교과목 개요
- 차세대반도체공학전공 교과목 개요
- 1학년 -
차세대반도체공학개론 (Introduction to Next-Generation Semiconductor Engineering)
반도체공학과 신입생들이 바람직한 가치관을 정립하고, 성공적인 대학 생활을 영위할 수 있도록 지도하는 신입생 대상 교과목이다. 학생들이 가치 있는 삶의 목적을 수립하고, 성실한 자세로 도전하여 미래를 열어나가는 데 역점을 두며, 차세대반도체 기술 및 산업에 대한 소개와 자신의 적성과 능력을 토대로 졸업 후의 경력을 수립할 수 있도록 진로 교육을 한다.
- 2학년 -
물리화학 I (Physical Chemistry I)
반도체를 포함한 재료의 물성을 이해하기 위하여 상대성 이론, 빛의 입자성, 입자의 파동성으로부터 물질의 시작하여 물질의 이중성, 불확정성원리 등의 현대 물리의 기본을 공부한다. 그리고 이를 바탕으로 하여 원자의 구조에 대하여 고전적인 측면과 양자역학적 측면에서 연구하며 재료의 물리적, 화학적 성질에 대한 기본적 성질을 이해할 수 있도록 한다.
● 물리화학 II (Physical Chemistry II)
재료의 열역학 및 반응속도론의 기초이론을 다룬다. 물질의 각 상태 즉 기체, 액체, 고체를 규정하고 이상기체를 중심으로 기체의 비열을 고전이론과 양자론 및 맥스웰 분포도를 통해 비교하고 열역학의 제1, 2 법칙을 도입하여 엔트로피, 자유에너지의 개념 및 도입 필요성을 논한다.
● 재료과학개론 (Fundamentals of Materials Science and Engineering)
재료의 결정학적 조직 특성과 그 묘사 방법을 이해하고 상태도의 원리 및 조직 발생의 기초에 대한 상변화와 이에 따른 제반 특성에 미치는 영향을 교육함으로써 재료의 기계적, 화학적 특성, 및 재료의 평가 방법의 원리를 이해할 수 있도록 한다.
● 전자재료물성 (Electronic Properties of Materials)
전기/전자 분야에서 널리 쓰이는 반도체, 유전재료. 자성재료 등의 전자재료의 물리적, 전기적, 광학적, 자기적, 열적 성질에 대한 기초이론을 폭넓게 공부한다. 또한, 이들 재료로 만들어지는 여러 가지 소자들 즉, 반도체 소자, 메모리, 광전소자, 초전도체, 마그네틱 소자, 전력 반도체, 논리회로 소자 등의 기본원리를 강의한다.
● 기초회로이론 (Fundamentals of Electric Circuits)
반도체 기판 및 마이크로프로세서를 구성하고 있는 선형 전기회로의 이해를 위한 기본 개념을 주로 다루며 다음의 주제를 주로 강의한다. 즉, electric circuit variables, circuit elements, Ohm's law, Kirchhoff's law, 테브난과 노턴 등가회로, linear circuit analysis techniques, operational amplifier, the response of first-order RL and RC circuits, the response of second-order RLC circuits, sinusoidal steady-state analysis methods 등을 다룬다.
● 실리콘반도체공학 (Fundamentals of Silicon Semiconductor Engineering)
전기/전자소자 및 반도체 산업의 기본이 되는 실리콘 반도체의 소재와 소자의 기본 개념과 원리를 이해하도록 한다. 실리콘 반도체의 단결정 웨이퍼 제조, 결정구조, 에너지 밴드 구조, 전기적/광전기적 특성, 마이크로프로세서, 메모리, 센서 등의 주요 응용 분야와 이를 제조하기 위한 주요 박막 공정들에 대해 학습한다.
● 공업수학 (Advanced Engineering Mathematics)
공학 문제의 해결을 위한 정량적인 도구로서 상미분 방정식과 벡터해석을 다룬다. 1, 2차 및 고차의 상미분 방정식, 연립상미분방정식, 급수 해법, 라플라스 변환, 벡터함수의 미적분 등을 포함한다. 공학에서 널리 쓰이는 도구 과목의 성격을 가지므로 엄밀한 수학적인 접근보다는 주로 계산 방법과 공학적인 문제에 대한 수리적 방법을 다루어 응용수학적인 관점에서 접근한다.
