고전압 방전이 반도체에 치명적인 이유

반도체로 제작된 전자 제품 주위에서 고전압 방전이 됐다면 그 제품은 치명적인 손상을 입을 수 있습니다.

그 제품이 컴퓨터인 경우 동작 중에 에러가 발생할 수 있거나 아예 부팅을 못할 수 있습니다.

오디오인 경우에는 더 심각합니다. 

오디오는 섬세한 신호가 잘 살아 있어야 합니다. 오디오가 섬세한 신호를 그대로 증폭해 주어야 원래의 사운드를 들을 수 있는데 만일 고전압에 의해서 미약하게라도 손상된다면 섬세한 신호가 줄어들어서 답답한 소리로 됩니다. 음악을 듣는 맛이 줄어 듭니다. 손상이 심한 경우에는 매우 자극적인 소리로 들립니다. 오래 들을 수 없을 정도가 될 수 있습니다.

손상된 오디오를 음질 테스트 하면 사운드가 섬세한 소리가 없고 자극적이면서 포근한 기운이 없이 들리는데 흔하게 이야기하는 깡통 소리라고 표현하기도 합니다. 

이러한 음질불량은 전자부품(반도체)에 고전압이 유기됐을 때 나타나는 증상입니다. 

완제품 반제품 부품 주위에서 고전압을 방전시키면 부품의 리드에 서로 다른 전압으로 유도됩니다. 각 리드 사이에 전압 차이가 생기게 되어 반도체의 절연층에 구멍이 생기면서 정상적인 동작을 할 수 없게 됩니다. 

고전압을 발생하는 물건으로는 전기모기채 호신용충격기 등이 있습니다.

여기서 고전압방전에 의한 반도체의 피해에 관해서 간단히 설명해 보겠습니다.

반도체라고 하면 트랜지스터에서부터 컴퓨터에 사용하는 Intel 이나 AMD의 CPU 등이 포함됩니다.

이 반도체의 구성품 중에서 트랜지스터가 기본 소자입니다. 

트랜지스터가 1개에서 부터 수 십만개를 집적하여 제조됩니다. 

기본 소자인 접합형 트랜지스터는 베이스 에미터 컬렉터 라고 하는 3개의 전극이 있습니다.

또 다른 형태의 트랜지스터는 FET 라고 하는데 게이트 소스 드레인 이라는 3개의 전극이 있습니다.

이 트랜지스터의 베이스(게이트)와 에미터(소스) 사이에 최대전압 규격은 5V~10V 이하 입니다. 

만약에 이 최대전압이 넘게 인가되면 두 전극 사이에 절연층에 구멍이 뚤리고 정상적인 동작을 할 수 없게 됩니다.

트랜지스터 옆에서 수천 볼트에서 수만 볼트의 고전압을 발생시킨다면 트랜지스터의 전극 사이에는 수 백 볼트 이상 유도되어 전극 사이의 절연층에 구멍이 뚤리고 트랜지스터는 순식간에 영구적으로 손상을 입게 됩니다. 

수십 만개의 트랜지스터가 내장된 Intel CPU 중에서 한 개의 트랜지스터의 게이트와 소스 사이의 절연층에 구멍이 뚤렸다고 하면 그 CPU는 동작하는 중에 에러를 발생할 것입니다. 

그 것이 사용된 컴퓨터는 믿을 수 없게 됩니다.

오디오에 사용된 트랜지스터의 베이스와 에미터의 절연층에 구멍이 뚤렸다면 누설전류가 생기고 결과적으로 재생음질에서 섬세한 소리가 표현되지 않게 됩니다. 

구멍의 크기가 클 경우에는 상당히 자극적인 소리로 들립니다.

고전압 발생을 이용하여 큰 손실을 줄 수 있는 현대 무기가 있습니다.

EMP탄(ElectroMagnetic Pulse bomb)이라고 하며, 원폭을 이용하여 폭발 시에 전기장과 자기장을 발생시켜 수백킬로 미터 떨어진 전자장비를 마비 시킬 수 있는 성능입니다.

현대에는 산업, 생활, 국방에 전자장비로 운영되고 있으며, 전자장비가 없으면 모든 기능이 정지된다고 봐야 합니다.

만일에 EMP탄이 폭발하였다면 산업, 생활, 국방이 모두 마비되는 사태가 발생합니다.

