간토요일에진행되며, 방문당일현장에서선착순으로접수해참여하실수있습니다.
대한민국국가대표제품 D 램반도체 64Kb D 램 1983 년 우리나라최초로개발된 VLSI D램반도체는정보를저장하는용도로사용되는메모리반도체중하나로, 전원이끊기면정보를잃어버리는휘발성반도체입니다. 주로하드디스크드라이브 (HDD) 에있는프로그램을빠르게읽어들여임시로저장해, 컴퓨터를빠르고편리하게사용할수있도록해준답니다. 1992년은삼성전자반도체에기념비적인해입니다. 64Mb D램을세계최초로개발해기술력을인정받았을뿐아니라, D램반도체분야에서매출세계 1위에오른해이기때문이죠. 이후삼성전자는 D램반도체기술개발과시장에서의매출에서줄곧선두를놓치지않고있습니다. 지난 2007년산업자원부에서는기술유출로인한국가안보와국민경제의악영향을고려해 30나노이하반도체기술을국가핵심기술로지정하기도했습니다. 세계시장을선도하는삼성전자의 D램반도체는어떻게시작됐을까요? 1960년대중반, 우리나라에서는전자산업을수출전략산업의하나로육성하고자했는데요. 삼성은전자산업에진출하고자일본의산요전기와기술협정을맺고 1969년삼성전자공업주식회사를세워다양한전자제품을생산하기시작했습니다. 그리고 1974년경영난에시달리던한국반도체지분 50% 를인수한뒤 1977년삼성반도체로상호를변경해반도체사업에진출했습니다. 삼성전자에서생산하는전자제품에필요한반도체를삼성반도체에서공급받고자했던것이에요. 하지만실제로공급받을수있는반도체는소량이었고, 거의대부분수입에의존하는실정이었어요. 미국, 일본과의기술격차도컸고, 선진국의기술을습득하는데어려움이있었죠. 삼성전자에서본격적으로초대규모집적반도체 (VLSI, Very Large Scale Integration) 개발에뛰어든것은 1980 년대부터입니다. 1980년삼성전자와삼성반도체가합병된이후, 1982년반도체연구소를설립하고반도체사업을본격적으로추진했습니다. 삼성전자는다양한반도체중에서도메모리반도체, 그중에서도 D램반도체를주력제품으로선택했는데요. D램반도체는컴퓨터의기억소자로쓰이기때문에세계적으로수요가많고, 선진기업과가격경쟁은 심하지만대량생산의이점이있었기때문입니다. 삼성전자의첫 D램반도체성과는 1983년에개발된 64Kb D램입니다. 손톱만한크기의칩속에 15만개의소자가 800만개의선으로연결돼있는 VLSI에요. 지난 2013년에대한민국산업발전의공을인정받아대한민국등록문화재제563호로지정되기도했답니다. 하지만 1984년 64Kb D램이출하된직후인 1985년, 세계반도체시장은공급과잉으로인한가격하락으로불황기를맞았습니다. 그럼에도불구하고적극적인투자와연구개발로 256Kb D램개발을빠르게착수했고, 잠시불황기를보낸후 1987년부터는노력한성과를거둘수있었어요. 세계반도체시장이호황국면으로전환됐고, 때마침 256Kb D램이반도체최대수요기업인 IBM의품질검사기준을통과했기때문이에요. 1987년후반부터 256Kb D램은품귀현상이일어날정도로불티나게팔렸고, 1988년한해동안 D램반도체부문의순익은그동안의누적된적자를모두해결하고도남을정도로큰흑자를기록했답니다. 1992년 64Mb D램을시작으로삼성전자가이룬세계최초개발의성과는 1994년 256Mb D램, 1996년에는 꿈의반도체 로불린 1Gb D램으로이어졌습니다. 그리고오늘날까지줄곧세계 D램개발에선두자리를놓치지않고있어요. 세계최초의성과를연이어지속적으로거둔것은공격적인병행연구개발전략덕분이었습니다. 일반적으로기업에서기술을개발할때는한제품의개발을마친후이를토대로차세대제품개발에착수하기마련입니다. 하지만삼성전자는이런순차적인 4