● 표면및계면공학 (Surface and Interface Engineering)
계면 현상의 원리를 소개하고, 계면 현상들이 재료공정에서 적용되는 기본 이론에 관해 공부한다. 재료 계면은 고체/고체, 고체/액체, 고체/기체 등의 다양한 형태로 나타나며, 이는 도핑, 분산, 용액코팅, 기상 증착 등의 소재 개발 핵심 공정을 이해할 수 있는 가장 기초적인 학문이다. 반도체 소재를 다루는 데 있어 경험적인 공정을 이론적으로 이해하고 접근할 수 있도록 계면 물리/화학과 이에 기초한 공정 및 소재 물성의 연관 관계를 이해할 수 있도록 한다.
● 전자기학 (Fundamentals of Electromagnetism)
반도체 소재 및 소자에서 발생하는 정전계 및 정자계에 대한 이해를 목표로 한다. 전계의 세기, 전속밀도, 전위 등의 기본 성질을 가우스의 법칙, 발산의 법칙을 통하여 설명한다. 도체 및 절연체의 성질을 이해하고, 유전체, 정전용량을 도입한다. 전계 계산을 라플라스 방정식 및 포아송 방정식을 이용하여 해석적으로, 수치 해석적으로 구해 봄으로써 정전계에 대한 이해를 확실하게 한다.
● 고분자공학 (Organic and Polymer Materials)
본 교과목은 공액-구조 유기물 반도체 소재의 개념과 원리, 고분자의 기초 물성, 화학구조, 기계적/전기적 특성에 대한 기초 지식을 학습하도록 한다. 이를 바탕으로 유연하고 신축성 있는 전자소자 제작을 위한 전사 공정 및 프린팅 공정의 핵심 기술 등을 이해할 수 있으며, 유연한 전극과 자유로운 형상을 가지는 반도체 소자 및 응용 분야에 대해 이해할 수 있도록 하다.
● 전자회로 (Electronic Circuits)
다이오드, 트랜지스터의 모델 및 기본회로, FET 모델 및 기본회로, 증폭회로의 기본원리, 주파수반응, 궤환 증폭기 회로 등을 공부한다. 능동 소자를 사용한 응용회로를 공부하며, 주요 주제로는 연산증폭기의 구조와 주파수 반응, 연산증폭기 응용회로 설계 및 해석, 귀환과 발진회로, 신호발생회로, Analog-to-Digital 변환회로, Digital-to-Analog 변환회로, 능동필터회로, 연산증폭기 응용 회로, 전력안정회로 등을 공부한다.
● 광학 (Fundamentals of Optics)
본 과목의 최종 목표는 포토리소그래피, 광전소자, 디스플레이 등의 다양한 분야에서 활용되는 빛의 개념과 전파원리를 이해하는 것이다. 이를 위하여 파동의 개념을 이용하여 빛이 진공 및 물체 내에서 어떻게 전파하는지를 이해하고, 이러한 개념을 이용하여 물체에 입사하는 빛의 반사 및 굴절을 이해한다. 또한, 입사하는 빛에 의한 원자들의 진동개념을 이용하여 빛의 전파원리를 이해한다. 물체에 의한 빛의 반사, 굴절, 산란, 회절, 흡수 및 굴절률 변화 등을 이해할 수 있다.
- 3학년 -
● 진공및박막공학 (Vacuum and Thin-Film Technology)
수 마이크론 이하의 얇은 박막을 제조하는 공정으로 PVD, CVD 등의 여러 박막 제조 방법에 대하여 배우고, 이들 제조된 박막의 전기적, 물리적, 화학적, 기계적 성질과 이들 성질을 제어하는 박막 제조 시의 공정조건에 대하여 다룬다. 또한, 박막을 제조하는데 요구되는 기본 장비로서 진공 장비가 사용되며, 진공의 기본원리와 진공을 발생시키는 펌프, 그리고 진공도를 측정하는 장비에 대하여도 학습한다.
● 반도체소자물리 I (Semiconductor Device Physics I)
재료산업의 가장 큰 수요처인 전자집적회로 산업의 기반이 되고 있는 반도체 및 나노 디바이스에 대한 기초적인 이해를 목표로 한다. 실리콘을 기반으로 하는 반도체 소자의 기본적인 구조와 동작원리를 먼저 이해하고, 현재 소자들의 문제점과 이를 대체할 목적으로 연구되고 있는 각종 나노 소자들의 종류 및 문제점 등에 대하여 학습한다.
