반도체

반도체는 전기 전도체와 절연체 사이의 도전율을 가진 물질이다. 반도체의 전도성은 결정 구조에 불순물을 추가하는 도핑을 통해 변경할 수 있다. 규소는 대부분의 전자 회로를 제작하는 데 중요한 요소이며, 규소 다음으로 비소화 갈륨이 두 번째로 흔한 반도체이다. 반도체 재료의 전기적 특성은 도핑과 전기장 또는 빛의 적용에 의해 변경될 수 있다. 도핑 외에도 반도체의 전도성은 온도를 높임으로써 향상될 수 있으며, 이는 온도가 증가함에 따라 전도성이 감소하는 금속의 거동과는 상반된다.

반도체 산업은 1960년경에 반도체 소자 제조가 실행 가능한 사업이 된 후에 형성되었다. 가장 널리 사용되는 반도체 소자는 MOSFET(금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터)으로 1959년에 벨 연구소의 마틴 아탈라와 강대원이 발명했다. MOSFET 스케일링 및 소형화는 1960년대 이후 반도체 기술의 급속한 기하급수적 성장의 주요인이었다. 모든 트랜지스터의 99.9%를 차지하는 MOSFET은 반도체 산업의 원동력이자 역사상 가장 널리 제조된 장치이다.

전세계 반도체 산업은 미국, 대한민국, 대만, 네덜란드의 기업들이 지배하고 있다. 업계의 고유한 특징은 지속적인 성장을 하고 있지만 변동성이 높은 주기적인 패턴을 가지고 있다. 반도체 산업의 20년 평균 성장률은 약 13%이다. 반도체 산업은 반도체 설계 및 제조에 종사하는 기업들로 구성되며, 2018년 기준 연간 매출액은 4,810억 달러 이상으로 성장했다.

반도체 소자에는 다이오드, 트랜지스터, MOSFET, 집적 회로 등이 있다. MOSFET은 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터로, 1959년에 발명되어 반도체 산업의 핵심이 되었다. 서로 다른 도핑 수준을 가진 두 영역이 동일한 결정 내에 존재할 때 반도체 접합이 형성되며, 이 접합에서 전하 운반자의 거동이 소자의 동작을 결정한다.

한국 반도체산업은 1965년 미국의 코미사가 트랜지스터 조립을 위해 국내에 합작회사를 설립하면서 처음 시작되었다. 1983년 삼성, 금성(현 LG), 현대전자 등 국내 대기업이 메모리반도체 분야인 DRAM에 본격적인 투자를 시작하였고, 불과 10년 만에 삼성전자는 메모리 분야 1등 기업으로 올라섰다. 1997년 IMF 이후 국내 반도체 기업은 심한 구조조정 과정을 거치면서 현재 삼성전자와 SK하이닉스가 메모리반도체를 생산하고 있다. 한국은 DRAM과 낸드플래시의 상용 메모리에서 전 세계 시장의 70% 가까운 점유율을 유지할 만큼 압도적인 기술우위를 가지고 있다. 그러나 시스템반도체 분야 및 파운드리 시장의 경쟁력은 낮은 상황이다.

반도체 산업은 민간기업의 비즈니스에서 최근 국가 간의 기술 패권 경쟁과 안보 문제로 직결되어 중요성이 커지고 있다. 반도체는 한국의 일등 수출 품목이며, 향후 다른 산업분야로의 응용 가능성 및 파급효과가 크다. 디지털 전환이 가속화되는 상황에서 반도체산업의 경쟁력 유지, 강화 및 기술 선도를 위한 정부 지원 및 산업계의 노력이 한층 요구되고 있다. 특히 시스템반도체 분야의 경쟁력 강화와 인력 확보가 중요한 과제로 떠오르고 있다.