기술개발로는선도기업을따라잡을수없다고판단했습니다. 특히나기술개발주기가점점단축되는 D램반도체분야에서는더더욱말이에요. 그래서삼성전자에서세운병행연구개발전략은처음부터개발인력을차세대제품과차차세대제품에동시에투입하는것이었습니다. 실제로 1990년 4Mb D램이양산단계에이르자, 4Mb D램팀은차차세대제품인 64Mb D램개발에착수했습니다. 또한 64Mb D램완전동작시제품개발에성공할때는이미 256Mb D램개발을시작했습니다. 1990년대후반부터 2000년대에이르러 IT 기술의중심이 PC에서모바일로세대교체를시작함에따라 D램반도체도변화를맞았습니다. 디지털컨버전스붐으로 MP3, 디지털카메라등새롭게출시되는전자제품과반도체는서로보완적인발전을거듭했고, 자연스럽게사업이모바일기기중심으로재편되기시작한것이에요. 점점작고지능화되는모바일기기발전에발맞춰 D램반도체는나노기술을적용한미세공정기술경쟁을시작했습니다. 삼성전자는 2004년세계최초 90나노 D램양산에성공한이후, 2016년 10 나노급으로세계최초의성과를오늘날까지이어오고있습니다. 그리고 2018년에는인공지능과슈퍼컴퓨터등차세대시스템에최적화된 D램양산성과를거둬미래기술을주도하고있답니다. 앞으로도계속될삼성전자의 D램반도체성과를기대합니다. 1992 년 64Mb D 램 삼성전자에서세계최초로개발한 64Mb D램반도체. 이후 D램반도체시장세계 1위를오늘날까지이어감 1996년 1Gb D 램 169건의핵심특허를국내외에출원해메모리반도체분야에서확고한기술리더십을확보. 용량은 Mega에서 Giga단위로확대됐고, 2005년시작한양산은세계최초로 90나노공정을적용하는등당시 꿈의반도체 로불림 2013년 LPDDR4 모바일 D 램 차세대고성능 20나노급 LPDDR4 모바일 D램세계최초개발. LPDDR3에비해성능은두배로높이면서도소비전력은 40% 낮출수있음 1994 년 256Mb D 램 D램반도체의기술선진국이던일본업체보다약 6개월앞서세계최초로개발에성공함. 이를기점으로타기업과기술격차가벌어지게됨 1997년 64Mb DDR SD 램 하나의파동 (clock) 에두번의신호를실어보낼수있도록해기존제품대비 2배의속도로데이터를전송할수있는 Double Data Rate 기술을최초로적용. DDR 기술은현재 DDR5까지발전함 2018년 HBM2 D 램 인공지능, 슈퍼컴퓨터시스템의성능을대폭향상시킬수있는초고속 2.4Gbps 2세대 8GB HBM2 D램을양산함 5
반도체는무엇인가요? 반도체는모든전자제품에들어있는핵심부품이자, 인공지능, 자율주행, 로봇등미래유망기술에꼭필요한부품이라는것은많이들어보셨을겁니다. 하지만반도체가무엇인지아직아리송한분들도많을거예요. 중요하다지만눈으로직접볼기회도흔치않을뿐더러, 보더라도그냥작은조각으로보일뿐이니까요. 반도체가무엇인지, 또그원리는무엇인지잠깐살펴보겠습니다.. 반도체집적회로우리가흔히반도체라고부르는작은칩은정확하게말하자면반도체집적회로 (IC, Integrated Circuit) 입니다. 작은반도체집적회로에는수천수만개의트랜지스터와저항, 콘덴서같은소자가빼곡하게들어차있는데요. 이소자들이정보를처리하고제품의기능을제어하는역할을합니다. 우리가자주사용하는전자제품중하나인휴대폰을떠올려볼까요? 약 20년전에사용하던휴대폰에비해지금의스마트폰에는훨씬더많은기능이들어있습니다. 고화질의사진도찍을수있고, 무선데이터도사용할수있고, 각종앱을이용할수도있으니까요. 다양한기능을할수있다는것은곧, 제품내부에더많고복잡한회로가숨어있다는것을의미합니다.. 전류를제어하는반도체반도체집적회로는반도체로만든얇은원판인웨이퍼위에회로를그려넣어만듭니다. 이회로가작동하기위해서는반도체에전류가흘러야하는데, 이때전압범위를조절해 01 01 64Kb D 램반도체 (1983). 웨이퍼에수많은반도체집적회로가새겨져있다. 정보를표현하게됩니다. 우리가사용하는대부분의전자제품은디지털회로, 즉 0 과 1 두가지의전압범위로정보를표현하는데요. 0 은 0~1.5V의낮은범위를, 1 은 3.5~5V의높은범위를나타냅니다. 