● 반도체소자물리 II (Physics of Semiconductor Devices)
반도체의 제반 물리 이론을 이해하기 위해 전자적 구조의 기초를 학습하며, 반도체 내의 전달매체인 전자와 홀의 개념, 반도체의 전기 전도를, PN 접합, PN 접합 다이오드의 작동원리를 습득한다. 본 강의를 통하여 반도체 전반에 관한 물리학 이론들을 습득하고, 이론을 배경으로 구체적인 응용분야로 확장한다.
● 고체열역학 (Solid-State Thermodynamics): 열역학 제 1, 2, 3 법칙의 설명과 응용, 통계 열역학과 엔트로피, 열용량과 부가함수, 상평형 및 기체의 성질에 대하여 다룬다. 이를 통해 반도체 소재의 전공과목을 이해하기 위한 이론적 배경을 제공하는 열역학적 개념을 이해하고, 이를 응용하여 재료공학적 문제를 해결하는 능력을 기른다.
● 화합물반도체공학 (Compounds Semiconductor Engineering)
화합물 반도체를 이용한 광전소자, LED, 및 광학 시스템의 기초를 이해하고, 기초 설계를 수행할 수 있는 능력을 기르도록 한다. 이를 통해 화합물 반도체 기반 광전소자, 파워반도체, 센서 등을 설계할 수 있으며, 개선항목을 도출, 공정 설계 및 최적화, 부품을 선택하고, 성능과 가공성을 반영하여 최적화된 파워반도체를 개발하는 능력을 기르도록 한다.
● 광전자소자공학 (Optoelectronic Materials and Devices)
광학의 기초이론을 토대로 다양한 광전자학 및 관련 응용 분야에 대한 내용을 학습한다. 빛의 파동 특성 및 전자기적 해석을 기반으로 광도파로 및 광섬유, LED, 레이저, 광측정기, 광센서, 광변조기, 디스플레이 등 다양한 응용 분야 원리를 이해하고 지식을 습득한다.
● 상평형및결정성장론 (Phase Equilibrium and Crystal Growth Theory)
원소의 혼합, 합금화, 상변태 등의 근원이 되는 재료 내에서의 원자의 이동 현상을 다룬다. 확산의 기초이론 및 확산기구를 다루며 확산 현상의 수학적 해석, 입계 및 표면 확산, 재료공학에의 응용 등을 포함한다. 또한, 고품질 반도체 웨이퍼 제조를 위한 결정의 생성 및 성장 기구, 재료 응고에 있어서 고/액 계면의 제어, 다결정뿐 아니라 단결정의 성장 방법을 주제로 공부한다.
● 기초프로그래밍 (Basis of Computer Programming)
SW를 구현하는 다양한 프로그래밍 패러다임을 살펴보고 각 언어에서 제공하는 주요한 프로그래밍 언어의 특징을 공부하게 된다. 프로그래밍 언어를 실제로 구현하는 데 필요한 컴파일러의 기본 구조를 공부한다. 전단부에서 프로그래밍 언어를 문법적으로 해석하고 후단부에서 목표 기계어에 맞는 코드를 생성하고 상위 수준 및 하위 수준에서 코드를 최적화하는 기법들을 살펴본다.
● 포토리소그래피공정및실습 (Training of Photolithography Process)
반도체를 제조하기 위해 필수적으로 이용되는 포토리소그래피 공정의 재료, 공정 및 광학적 원리에 대해 학습하고, 실제 반도체 산업에 이용되는 방법을 토대로 실습을 통해 고해상도의 나노 패턴을 제작하는 방법을 공부한다.
● 메모리반도체 (Memory Semiconductor Engineering)
본 교과에서는 간단한 메모리 시스템의 이해에서 출발하여 기존의 다양한 메모리 제품들의 소자적인 특성과 설계 방법 및 특성 지표 등에 대하여 공부하고, 미래형 반도체로 부상하고 있는 새로운 비휘발성 메모리와 content addressable memory의 이해 및 설계에 대하여 학습한다.
● 유기반도체소재공학 (Innovative Organic Semiconductor Materials)
실리콘이나 화합물 반도체 이외에 신개념의 유기물 반도체 소재에 대해 학습한다. 양자점, 1차원 및 2차원 구조인 탄소나노튜브, 그래핀, TMD 등의 다양한 나노구조의 반도체 소재를 다룬다. 또한, 트랜지스터, 메모리, 센서, 디스플레이 등에 다양한 응용 분야를 가지는 나노구조의 반도체 소재의 개념과 이를 이용한 혁신적인 반도체 소자 및 응용 제품에 대해 폭넓게 학습한다.
