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  • 과학 기타

    작은 칩에 음악 1000곡·사진 수만장!

    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

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    P램·F램·M램 등 차세대 반도체로 부상

    지난 10여년간 세계 메모리반도체 시장의 주력 제품은 D램과 낸드플래시였다. 기업들은 이제 차세대 반도체 개발에 눈을 돌리고 있다. 차세대 반도체의 특징은 '보다 작은 크기에 보다 많은 데이터를 저장하고,보다 빠른 처리 속도를 갖춘 제품'이라 할 수 있다. 이런 조건을 만족시킬 수 있는 차세대 반도체로 떠오르고 있는 제품은 크게 P램 F램 M램 등 3가지다. 이들 제품의 특징은 전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 플래시메모리의 장점과 데이터 처리 속도가 빠른 D램의 장점을 골고루 갖췄다는 점이다. 이들 차세대 메모리 반도체 중 가장 먼저 상용화 단계에 접어든 제품은 'P램'이다. P램은 '게르마늄 안티몬 텔룰로이드'라는 물질이 일정 온도에서 비결정질에서 결정질로 바뀌는 특성을 이용해 개발된 메모리 반도체다. 삼성전자는 지난해 64메가비트(Mb) P램을 개발한 데 이어 올해 256Mb를 개발했으며 마이크론과 인피니언 등도 개발에 박차를 가하고 있다. 'F램'은 전기를 흘려주면 자석처럼 플러스와 마이너스 전극을 띠게 되는 '강유전체'란 물질을 소재로 만든 메모리 반도체다. D램 수준의 빠른 동작 속도와 낮은 동작 전압을 갖추고 있을 뿐 아니라 플래시메모리보다 10배 이상 빠른 데이터 저장·처리 속도를 낼 수 있다. 미국의 램트론사가 지난 1995년 세계 최초로 64킬로비트(Kb) 제품을 생산했으며 삼성전자는 2002년 32Mb 제품을 개발한 상태다. 'M램'은 '자기'를 이용해 정보를 저장·처리하는 메모리로 차세대 메모리반도체 가운데 개발 속도가 가장 늦다. 모토로라가 2003년 4Mb제품을 선보인 데 이어 인피니언과 IBM이 지난해 6월 16Mb급 제품을 개발한 상태다.

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    반도체 없으면 디카 · MP3도 없다!

    ◆반도체로 편리해지는 생활 1947년 미국에서 최초의 컴퓨터라고 할 수 있는 '에니악'이 등장했다. 당시 에니악의 무게는 무려 50t,차지하는 면적은 280㎡나 됐다. 그로부터 60여년이 지난 지금,컴퓨터는 점점 작아져 이제는 노트 크기 정도로 줄어들었다. 1990년대 초반까지만 해도 컴퓨터에 기록된 데이터를 저장하는 데는 1.44메가바이트(MB)의 플로피디스크가 쓰였다. 플로피디스크에는 사진 몇장,문서 파일 몇 개를 저장하는 게 고작이었다. 그러나 지금은 껌 한통 크기의 USB드라이브에 2~4기가바이트(GB)의 정보를 저장할 수 있다. 모두 반도체 기술의 진화 덕분에 가능해진 일이다. 반도체의 발달은 이처럼 우리 삶을 보다 편리하게 만들고 있다. 특히 고성능 반도체 기술이 등장하면서 유비쿼터스(Ubiqitous:시간과 장소에 상관없이 자유롭게 네트워크에 접속하는 것)와 디지털 컨버전스(기능 융·복합) 현상도 가속화되고 있다. 통화만 가능했던 1세대 휴대폰과 달리 최근 출시되는 휴대폰은 통화는 물론 디지털카메라 촬영,영화감상,TV방송 수신,모바일 게임까지 할 수 있을 정도다. 디지털카메라도 단순한 촬영 기능 외에 MP3 음악을 들을 수 있고 캠코더처럼 동영상을 찍을 수 있을 정도로 발전했다. ◆낸드플래시가 진화 이끈다 올 들어 국내외에서 급속한 발전을 이루고 있는 분야는 단연 모바일 및 컨슈머 기기다. 휴대폰,MP3,디지털카메라,PDA,휴대용 게임기 등이 그것이다. 모바일·컨슈머 기기가 급성장하게 된 배경에는 '낸드플래시'가 있다. 낸드플래시는 전원이 꺼져도 저장된 데이터가 지워지지 않는다는 특성 때문에 자주 전원을 껐다 켜야 하는 휴대용 기기에 많이 쓰이는 반도체다. 특히 낸드플래시