0 과 1, 이진수로표현된정보를전달하기위해전압을변화시켜야하는데, 회로에흐르는전압을조절하기위해반도체를사용하는것입니다. 전압조절에반도체를이용하는이유는무엇일까요? 반도체 (semiconductor) 란도체 (conductor) 와부도체 (nonconductor) 의중간성질을가진물질입니다. 도체는전기가통하는물질, 부도체는전기가통하지않는물질, 반도체는전기가통하기도하고통하지않기도하는중간물질이에요. 전기회로의도선을예로들어보자면, 도선을감싸고있는고무는전기가통하지않는부도체고, 고무를벗겨냈을때드러나는구리선은전기가통하는도체입니다. 이와달리반도체는평상시에는전기가통하지않지만열을가하거나빛을쪼이거나불순물과섞으면전기가통하게되는물질이에요. 따라서전류의흐름을통제할수있기때문에반도체를사용하는것입니다.. 반도체물질, 규소반도체물질에는저마늄 (Ge), 규소 (Si) 등이있는데요, 지금의반도체집적회로제작에사용되는주요재료는바로규소입니다. 규소는지각을구성하는 8가지원소중산소다음으로가장많은물질이에요. 모래, 바위, 흙등에들어있는이규소는전체지각의 27% 수준으로아주풍부한자원입니다. 모래에서규소를추출해두꺼운봉형태로만든후, 이봉을감자칩처럼얇게자르면웨이퍼가된답니다. 이웨이퍼에회로를새기고갖가지공정을거쳐반도체집적회로가완성되지요. 하지만여기에꼭빠져서는안되는단계가있습니다. 바로인 (P) 이나붕소 (B) 와같은불순물을투입하는것이에요. 불순물을투입하기전까지는전기가통하지않아반도체로서기능을할수가없는데요. 불순물이들어감으로써반도체에비로소전기가흐르게되기때문입니다. 6
. 전기적성질을깨우는불순물그이유를알아보기위해서는규소원자의구조부터살펴볼필요가있습니다. 규소원자는다른원자들과마찬가지로하나의원자핵과여러개의전자로구성되고, 원자핵은마치태양계의태양처럼원자의중심에있습니다. 그주위를여러개의전자가빙글빙글돌고있는데요. 원자핵은 (+) 전하의성질을띄고, 전자는 (-) 전하의성질을띄며, 이두전하가서로균형을이루고있습니다. 이중원자핵으로부터멀리떨어져도는전자를특별히가전자라고부르는데요. 규소원자들이모여가전자를서로공유하며결합해안정적으로규소분자를 이룹니다. 그러나외부로부터어떤자극이오면가전자들의안정된균형상태가깨지면서궤도를벗어나이탈하는자유전자로변신하게됩니다. 그러면서전기적으로중립인상태가깨지고전류가흐르게됩니다. 불순물의역할이바로이가전자의안정된상태를방해해전류가흐르도록돕는것입니다. 여기에에너지를가하거나어떤조건을더해주면자유전자의양이나방향도제어할수있답니다. 이제반도체가조금친숙하게느껴지시나요? 점점지능이높아지는 IT 기술의핵심에는그만큼수많은소자가빼곡하게들어찬반도체집적회로가있다는사실을기억하세요! Si Si Si Si Si Si Si P Si Si B Si Si 규소 P 인 B 붕소가전자 Si Si Si Si Si Si 가전자 인 (P) 은규소보다전자의수가하나더많아, 자유전자 1 개를만들어내 (-) 전하를띄도록만든다. 붕소 (B) 는규소보다전자의수가하나더적어, 전자가없는구멍, 양공을만들어내자유전자를 1 개를계속해서끌어들이도록하는 (+) 전하를띄게한다. 7
집적도? 열쇠는나노테크놀로지! 1990년대부터시작된삼성전자의반도체신화는세계를깜짝놀라게해왔습니다. 후발주자로시작해기술선두에올라선것은물론, 집적도를더이상의올리는것은불가능하다는세간의우려를불식시키고계속새로운기술개발로집적도를올리고있기때문이에요. 그렇다면집적도를올린다는건어떤의미일까요? D램발전의역사를살펴보면처음 1Kb D램에서시작해 4Kb, 16Kb 등킬로 (K) 단위를거쳐메가 (M), 기가 (G) 등그용량이점점커지는것을볼수있는데요. 같은면적에더많은회로를그려넣는것을집적도를올린다고말합니다. 집적도를올리기위해서는반도체에새겨넣는회로의폭을더얇고가느다랗게해야합니다. 