● 전산재료과학 (Introduction to Computational Materials Science)
복잡한 재료 현상을 체계적으로 이해하기 위해서는 서로 다른 길이/시간 스케일의 물리 현상들을 유기적으로 연결하여 분석하는 노력이 필요하며, 본 과목에서는 제일원리 계산, 분자동력학/몬테카를로(Monte-Carlo) 원자 단위 시뮬레이션, 상장(Phase-field) 모델, 재료의 유한요소 구조해석 등, 다양한 스케일의 재료 모델링 방법을 기반으로 구조 재료 및 기능성 재료의 물성예측에 관한 기본 개념에 대하여 이해하도록 한다.
● 박막제조공정및실습 (Training of Thin-Film Processes)
고품질의 반도체 박막 제조를 위해 사용되는 다양한 화학적, 물리적 기상증착 및 박막제조 기술에 대해 학습하고, 열증착, 스퍼터, MOCVD, ALD, HVPE 등의 반도체 장비를 활용해 파워반도체 및 지능형 반도체 소자 개발에 사용되는 반도체 박막 제조 공정을 실습한다.
● 플라즈마공학 (Plasma Technology)
본 과목은 반도체, 디스플레이, 그리고 다양한 나노소자 공정에서 요구되는 플라즈마를 이용한 증착 및 식각 공정에 대한 공정기술, 장비기술, 진단기술 등을 논의하는 이론 과목이다. 플라즈마 생성시 가스의 충돌이론, 진공 및 부품기술, 플라즈마 기술, DC/RF 고밀도 플라즈마 기술, 플라즈마 진단기술, 플라즈마 증착기술, 플라즈마 식각기술 및 최근 플라즈마 기술 동향 등을 다룬다.
-4학년 -
● 반도체특성분석학및실습 (Characterization of Semiconductors and Devices)
최근 다양한 첨단소자들이 제안되고 있으며, 이와 함께 신소재의 기본적인 물성평가 장비도 첨단화되어 분석장비의 사용법을 습득하는 것은 반도체공학 분야에서 핵심 소양으로 인식되고 있다. 본 교과는 반도체/전자/에너지/바이오/센서 등에 사용되는 소재의 성능을 평가하는 분석 장비들에 대한 기초지식을 학습하고, 각 분석 방법이 갖는 장단점을 이해하도록 하며, 실제의 자료를 통하여 분석을 수행하도록 한다.
● 지능형반도체공학 (Intelligent Semiconductor Engineering)
인간의 능력을 상회하는 인공지능 컴퓨팅을 위해서 현재의 인공지능 및 딥러닝에 응용하는 인공신경망 대비 수십~수백 배의 복잡도를 가지는 복합신경망이 등장할 것이며, 복합신경망을 한 번에 계산할 수 있는 지능형 반도체 기술 필요성 대두되고 있다. 이러한 지능형 반도체를 실현하는 데 최적화된 새로운 반도체 소재와 소자에 관한 기본 지식에 대해 학습하도록 한다.
● 첨단반도체장비기술 (Semiconductor Manufacturing Technology)
반도체 제조에 활용되는 노광, 광 마스크, 건식/습식 식각, 세정, 화학-기계적 연마, 확산, 박막 등의 단위 공정기술과 트랜지스터, 소자 분리, 커패시터, 배선 등의 모듈 공정기술의 이론적 배경과 실제 응용사례를 소개하여 반도체 공정 기술에 대한 이해도를 높인다. 아울러 차세대 반도체에 필요한 공정 및 장비 기술의 방향에 대해서도 제시한다.
● 반도체집적회로 (Integrated Circuits of Semiconductors)
집적회로 형성 공정 및 특성 평가에 대한 이론을 통하여 ULSI 소자의 제작과정을 이해한다. 마이크로단위의 전기전자 소자의 이해를 위하여 ULSI 공정과 PN접합, Bipolar 트랜지스터, MOSFET 등의 소자의 동작원리와 제조 방법들을 학습한다. 최종적으로 마이크로단위의 집적회로를 디자인을 위한 기초적인 이론을 학습하고 실제 사용되는 미세소자를 디자인하는 학습을 목표로 한다.
● 반도체패키징기술 (Semiconductor Packaging and Modules)
반도체 및 전자패키징 부품은 수백 종류의 서로 다른 부품들이 시스템적으로 구성되어 있고, 이들 부품은 서로 다른 화학적, 전기적, 기계적인 특성으로 인하여 이종재료 계면으로부터 발생하는 전기적, 화학적, 기계적인 문제점을 다양한 표면처리로 해결할 수 있다. 본 강의에서는 반도체 패키징 및 모듈 기술에 사용되는 소재, SIP, SOC, PCB, 표면처리, 플립칩, TSV, 배선의 종류 및 공정, 인쇄전자, 전자제품의 신뢰성 규격과 test kits에 대한 제조공정과 핵심기술에 대해 공부한다.
