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이 정도는 알고 SK하이닉스 PT면접 가자! 반도체 기본 상식

합격으로 가는 세 번째 관문 면접! SK하이닉스는 면접도 특색 있게 PT방식을 도입했다. PT면접은 키워드를 제시 받은 후 면접관 앞에서 발표를 하는 형식이다. 평소 직무에 대한 이해와 기본 전공지식을 중요하게 생각하는 SK하이닉스의 가치관이 그대로 반영된 채용절차다. 반도체의 기본 상식을 알고, PT면접에 당당하게 통과해 보자! (*해당 기사는 SK하이닉스에 취업한 00명의 조언을 바탕으로 작성한 것으로, SK하이닉스 공식 입장과는 무관함을 알려드립니다.)


SK Careers Editor 장수호

트랜지스터의 원리?
트랜지스터의 역할
라디오를 듣기 위해서는 공중을 통해 전해지는 미약한 신호를 확대해서 스피커를 울려야 한다. 바로 이 ‘증폭’이 아날로그 신호에 대한 트랜지스터의 역할이다. 디지털 신호의 경우 트랜지스터가 0과 1을 전환하는 ‘스위치’ 역할로 사용된다.


반도체의 성질
① 진성(Intrinsic) 반도체   트랜지스터의 원리를 알기 위해서는 반도체의 특성에 대해 먼저 알아야 한다. 반도체는 전기 전도도가 중간인 물질로 도체와 부도체의 중간 정도다. 순수한 상태의 반도체에서는 부도체처럼 전류가 통하지 않지만 특정 불순물을 첨가하면 전기 전도도가 늘어나 도체처럼 전류가 흐르는 능력을 갖게 된다. 대표적인 물질로는 실리콘과 게르마늄을 들 수 있다. 초기에는 게르마늄이 사용되었으나 80도 이상의 온도에서 파괴되는 결점이 있어 요즘은 대부분 실리콘으로 만들어 진다. 원소는 안정된 상태로 변하려는 성질이 있어 최외각전자들을 8개로 채우려는 성질이 있다. 이때 최외각전자가 4개인 실리콘과 게르마늄은 공유결합을 통해 8개를 맞춘다. 안정적인 상태에 접어든 이런 순수한 실리콘을 진성(Intrinsic) 반도체라고 하고, 자유로운 전자가 없으므로 전류가 흐르지 않는다.

② n형 반도체, p형 반도체   최외각전자 수가 5개인 원소를 불순물에 주입하게 되면 실리콘과 결합 후 1개의 자유전자(electron)가 생겨난다. 이런 자유전자에 의해 전류가 흐를 수 있는 상태가 되고, n형 반도체라고 한다. 만약 최외각 전자가 3개인 원소를 주입하면 빈 공간(hole)이 한 곳 생긴다. 빈 공간(hole)에 의해 전류가 흐를 수 있는 상태가 되고, 이를 p형 반도체라고 한다.

트랜지스터의 종류 BJT와 FET


 


<pnp형 트랜지스터, npn형 트랜지스터>


이런 반도체의 특성을 이용해 구성하는 트랜지스터는 종류에 따라 접합형 트랜지스터(Bipolar Junction Transistors, BJT)와 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistors, FET)로 구분된다. 보통 접합형 트랜지스터는 n형 반도체와 p형 반도체를 세 겹으로 접합해 만든다. 접합 형태에 따라 npn형 트랜지스터, pnp형 트랜지스터로 구분 되며 단자 3개를 각각 이미터(E), 콜렉터(C), 베이스(B)로 부른다.


BJT의 원리
npn형 트랜지스터 npn형 트랜지스터를 통해 원리를 알아보자. npn형 중간에 있는 p형에는 베이스(B)가 연결되고, 두 n형 반도체는 각각 이미터(E)와 콜렉터(C)가 연결된다. 이미터(E)는 전자, 정공을 보내는 역할을 하고, 콜렉터(C)는 전자, 정공을 모으는 역할, 베이스(B)는 전류가 흐를 수 있도록 제어한다. 예를 들어 수도꼭지가 베이스(B)라면 배관은 이미터(E), 배출구는 콜렉터(C)라고 할 수 있다.


 


<npn형 트랜지스터>


트랜지스터가 움직이기 위해서는 전압이 필요하다. p형인 베이스(B)에 음극을, n형인 콜렉터(C)에 양극을 연결하면 콜렉터(C)의 전자들은 양극에 몰리고, 베이스(B)의 정공들은 음극으로 몰려 트랜지스터에 전류가 흐르지 않는 ‘역방향 전압’이 걸리게 된다. 이때, 베이스(B)에 양극을 연결하고 이미터(E)에 음극을 연결 ‘순방향 전압’을 걸게 되면 이미터(E)에 전자들은 양극인 베이스(B)쪽으로 이동하고 베이스(B)의 정공은 이미터(E)쪽으로 이동하면서 전류가 흐른다. npn형 트랜지스터에서 사이에 있는 p형 반도체는 상대적으로 폭이 좁아서 이미터(E)에서 베이스(B)로 이동하던 전자가 베이스(B)를 통과해 이미터(E)로 이동한다. 이미터(E)로 넘어간 전류는 역방향 전압에 의해 양극으로 모이게 된다. 이런 원리로 베이스(B)에 적은 전류가 흘러도 콜렉터(C)에는 많은 양의 전류가 흐르는 ‘증폭’이 일어난다.