공책에글씨를쓴다고상상해볼까요? 크레파스를사용할때와볼펜을사용할때를비교하면, 볼펜으로쓸때더많은글자를쓸수있다는것은쉽게짐작할수있을거예요. 얼마나세밀하게그릴수있을까요? 나노테크놀로지덕분에지금의반도체회로선폭은나노수준으로작아졌습니다. 1나노미터 (nm) 는 10-9 미터 (m) 로, 머리카락두께의 1/50,000에해당됩니다. 최근개발된 10나노급반도체라면, 머리카락한올두께에 5,000줄의회로를그려넣을수있다는것을뜻해요. 이크기는우리몸의 DNA와비슷한수준이어서, 매년기록을경신하고있는삼성전자의 D램반도체기술수준이얼마나대단한지짐작이되실거예요. 이렇게집적도가올라가면반도체의자유전자가낮은전압에서도더잘이동할수있게돼소비전력도더작아지고, 전자의이동거리가짧아져속도도빨라지며, 작동할때발생하는열도줄어들게됩니다. 빈웨이퍼가완성품반도체가되기까지 1~2개월이걸린다는점을고려할때, 1장의웨이퍼로더많은반도체칩을만들수있다는것은생산효율면에서도많은이점이있답니다. 우리가성능이더좋은전자제품을계속비슷한가격에살수있는건이런반도체의특성덕분이에요. 더작고, 더빠르며, 더효율적인반도체개발은지금도계속되고있습니다. 센치 cm 밀리 mm 마이크로 m 나노 nm 10 10 10 10-2 -3-6 -9 콩 벌레 머리카락 적혈구 박테리아 바이러스 반도체 회로 물분자 미세먼지 DNA 8
HISTORY 반도체가탄생하기까지 전자제품의두뇌역할을담당하는반도체집적회로 ( 이하반도체라함 ) 는 전자산업의쌀 이라고불릴만큼작지만없어서는안될부품입니다. 하지만반도체가있기전에도전자제품은있었는데요. 그렇다면반도체이전에는무엇이있었을까요? 반도체의역사는 1900년대로거슬러올라가진공관에서시작됐습니다. 1946년, 17,468개의진공관을이용해만든최초의컴퓨터에니악 (Eniac) 은 1kg 내외인요즘랩탑PC보다무려약 30,000배나더무거웠습니다. 진공관은진공상태에서금속필라멘트를가열할때방출되는전자를전기장으로제어해신호를증폭하거나변경하는장치입니다. 1904년영국의전기기술자플레밍 (John Ambrose Fleming) 이발명한이진공관은초기무선통신기나라디오, TV, 컴퓨터등에사용됐습니다. 하지만부피와전력소비량이너무크다는단점이있었어요. 역할을합니다. 진공관에비해 1/220 밖에되지않는손톱만한크기였는데요. 작은크기에도불구하고전자기기의처리속도도향상시키고전력소비량도적어전자제품의소형화를이끈, 20세기최고의발명품의하나로꼽힙니다. 크기가점점작아진전자기기는이제점점고성능으로발전하기시작했는데요. 이에따라제품에장착되어야할트랜지스터와부품의수가기하급수적으로늘어났고, 그만큼제품고장도잦아졌습니다. 이문제를해결하는과정에서개발된집적회로는또한번전자제품의도약을이끌었습니다. 오늘날사용되는반도체집적회로의원형은 1950년대말, 잭킬비 (Jack Kilby) 와로버트노이스 (Robert Noyce) 가개발한집적회로입니다. 여러회로를쌓아올린다 는뜻의집적회로 (IC, Integrated Circuit) 는많은전자회로소자들이하나의기판위에분리되지못하는상태로결합되어있는복합전자소자입니다. 트랜지스터가전자기기의크기를소형화했다면, 집적회로는전자기기의성능을획기적으로향상시켰습니다. 이렇게진공관에서트랜지스터, 집적회로를거쳐오늘날반도체집적회로로발전해온반도체기술이앞으로는어떻게발전할지기대해봅니다. 02 1947년개발된트랜지스터는전자기기의혁명을일으킨발명품으로꼽힙니다. 미국의벨연구소 (Bell Lab) 소속학자였던월터하우저브래튼 (Walter Houser Brattain), 존바딘 (John Bardeen), 윌리엄브래드퍼드쇼클리 (William Bradford Shockley) 는반도체물질인저마늄 (Ge) 을이용해장거리전화통화에꼭필요한신호증폭기를개발하는중최초의트랜지스터를발명해냈습니다. 트랜지스터는반도체물질을세겹으로접합해만든전자회로구성요소로, 전류나전압흐름을조절해신호를증폭시키거나스위치로서의 02 03 04 03 04 세계최초의컴퓨터, 에니악트랜지스터 ( 출처 : 삼성반도체이야기 ) 집적회로 ( 출처 : 삼성반도체이야기 ) 9