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    "1년마다 용량 2배증가" 黃의 법칙 뜬다

    반도체의 기초가 됐던 트랜지스터가 개발(1947년)된 이후 58년이 흘렀다. 반도체 기술은 그동안 상상할 수 없을 정도로 빠른 속도로 발전을 거듭해왔다. '반도체 기술이 어느 정도의 속도로 진화할 것인가'를 예측한 법칙은 크게 두 가지다. 바로 '무어의 법칙'과 '황(黃)의 법칙'이다. '무어의 법칙'은 미국 인텔을 창업한 고든 무어가 1965년에 발표한 이론이다. 무어는 반도체 기술의 발전 속도를 분석한 결과 '1년6개월마다 하나의 반도체 칩에 들어가는 트랜지스터 수가 2배씩 증가한다'는 이론을 발표했다. 쉽게 설명하면 18개월마다 MP3플레이어의 저장용량을 2배로 늘릴 수 있는 반도체 칩이 개발된다는 얘기다. 무어의 이론은 발표 이후 수십년 동안 세계 반도체 업계의 발전속도를 가늠할 수 있는 이론으로 받아들여졌다. 그런데 2000년대 들어 '무어의 법칙'을 대체하는 이론이 등장했다. 바로 '황의 법칙'이다. 황의 법칙의 원래 명칭은 '메모리 신성장론'으로 지난 2002년 황창규 삼성전자 사장이 국제반도체학회(ISSCC)에서 발표한 이론이다. 황 사장은 당시 'PC를 중심으로 한 반도체 산업은 앞으로 휴대폰,PDA,디지털카메라 등의 제품을 중심으로 급속도로 발전할 것이며 이에 필요한 반도체의 용량은 1년에 2배씩 증가할 것"이라고 말했다. 실제로 삼성전자는 1999년 256메가비트 메모리반도체를 시작으로 2000년 512메가,2001년 1기가,2002년 2기가,2003년 4기가,2004년 8기가 제품을 잇따라 개발하며 '황의 법칙'을 증명해 보였다.

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    Electricity(전기) 語源이 호박돌이야!

    일상 생활에서 쉽게 느낄 수 있는 전기 현상은 17세기 이후 부터 그 정체가 속속 드러났다. '미지의 힘'으로만 알려져 왔던 전기에 대해 과학자들은 그 정체가 무엇이며 어떤 힘에 의해 발생되는지 베일을 하나씩 벗겼다. 정보화 사회가 급진전 되면서 전기는 이제 현대인이 살아가는데 없어서는 안 되는 '생활필수품'으로 자리잡았다.전기가 없으면 TV 냉장고등 가전제품은 물론 인터넷도 쓸 수 없다. 공업화 산업화를 가능하게 하고 정보화 시대를 열어 젖힌 원동력인 전기에 대해 그 역사와 원리를 알아보자. 기원전 600년께 그리스 사람들은 호박돌을 헝겊으로 문지르면 깃털이 끌려온다는 것을 알고 있었다. 전기는 영어로 일렉트리시티(Electricity)라고 하는데,이 단어의 어원이 바로 그리스어로 호박(琥珀·장식용 광물)을 뜻하는 일렉트론(Elektron)이다. 전기는 최초에 이 같은 정전기 현상으로 알려지게 됐다. 물론 '끌어당기는 힘'의 정체가 밝혀진 것은 그로부터 한참 후의 일이다. ◆마찰 기계와 라이덴 병 최초의 정전기 발생장치는 17세기 독일의 물리학자 오토 폰 게리케가 발명한 '마찰 기계'로 알려지고 있다. 유황으로 만든 공을 회전시키면서 손으로 마찰하면 정전기가 발생돼 종이조각이나 천조각을 끌어당기는 기계다. 이후 과학자들은 점점 커다란 마찰 기계를 만들어 꽤 많은 정전기를 발생시킬 수 있게 됐다. 18세기에 들어와서는 전기에 두 종류가 있음이 밝혀졌다. 털로 문지른 2개의 호박이 서로를 밀어내고 마찬가지로 비단으로 문지른 유리들도 서로를 밀어낸 반면 호박과 유리는 서로를 끌어당기는 사실을 발견했다. 호박을 비볐을 때 나오는 전기는

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    에디슨, 일본 대나무로 전등 필라멘트 실험 성공

    위대한 발명가 토머스 에디슨은 수많은 발명품을 내놓았지만 그 가운데 첫손에 꼽히는 작품은 19세기 말 개발한 전등이라고 할 수 있다. 당시 금속 조각에 전지를 연결해 가열하면 빛을 낼 수 있음은 잘 알려져 있었으나 문제는 금속 필라멘트가 몇 시간 만에 녹아버리는 것이었다. 전등 개발에 도전한 에디슨이 처음 필라멘트 재료로 생각한 금속은 백금이었다. 하지만 백금 필라멘트 역시 너무 빨리 타버렸다. 이를 막기 위해 생각해 낸 게 바로 튤립 봉오리를 닮은 작은 유리 용기,즉 전구다. 전구 속을 진공으로 만들면 산소가 없어 필라멘트가 타지 않을 거란 아이디어였다. 하지만 이마저도 실패로 돌아갔다. 에디슨은 새로운 필라멘트 소재를 찾기 시작했고 특히 식물 섬유에 대해 관심을 갖게 됐다. 연구팀원들이 세계 각국을 돌아다니며 섬유를 찾아다닌 끝에 마침내 적합한 소재를 발견했다. 바로 일본의 마다케 대나무였다. 에디슨은 이 대나무의 섬유를 전지에 연결된 선에 끼우고 스위치를 올려 빛을 내도록 했다. 그 결과 이 섬유는 진공 전구 속에서 무려 1500시간이 넘도록 버텼다. 기껏해야 수십 시간 버티던 기존 필라멘트와는 비교할 수 없는 긴 시간이었다. 이후 전구를 쉽게 끼울 수 있는 소켓을 비롯해 스위치 퓨즈 전력선 등 수많은 발명품이 속속 나왔다. 전등의 실용화를 위해 노력한 에디슨 연구팀의 결실이었다.