● 전력전자공학 (Power Electronics Engineering)
전력전자공학은 다양한 전력변환기의 원리를 연구하여 전기에너지를 실생활에 사용할 수 있게 해주는 학문이다. 본 강의는 파워반도체를 응용하여 다양한 전력변환기의 원리를 중심으로 전력변환기의 동작과 특성을 알기 쉽게 설명한다. 또한 공진형 컨버터, 고전압 대용량 전력변환, 신재생에너지와 더불어 전력전자공학의 최신 응용 트렌드를 소개한다.
● 반도체소자회로설계및실습 (Training of Semiconductor Devices and Circuits)
본 교과목에서는 Silvaco사의 TCAD 이용 방법을 배우고, 이를 통해 고성능 반도체 소자 설계 팀 프로젝트를 진행한다. TCAD란 Technology Computer-Aided Design의 약자이며, 반도체 공정기술이나 소자 개발에 앞서 행하는 컴퓨터 시뮬레이션이다. 이를 이용해 반도체 공정 및 소자의 최적화를 위해 실제 공정을 진행하여 원가 절감, 시간 절약에 아주 큰 영향을 끼친다.
● 차세대반도체세미나 (Next-Generation Semiconductor Engineering Seminar)
향후 미래산업을 주도할 차세대반도체 분야의 소재 및 소자, 공정, 부품 기술에 대한 산업 및 기술 동향을 관련 산업체 및 연구소 전문가를 초빙하여 콜로퀴엄 형태로 청취한다. 이를 통해 학생들에게 진로 선택에 대한 정보와 최신 기술정보를 습득하도록 한다.
● 파워반도체공학 (Power Semiconductor Engineering)
고압 트랜지스터, 고압 다이오드, 전기자동차, 신재생에너지 소자 등 높은 전력 제어에 사용되는 각종 전력반도체 소자를 전기적, 구조적 관점에서 공부한다. WBG 반도체인 SiC, GaN, 산화갈륨 등의 파워반도체에 이용되는 반도체 소재와 소자, 제조 공정에 대해 폭넓게 이해하도록 한다.
● 인공지능및기계학습 (Artificial Intelligence and Machine Learning)
기초적인 머신러닝 및 딥러닝 알고리즘의 이론 및 실습을 다룬다. 구체적으로, 선형 분류, 선형 회귀, 의사결정나무, 서포트 벡터 머신, 다층신경망, 컨볼루션 네트워크 등 실제 사례에 널리 사용되고 있는 알고리즘들을 이론 강의를 통하여 습득하고, python을 이용하여 이론에서 배운 알고리즘 실습을 통해 자기주도적으로 학습한다.
● 지능형반도체소자및실습 (Intelligent Semiconductor Devices and Machine Learning)
지능형 반도체 소자 및 회로를 구현하기 위해서는 아키텍처 고도화에 따른 초고속 연산능력, 대용량의 데이터를 저장하고 엑세스하며 스스로 변형하여 학습할 수 있는 초고속 데이터 인터페이스가 개발되고 이를 구현할 수 있어야 한다. 이러한 인공지능에 활용 가능한 차세대 지능형 반도체 소자를 이해하고, 실험을 통해 반도체 소자를 제작하여 원리를 이해할 수 있도록 한다.
● 차세대반도체종합설계 (Semiconductor Capstone Design)
다양한 전공의 학생들이 모여 미래의 신기술 및 서비스 등 창의적 디자인 상품의 개발을 연구하고 결과물의 prototype 제작을 진행하며, 우수 아이디어는 지속적으로 그 활용을 위해 지원한다. 현 학문 단위별 접근의 한계를 극복하고 융합을 통한 새로운 혁신적 가치를 창조하고 창의력 및 PBL 중심의 문제해결 능력, 팀 프로젝트 수행 능력의 습득을 목표로 한다.
● (자율)현장실습 VI (Field Training Program)
학교와 기업에서 연속적으로 진행할 수 있는 연구 테마를 산학프로젝트로 설정하고, 그 프로젝트를 수행하는 과정에서 필요한 전공지식과 현장 업무 역량을 함양하도록 한다. 그 과정과 결과를 연구노트에 기록하고 연구노트의 기록을 근거로 평가한다.