신규수증사료 S/I/M 첫해외기증사료 42 인치 PDP 모니터 지난봄어느날, 멀리 LA에서삼성전자의오래된대형 PDP 모니터를기증하겠다는이메일이도착했습니다. 이사료는 2004년에생산된제품이었는데요. 2000년대뚱뚱한브라운관 TV가얇고평평한 TV로교체되던시기, PDP(Plasma Display Panel) 와 LCD(Liquid Crystal Display) 기술경쟁의역사의한장면을설명해주는훌륭한사료입니다. 기증자님께서는과거 S/I/M을방문했던경험을떠올려사료기증을결심했다고전하셨습니다. S/I/M 방문경험이기증으로연결된사례여서매우반가운소식이었어요. 하지만 LA에있는대형모니터사료를 S/I/M까지안전하게운송하는방법을찾는것은쉽지않았습니다. 사료를이송하는숙제에투입된총인원은무려 17명, 걸린시간은 2개월이었습니다. 역사적가치를가진사료를운송하는것은신제품을운송하기보다더어려운일이었어요. 금전적가치를매기기어려운역사적사료이기때문이에요. 사료포장방법에대해자문해주신전문가만총 3명이었고, 사료의운송과통관에힘을모은업체가 3곳이었어요. 이번사례를통해 S/I/M은가치있는사료뿐아니라해외사료수증노하우까지얻을수있었습니다. 기증자님께깊은감사의말씀을전합니다. 42 인치 PDP 모니터 (PPM42H3) 10
운영시간 예약방법 평 일 오전 10 시 ~ 오후 6 시, 사전예약제 홈페이지예약 www.samsunginnovationmuseum.com 토요일휴관일 오전 9시 ~ 오후 5시, 입장마감오후 4시 30분공휴일, 대체공휴일, 근로자의날, 매년말일 (12/31) 문의 관람안내 평일사전예약제, 프리젠터투어토요일비예약제, 자유관람, 내국인을위한프리젠터투어 1회 ( 오후 2시 ~3시, 현장예약 ) 입장료 무료 관람대상 대표전화 031-200-3113 이메일 sim.sec@samsung.com 오시는길 주 소 경기도수원시영통구삼성로 129 삼성전자삼성이노베이션뮤지엄 주차안내 031-200-0200 홈플러스흥덕 IC 동수원사거리삼성삼거리원천주공아파트삼성디지털프라자원천 1차수원 IC S / I / M 삼성아파트수원외국인학교황골마을 중학생이상 ( 만 13 세이상 ) 권장초등학생이하어린이는보호자동반입장 (2 명당보호자 1 명필수 ) 매탄권선역 영통구청중앙문삼성전자 ( 주 ) 정문버스주차장 ( 셔틀버스승차장 ) SDS 전산센터지하 3층정문연결통로승용차주차장 ( 주차타워 ) 홈플러스 영통지구 경부고속도로 삼성로 소재단지 극동 APT 태장중학교 신동택지지구 영통우체국 망포역 대중교통 승용차 분당선망포역 4 번출구에서버스 15-1 번 ( 일반 ) 환승 ( 정류장 5 개 ) 삼성 DIGITAL CITY 홍보관 정류장에서도보 5 분 수원 IC 또는흥덕 IC 로고속도로진출, 삼성디지털시티정문앞에서 U 턴네비게이션에서 삼성이노베이션뮤지엄, SIM 검색삼성디지털시티정문주차타워지하 3 층 SIM 전용주차장이용 INFORMATION 8~9 월휴관안내 매주일요일 8 월 15 일 ( 수 ) 광복절 9 월 22 일 ( 토 ) 추석연휴연계임시휴관 9 월 24 일 ( 월 )~26 일 ( 수 ) 추석, 대체공휴일 S/I/M NEWS LETTER 제 4 호격월간지. 2018 년 8 월 1 일발행. 비매품 발행처편집인쇄주소 삼성이노베이션뮤지엄삼성이노베이션뮤지엄영은문화경기도수원시영통구삼성로 129