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    전류와 전자는 서로 반대로 흐른다

    전기가 우리 주변에 존재한다는 사실은 이미 오래 전부터 널리 알려져 있었지만 그 정체가 과학자에 의해 밝혀진 것은 19세기 말이었다. 에디슨이 백열전구를 발명(1879년)한 후 20년쯤 지났을 무렵 영국의 물리학자 J 톰슨은 에디슨의 전구를 응용해 여러가지 실험을 한 끝에 전선 안을 굴러가면서 전류를 만드는 게 아주 미세한 입자라는 것을 알아냈다. 그는 이 작은 입자가 빛도 만들고 열도 나게 한다는 것을 알고 '전자'(일렉트론)라고 이름 붙였다. ◆전기는 전자의 흐름 전자는 전기를 만들어 내는 주역이다. 물체를 문질러 마찰전기를 일으켰을 때 그 물체에 전자가 모여 있으면 음(-)전하를 띤다고 말하고 반대로 물체에서 전자가 없어져 버리면 양(+)전하를 띤다고 일컫는다. 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르듯 전기도 일정한 법칙에 따라 흘러간다. 음전하를 띤 물체와 양전하를 띤 물체를 도선으로 연결하면 반드시 전류가 흐른다. 이 경우 전류는 양극 쪽에서 음극 쪽으로 흐르는 것으로 규정돼 있는데 이것은 과학현상을 설명하기 위한 일종의 약속이다. 과학자들이 양전하 쪽을 전류가 흐르는 방향으로 정했기 때문이다. 그러나 실제 전자의 이동 방향은 다르다. 음극 쪽에는 전자가 많고 양극 쪽에는 부족하기 때문에 결국 양전하와 음전하를 띤 두 물체를 도선으로 연결하면 음극에서 양극으로 전자가 이동해 부족한 부분을 메워주는 것이다. 양쪽의 전자 양이 같아지면 전자의 이동은 중지된다. 따라서 전류의 방향과 전자의 방향은 서로 반대다. ◆자연의 전기 자연에서 많이 보이는 전기현상은 번개와 벼락이다. 양전기와 음전기를 띤 공중의 구름이 서로

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    1887년 경복궁에 처음 전등 등장

    우리나라에서 처음으로 전등이 선보인 것은 1887년 3월6일 저녁 경복궁 안의 건청궁에서였다. 에디슨이 백열전등을 발명한 지 불과 8년여 만의 일이다. 당시만 해도 전기 시설을 갖추려면 최첨단 기술이 필요했고 자금도 엄청나게 들어갔다. 선진기술을 과감히 받아들이는 왕실의 한 단면을 읽을 수 있다. 그 후 전기 수요는 꾸준히 늘어 10여년 후인 1898년엔 우리나라 최초의 전력회사인 한성전기회사가 설립됐다. 고종 황제가 미국인 콜브란의 협조로 만든 회사다. 한성전기는 서울 시내의 전등 전차 전화 사업권을 갖고 우리나라에 전기를 본격 공급하기 시작했다. 이 회사는 오늘날 한국전력의 모태가 된다. 국내 최초의 전차는 1899년 5월4일 서울 동대문과 홍화문 사이를 운행했다. 이어 1900년에는 서울 시내 길거리에 처음으로 조명용 전등이 등장한다. 전차는 여러 가지 화제를 뿌리며 장안의 명물로 자리 잡고,조명용 전등은 해만 지면 캄캄했던 길거리를 대낮처럼 환하게 밝혀 시민들의 생활에 큰 변화를 가져왔다. 이후 민간 전등 보급은 급속히 확대돼 갔다. 대규모 발전소도 속속 건설됐다. 1929년부터 1945년까지 한반도 북부지역을 중심으로 약 20여개의 발전소가 지어져 전력 공급에 숨통을 텄다. 이어 1964년부터는 농어촌 전화보급 사업이 본격화돼 전화의 생활화가 시작됐으며,1978년에는 경남 고리에 원자력발전소 1호기가 준공됨으로써 원자력 시대가 개막됐다.