요즘 10대와 20대 젊은층으로부터 선풍적인 인기를 끌고 있는 애플의 MP3플레이어 '아이팟 나노'의 두께는 0.69cm,무게는 42.5g이다.

그러나 이 조그만 기기에는 1000여곡의 MP3 음악파일과 2만5000장의 사진 파일을 저장할 수 있다.

이 같은 아이팟 나노의 놀라운 정보 저장력은 삼성전자의 반도체인 '낸드플래시'가 있었기에 가능했다.

손톱만한 작은 크기의 칩 하나에 엄청난 양의 정보를 저장할 수 있는 시대,바로 반도체가 이루어낸 새로운 정보 혁명의 시대다.

도대체 반도체는 무엇이길래 이런 일을 가능케 하는 것일까.

반도체가 개발된 이후 우리 생활은 급속하게 변화하고 있다.

컴퓨터에 이어 휴대폰,디지털 카메라,MP3,휴대용 게임기 등은 물론 자동차 항공기 등 반도체가 쓰이지 않는 곳이 없을 정도다.

특히 올 들어 휴대폰 등 모바일 기기는 초고속？고용량 반도체의 등장과 맞물려 진화를 거듭하고 있다.

많은 이들은 앞으로 반도체가 가져다 줄 변화가 어느 정도일까를 궁금해한다.

지금같은 속도라면 인간처럼 생각하는 스마트로봇,3차원 가상현실 등 SF영화에 나오는 모든 일들이 가능해질 날이 얼마 남지 않았다는 전망이 나올 정도다.

◆반도체의 원리

반도체(semiconductor)는 말 그대로 전기가 통하는 도체와 통하지 않는 부도체의 중간 특성을 지닌 물질이다.

평상시에는 전기가 통하지 않다가 열을 가하는 등의 변화를 주면 전기가 통하는 실리콘이나 게르마늄 같은 물질을 말한다.

반도체는 이처럼 외부에서 전기의 흐름을 통제해 정보를 저장하거나 전달하는 기능을 한다.

반도체가 제 기능을 발휘하기 위해선 크게 세 가지 부품이 필요하다.

바로 '트랜지스터'와 '저항''캐패시터'다.

이들 세 부품을 하나의 회로 안에 넣어야 비로소 반도체라는 이름을 얻게 된다.

한마디로 반도체는 이들 세 부품 간의 상호 작용을 통해 전자를 제어해 정보의 최소 단위인 비트(bit)를 저장하고 전달하는 역할을 한다.

같은 크기의 반도체 칩에 얼마나 많은 트랜지스터와 저항,캐패시터를 넣느냐에 따라 반도체의 성능이 좌우된다.

1958년 미국 텍사스인스트루먼트(TI)사의 칼비라는 공학자가 개발한 최초의 반도체에는 트랜지스터 1개,저항 3개,캐패시터 1개가 들어가는 수준이었다.

최근에 개발된 반도체 칩은 가로 6mm,세로 6mm 크기에 트랜지스터와 캐패시터 수십만∼수백억개가 들어간다.

초기의 반도체 하나가 책 한권을 저장할 수 있는 용량을 갖췄다면 지금의 반도체는 도서관 하나의 정보를 통째로 담을 수 있을 정도다.

이처럼 대용량의 정보를 저장할 수 있는 반도체 기술은 초미세 공정기술이 뒷받침됐기에 가능해졌다.

'리소그래피'와 '나노 공정'이 그것이다.

리소그래피는 복잡한 회로 설계도를 축소한 뒤 실리콘 웨이퍼(반도체 원판)에 사진을 인화하듯이 찍어내는 방식을 말한다.

나노(nano)공정은 웨이퍼 위에 사람 머리카락 지름의 10만분의 1에 해당하는 두께로 반도체 회로를 만들 수 있는 기술이다.

삼성전자가 최근 출시한 16기가비트 낸드플래시의 경우 50나노 공정을 적용해 손톱보다 작은 크기의 칩 안에 164억개의 트랜지스터를 넣을 수 있다.

◆반도체의 종류

반도체를 분류하는 기준 중 대표적인 게 '정보저장 기능'이다.

정보를 저장할 수 있는 반도체를 '메모리 반도체',그렇지 않은 반도체를 '비메모리 반도체'라고 한다.

쉽게 설명하면 메모리 반도체는 디지털 캠코더로 찍은 동영상 파일이나 MP3 음악파일 등을 저장하는 공간을 갖춘 제품이고,비메모리는 저장 기능은 없으나 저장된 정보를 받아들이거나 재생하는 데 쓰이는 제품이라고 생각하면 된다.

메모리 반도체는 다시 정보 저장 방식에 따라 S램,D램,낸드플래시,노어플래시 등으로 나눌 수 있다.

이 가운데 D램과 S램은 전원이 끊기면 저장된 정보가 사라진다.

반면 낸드플래시와 노어플래시는 전원이 끊기더라도 정보는 그대로 남아 있는 데다 크기가 작고 외부 충격에도 강하다.

따라서 D램과 S램은 오랜 시간 사용하는 컴퓨터의 기억장치로 많이 쓰이는 데 비해 낸드플래시와 노어플래시는 노트북이나 디지털카메라,MP3플레이어 등에 많이 사용된다.

특히 낸드플래시의 경우 최근 하드디스크에 버금가는 용량과 노어플래시에 버금가는 처리 속도를 갖춘 제품이 속속 나오면서 쓰임새가 확대되고 있다.

이태명 한국경제신문 산업부 기자 chihiro@hankyung.com