질화 갈륨
GaN(Gallium Nitride), 질소와 갈륨의 화합물. LED 업계의 성배로 불리던 청색 LED와 청색 레이저를 만드는 재료.
실리콘 보다 우수한 반도체가 될 수 있는 이유는 전자의 밴드갭이 커서 전자결합 에너지가 커서 청색이나 자외선 발광도 가능하고 전자 이동도도 높아서 저항이 낮고 실리콘 보다 녹는 점이 높아서 고온에도 안정적으로 반도체 성질을 유지할 수 있기 때문이다.
블루레이 기술도 청색 레이저 다이오드 덕에 가능해졌다. 자외선 영역도 발광할 수 있다. 전자의 이동성이 높아 초고주파용 고성능 트랜지스터도 GaN으로 만드는데 예를 들어 최신 AESA 레이다에 쓰이는 T/R 모듈 같은데 쓰인다. GaN 결정은 종래에 많이 쓰이던 GaAs(갈륨 비소) 소자보다 더 고속 동작이 가능하고 고온의 열에도 강해 더 큰 출력을 낼 수 있다. 다만 아직은 GaN 웨이퍼에 면적당 결정 결함 수가 많아 집적도가 높은 IC 회로를 만드는 데는 한계가 있다. 현재는 고속 스위칭 소자나 고주파 고출력 소자 제품 중심이다. GaN 웨이퍼의 가격이 매우 비싸서 GaN 트랜지스터 등 소자는 레이더 같은 고급 고가 장비에 주로 쓰였지만 대량생산 기술이 점차 발전하며 통신장비 등 일반적 고성능 전자제품에도 점차 이용도가 늘고 있다.
최근에는 GaN 소자를 쓴 전원장치도 나오고 있다. 종래의 스위칭 파워 전원은 주로 금속산화물 전계효과 트랜지스터인 MOSFET 을 스위칭 소자로 썼는데 이를 GaN 소자로 바꾸면 전자 이동 속도가 빨라지고 스위칭 주파수를 대폭 올릴 수 있고 저항도 적어져서 열도 적게 나기 때문에 회로 크기도 줄일 수 있고 열 소모도 줄여 변환 효율도 올라가고 전체 에너지 소모도 줄일 수 있다.[1] 그래서 GaN 을 이용해 고출력에 고효율이면서도 크기는 40%나 줄인 USB-C 노트북/스마트폰 충전기 제품이 나오고 있다. 100W 급도 나오는 등 고급 충전기 제품으로 빠르게 보급되고 있다. 2020년 현재 65W급 GaN 충전기가 3-5만원대로 많이 싸졌다. 2021년 삼성전자와 애플도 자사의 스마트폰이나 노트북의 정품 충전기로 65W GaN 충전기를 채택할 움직임을 보이는 등 이제 고급 고용량 충전기의 메인 스트림으로 정착하고 있다.
헷갈리기 쉽겠지만 질화 '''칼'''륨(K3N)과는 다른 물질이다. 질산칼륨(KNO3)은 화약이나 비료의 재료이다.
실리콘 보다 우수한 반도체가 될 수 있는 이유는 전자의 밴드갭이 커서 전자결합 에너지가 커서 청색이나 자외선 발광도 가능하고 전자 이동도도 높아서 저항이 낮고 실리콘 보다 녹는 점이 높아서 고온에도 안정적으로 반도체 성질을 유지할 수 있기 때문이다.
블루레이 기술도 청색 레이저 다이오드 덕에 가능해졌다. 자외선 영역도 발광할 수 있다. 전자의 이동성이 높아 초고주파용 고성능 트랜지스터도 GaN으로 만드는데 예를 들어 최신 AESA 레이다에 쓰이는 T/R 모듈 같은데 쓰인다. GaN 결정은 종래에 많이 쓰이던 GaAs(갈륨 비소) 소자보다 더 고속 동작이 가능하고 고온의 열에도 강해 더 큰 출력을 낼 수 있다. 다만 아직은 GaN 웨이퍼에 면적당 결정 결함 수가 많아 집적도가 높은 IC 회로를 만드는 데는 한계가 있다. 현재는 고속 스위칭 소자나 고주파 고출력 소자 제품 중심이다. GaN 웨이퍼의 가격이 매우 비싸서 GaN 트랜지스터 등 소자는 레이더 같은 고급 고가 장비에 주로 쓰였지만 대량생산 기술이 점차 발전하며 통신장비 등 일반적 고성능 전자제품에도 점차 이용도가 늘고 있다.
최근에는 GaN 소자를 쓴 전원장치도 나오고 있다. 종래의 스위칭 파워 전원은 주로 금속산화물 전계효과 트랜지스터인 MOSFET 을 스위칭 소자로 썼는데 이를 GaN 소자로 바꾸면 전자 이동 속도가 빨라지고 스위칭 주파수를 대폭 올릴 수 있고 저항도 적어져서 열도 적게 나기 때문에 회로 크기도 줄일 수 있고 열 소모도 줄여 변환 효율도 올라가고 전체 에너지 소모도 줄일 수 있다.[1] 그래서 GaN 을 이용해 고출력에 고효율이면서도 크기는 40%나 줄인 USB-C 노트북/스마트폰 충전기 제품이 나오고 있다. 100W 급도 나오는 등 고급 충전기 제품으로 빠르게 보급되고 있다. 2020년 현재 65W급 GaN 충전기가 3-5만원대로 많이 싸졌다. 2021년 삼성전자와 애플도 자사의 스마트폰이나 노트북의 정품 충전기로 65W GaN 충전기를 채택할 움직임을 보이는 등 이제 고급 고용량 충전기의 메인 스트림으로 정착하고 있다.
헷갈리기 쉽겠지만 질화 '''칼'''륨(K3N)과는 다른 물질이다. 질산칼륨(KNO3)은 화약이나 비료의 재료이다.
[1] 더 정확히는 주파수가 높아지면 같은 트랜스라도 투자율이 높아지기 때문에, 더 많은 기전력을 자기용량으로 전달할 수 있다. 따라서 트랜스의 사이즈를 줄여도 전달할 수 있는 기전력은 주파수가 낮을때와 비슷하기 때문. 소자보다는 트랜스의 크기가 어댑터의 소형화에 발목을 잡는 경우가 많다.