1. 반도체는 어떻게 작동되는것일까?

 

반도체의 기본 개념 : 컨트롤 가능한 스위치

즉, On/ Off 를 나눌 수 있어야 한다.

 

이러한 스위치에 대해서 알아보는것이 1단계

 

 
보시다시피, 수도꼭지가 있음
 
이러한 수도꼭지는 위 꼭지(gate)를 돌리면 물이 나오고 안나오고를 컨트롤 할 수 있다
 
source에 물이 들어가고 drain 에서 물이 나올것이다.
 
물이 나오면 1 물이 멈추면 0
 
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위는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasistor)의 구조이다.
 
딱 보면 어려워 보이지만
 
빨간 동그라미 친 부분만 이해하면 동작원리는 다 이해한다.
 
Source가 물이 들어가는곳이고 Drain이 물이 나오는곳이다. 그리고 Gate 는 물을 컨트롤 할 수 있는 꼭지이다.
 
즉, Gate를 잠그면 물이 끊기고 Gate를 열면 물이 통한다.
(여기서 물은 전류, Gate를 열고 닫는건 전압이다.)
 
이때 Gate가 논리적으로 1일때 열리는것을 N Type MOSFET
 
Gate가 논리적으로 0일때 열리는것을 P Type MOSFET 이라 한다.
(※ 논리적 1과 0은 전압기준이다.)
 
결론은, MOSFET 은 수도꼭지이다.
 
저게 MOSFET 동작 원리 끝이다.
(간단하지만, 정말 끝이다............. 이걸 반년동안 배운다. 아 물론 심화내용도 많지만..)
 
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2. 그러면 이런 반도체소자가 모여서 뭘하지?
 
우리는 이제, 저 MOSFET 이란것이 스위치 역할을 한다는것을 알았다.
 
즉, Gate(수도꼭지의 꼭지부분)에 따라 물을 내보내고 안내보내고를 컨트롤 할 수 있다.
 
그럼 저거 뭐에 쓰냐?
 
저게 모여서 컴퓨터가 된다. 하나의 예를 보자.
 
 
 
보자마자 머리가 아파지는 회로다.
 
==========================회로설명=================================================
 
Vdd 는 물이 차있는 탱크
 
Vss 는 배수구
 
그리고 A에는 두개의 수도꼭지가 달려있다. 편의상 위꼭지 아래꼭지라 하겠다.
(위 꼭지는 P Type MOSFET, 아래 꼭지는 N Type MOSFET이다.)
 
A를 통해 두개의 수도꼭지를 조정할 수 있다.
 
A가 0 이면 위 꼭지는 열리고 아래 꼭지는 닫힌다.
 
A가 1 이면 위 꼭지는 닫히고 아래 꼭지는 열린다.
 
참조 ) 다시 말하지만, P Type 인 위 꼭지는 0일때 열리고 1일때 닫힌다.
N Type 인 아래 꼭지는 0일때 닫히고 1일때 열린다. 
 
그리고 Q는 물통이다.
 
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A가 '1' 이면 위 꼭지는 닫히고 아래 꼭지는 열린다.
 
위 꼭지가 닫혔으므로, 위에 있는 물탱크에서 Q로는 물이 흐르지 않는다.
 
심지어, 아래꼭지가 열려있으므로 있던 물도 다 빠져버릴것이다.
 
즉, 물통에는 물이 없으므로 '0' 이다.
 
A가 '0' 이면 위 꼭지는 열리고 아래 꼭지는 닫힌다.
 
위 꼭지가 열렸으므로, 위에 있는 물탱크에서 Q로 물이 줄줄 흐른다.
 
아래 꼭지가 닫혔으므로 배수구로 물이 빠지지 않는다.
 
즉, 물통에 물이 차므로 '1'이다.
 
위 수도꼭지가 열린 경우를 나타낸것이다.
 
 
이것을 간단히 나타내면
 
A : 1 -> Q : 0
A : 0 -> Q : 1
 
신호가 반대로 바뀌고 있다.
 
이를 인버터 라 한다.
 
이것이 CMOS 구조라 한다.
 
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위 인버터는 논리식으로 NOT이라 한다.
 
기호로 !0 은 NOT 0 이고 2진수 세상에서 있는것은 0 과 1이므로
 
NOT 0 -> 0이 아니다. -> 1이다.
 
즉, !0 = 1 마찬가지로 !1 = 0 이다. 
 
저게 왜 컴퓨터지? 라고 물어볼 수 있으나,
 
저게 기본구조이고 저런식으로 구조를 달리하여
 
AND, OR, XOR, NAND 등의 논리를 만들 수 있다.
 
 
진짜다. 심심하면 한번 해보길 바란다. 진짜 AND Gate 신호가 나온다.
 
풀이는 다음시간에..
 
 
P.S 지금 위 내용은 전자공학도가 전공내용을 1년동안 배우는 내용이다.
심지어 배운 전공자한테 물어보면 모르는 경우가 50%정도.
위 내용을 이해하는 순간, 반도체에 대해서 50% 이상 아는것이 된다.
 
 
 
 
앞으로 진도 목록 (앞으로 변할 수 있음)
 
1. 반도체의 기본 구조
 
2. 논리게이트
 
2-1 . 논리게이트의 응용
 
3. 반도체의 제작
 
4. 반도체의 집적
 
5. CPU
 
6. 어셈블리어 (Intel X86 기준)
 
7. 멀티코어와 인터럽트
 
8. C언어 및 추상화
 
9. 심화 과정(FOR 공대생)
 
9 - 1 . MOSFET
 
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수정1) N Type, P Type의 간략 내용 추가