MOSFET이란 무엇인가?
BJT와의 차이점



<BJT(좌), FET(우)>

게이트(Gate), 소스(Source), 드레인(Drain)로 구성된 전개 효과 트랜지스터인 FET에서 게이트(G)부분에 절연체를 추가한 것이 ‘MOSFET’이다. 이로써 게이트(G)로 전류가 흐르는 것을 막고, 게이트(G)전압을 조절해서 소스(S)와 드레인(D)사이의 전류 통로를 제어해 흐르는 전류를 조절한다. 드레인(D)과 소스(Source)에 사용되는 반도체의 종류(n형, p형)에 따라 NMOS, PMOS로 나눈다. FET가 베이스(B)에 전류가 흘러 콜렉터(C)의 전류를 제어하는 전류제어소자인 반면, MOSFET은 게이트(G)전압을 조절해 드레인(D)전류를 제어하는 전압제어 소자이다. 이런 몇 가지 차이점을 표를 통해 살펴보자.

 

 

MOSFET의 경우 게이트(G)에 있는 절연체로 인해 직접 전류가 흐르지 않아 상대적으로 소비전력이 낮고, 집적도가 높아 소형칩을 제조하는데 유용하기 때문에 BJT보다 많이 사용되고 있다.


MOSFET의 원리
 

 


<게이트(G)에 전압이 없을 때(좌), 게이트(G)에 전압이 인가되었을 때(우)>

MOSFET은 p형 기판 위에 고농도로 도핑 된 n영역들이 만들어져 있고, 각각 소스(S)와 드레인(D)이다. 게이트(G)와 기판 사이에는 얇은 절연체가 있어서 전압이 없을 시에는 드레인(D)과 소스(S)사이에 통로가 없어서 전류가 흐르지 못한다. 하지만 게이트(G)에 전압을 인가하면 전압에 의해 절연체 밑으로 전하가 유도된다. 이 때, 전하가 증가하여 p형 기판의 정공이 전하로 채워져서 n형으로 바뀌고 드레인(D)과 소스(S)사이에 전류가 흐를 수 있는 통로가 만들어진다.



PN접합 시 breakdown이 일어나는 이유는?
PN접합 공핍 영역(depletion zone)
P형 반도체와 N형 반도체는 모두 전도율이 좋다. 하지만 이 둘을 접합 했을 시에는 접합면의 전도율 떨어지는데 이때 접합면을 공핍 영역(depletion zone)이라고 한다. 농도 차이로 인해 P형의 정공은 N형으로 확산(diffusion)되고, N형 전자는 P형으로 확산된다. 이 과정에서 접합면에서 P형의 정공과 N형의 전자가 서로 끌어당겨 결합하여 전자와 정공이 존재하지 않는 영역이 발생하게 되는 것이다.


정방향 바이어스와 역방향 바이어스
정방향 바이어를 걸어 주면 P형의 정공과 N형의 전자가 접합면 쪽으로 몰리게 되고, 공핍 영역(depletion)의 폭이 줄어들어 전류가 잘 흐를 수 있는 상태가 된다.
역방향 바이어스 를 걸어주면 P형의 정공과 N형의 전자가 접합면과 반대쪽으로 밀려나고 공핍 영역의 폭이 늘어난다. 전류가 흐르기 힘든 상태가 된다. 하지만 높은 역방향 바이어스가 걸릴 경우 breakdown에 의해 역방향 전류가 형성되고, 이런 PN접합 다이오드는 사용할 수 없는 상태가 된다. 따라서 breakdown voltage 범위 내에서 사용해야 하고, Breakdown의 종류에는 zener breakdown, avalanche breakdown있다.

Avalanche breakdown 역방향 바이어스가 심화되면 공핍 영역 내의 Electric Field가 강해지게 된다. 이런 공핍 영역 내에 P형의 정공이나 N형의 전자가 들어오면 Electric Field에 의해 높은 에너지를 얻게 되고 다른 원자와 충돌하면서 EHP(electron-hole pair)가 발생하고, 발생한 EHP는 다시 Electric Field에 의해 가속되는 과정이 반복되어 결과적으로 전자, 정공들의 수가 급증하고, 역방향 전류가 흐르게 된다.

Zener breakdown 원래 전자는 P형에서 에너지를 얻어 N형으로 이동해야 한다. 하지만 역방향 바이어스가 심화되면 P형 전자가 N형으로 바로 이동하는 터널링 현상이 발생하게 된다.



DRAM의 동작원리
Dynamic Random Access Memory의 약자인 DRAM은 한 비트의 정보를 구성하는데 한 개의 트랜지스터와 축전기를 사용한다. 축전기를 통해 저장한 정보는 시간이 지나면서 방전되어 소멸되게 된다. 따라서 Refresh작업을 통해 일정시간마다 정보를 다시 써 줘야 정보 손실을 막을 수 있다. 이렇게 동적으로 재생시키는 작업이 있어서 동적이라는 명칭이 붙었다.

SRAM과 DRAM의 차이


  


SRAM이 속도가 빠르지만 집적도가 낮고, 가격이 높아 주 메모리로 사용하기에는 문제가 있다. 따라서 DRAM이 주 메모리로 사용되게 된다.


 

수호’s Tip

PT면접의 수준은 반도체의 기본 중에 기본 지식을 요한다고 한다. 새로운 개념을 찾을 것이 아니라 수업시간에 들었던 내용을 되짚어 보며 기초 개념들을 확실히 잡고 기억하고 있으면 PT면접에서도 좋은 결과를 얻을 수 있을 것이다.

 

 


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Posted by SK Careers Journal skcareers

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  1. 열정맨 2016.08.09 20:30 신고 Address Modify/Delete Reply

    알짜 정보만 있네요^^ 감사합니다~

  2. 취준생 2016.09.09 02:11 신고 Address Modify/Delete Reply

    bjt 설명하는 부분이 이상합니다
    E에서 B로 넘어간 전자들이 B를 통해 E로 간다구요??..
    수정부탁합니다. 이거보고 공부하는 학생들이 혼돈이 올 수 있습니다.