  

고전압 방전 기능이 있는 물건을 전자제품 전자부품 주위에서 사용해서는 안됩니다. 반드시 주의해야 할 것입니다. 잘 사용하고 있는 전자 제품이 한순간에 불량품으로 바뀔 수 있습니다.

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참고자료로 아래에 EMP탄 관련 자료를 인용합니다.

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한경 경제용어사전

EMP탄 [ electromagnetic pulse bomb ]

약어: EMP bomb

핵폭발 시 생기는 강한 전자기 충격파로 적의 레이더와 항공기 방공시스템 등 전자 인프라스트럭처 전반을 무력화시키는 무기를 말한다. EMP탄을 적의 함대와 비행기를 향해 사용하면 비행기, 함대는 순간적으로 제어기능을 잃어 추락하거나 방어기능을 작동할 수 없게 된다. 특히 유사시 이 폭탄을 적의 핵 또는 미사일기지 인근 상공에서 터뜨리면 기지 내 시스템 혼란으로 핵이나 미사일 발사가 지연될 가능성이 높다.

미국은 1962년 태평양 존스턴 환초에서 ‘스타피시 프라임’이라는 고고도 핵폭발 실험을 단행했다. 당시 1400㎞ 떨어진 하와이 오아후섬의 가로등이 꺼지고 호놀룰루의 전자장비와 통신시설이 마비됐다. 나중에 그 원인이 전자기파로 밝혀졌다. 사람의 신체에 영향을 주지 않고 전자장비만 무력화시킨 것이다. 이후 EMP는 대표적 현대 전자무기 체계로 자리잡았다.

[네이버 지식백과] EMP탄 [electromagnetic pulse bomb] (한경 경제용어사전)

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IT용어사전

EMP 공격 [ Electromagnetic Pulse attack ]

약어: EMP attack

고강도의 전자파 펄스로 전자장비를 무력화시키는 공격. 핵폭발에 의해 발생하는 NEMP(nuclear EMP)와 핵폭탄을 사용하지 않는 NNEMP(non-nuclear EMP)로 구분된다. 고공에서 핵폭탄이 폭발하면 감마선이 방출되는데, Nuclear EMP는 이때 방출된 감마선이 대기를 이온화하여 강한 전자기 펄스를 발생시켜 짧은 전자기 펄스를 방출하는 E1, E2 성분과 수십에서 수백 초 동안 지속되는 E3성분으로 분류된다.

E1, E2 펄스는 매우 짧은 시간 방출되지만 강력한 힘을 갖고 있다. 비록 펄스는 수백 나노 초밖에 지속하지 않지만 순간적인 출력은 5만 볼트에 달해 전자 장비를 무력화하기에 충분하다. E3는 태양 폭발에 의해 발생하는 지자기 효과와 비슷하다. 최근에는 핵확산에 대한 인류의 우려가 증대됨에 따라 핵을 사용하지 않고 강력한 전자기파를 발생시키는 비핵(Non nuclear) EMP 발생기술에 대해 관심이 높아지고 있다. 비핵 EMP탄은 핵을 사용하지 않고 핵 효과를 발생시키는 무기로 고폭 화약의 폭발에너지를 이용해 발생시킨 강력한 전자기파를 안테나를 통해 방사함으로써 적 첨단무기의 전자부품을 순식간에 파괴하거나 오동작시킨다.

이러한 EMP탄은 폭발 시 약 180만 암페어의 전류와 5 GW의 강력한 출력 펄스를 생성하며, 이는 번개보다 약 100배 강한 전력이고 정밀유도폭탄과 비교시 약 30배 넓은 지역에 피해를 줄 수 있다. 특히 지하 수백 미터의 적 표적에도 환기통이나 전기 케이블 등을 통해 유입되기 때문에 피해 효과는 더욱 크다. 미사일이나 항공기 투하용 폭탄에 장착된 EMP 탄은 적의 통신망이나 지휘통제체계 등을 무력화시키며, 또한 휴대용 EMP탄은 적 후방이나 민간인 밀집지역, 첨단장비를 운용하고 있는 지역을 공격해 장비운용 중단 및 주민의 생활을 극도로 불편케 함으로써 적 사기 저하 및 전쟁 조기 종결을 유도할 수 있다. 

[네이버 지식백과] EMP 공격 [Electromagnetic Pulse attack] (IT용어사전, 한국정보통신기술협회)