현대 사회에서 갈륨은 곳곳에서 사용되고 있으며, 갈륨이 주는 이점이 없다면 현대 생활은 지금과 전혀 다른 모습이 될 것입니다.
여러분이 이 글을 읽고 계신 지금, 가장 가까운 갈륨(Ga) 원자들은 아마도 여러분의 손이 닿는 곳에 있는 컴퓨터 기기 안에 있을 것입니다. 오늘날의 노트북, 휴대전화, 태블릿에 내장된 Wi-Fi 및 블루투스 기기는 갈륨 비소(GaAs) 반도체를 사용하며, 이 반도체는 갈륨 비소의 특성을 활용하여 무선 주파수 집적 회로를 구성합니다. 최근 몇 년간 모바일 기기용 충전기는 갈륨 질화물(GaN) 전력 반도체 칩을 사용함으로써 훨씬 더 작아졌을 뿐만 아니라, 더 많은 전력을 공급하고 더 빠른 충전 속도를 제공하게 되었습니다.
갈륨은 원소 형태로 30°C에 가까운 온도에서 녹으며 실온 바로 위의 액체 상태입니다. 인듐과 합금하면 녹는점이 실온보다 낮고 주석을 첨가하면 녹는점이 더 낮아집니다. 낮은 융점 덕분에 갈륨 합금 제품군은 상온에서 액체 금속이 필요한 응용 분야에서 수은을 무독성으로 대체할 수 있게 되었습니다. 액체 금속은 뜨거운 반도체 칩에서 열을 멀리 이동시켜야 하는 열 인터페이스 응용 분야에서 점점 더 많이 연구되고 있습니다.
III-V 반도체(GaAs, GaN, GaP 등)에 통합하면 이러한 물질의 전자 및 광학적 특성으로 인해 비용이 더 많이 들지만 실리콘보다 우수합니다. Ga 기반 반도체의 전자 밴드 구조는 훨씬 빠른 스위칭 속도를 제공하지만, 모든 상용 애플리케이션은 집적 회로를 제조하기 위해 실리콘의 낮은 집적 비용과 균형을 맞춰야 합니다.
오늘날 갈륨 금속의 주요 산업적 용도는 다음과 같습니다:
- 집적 회로, LED, 퀀텀닷과 같은 반도체 애플리케이션
- 소재 시스템(GaAs, GaN, GaP)
- 결정 웨이퍼 및 갈륨 MOCVD 전구체(TMG, TMGa)의 경우
- 액상 에피택시용 금속 갈륨 및 TMG/TMGa 제조용 삼염화 갈륨으로 사용
- 전기 자동차 및 풍력 발전기
- Ga를 도펀트로 사용하는 강한 자석의 경우
- 태양광 발전
- 실리콘 기반 태양 전지의 p-도펀트로서
- 갈륨과 인듐, 구리, 셀레늄을 결합한 박막 태양 전지(CIGS)의 경우
- 특수 배터리
- 고온 리튬 염화 티오닐 염화물 배터리의 전해질에서
- LCD 및 OLED 디스플레이
- 디스플레이 백플레인에서 픽셀의 스위칭을 제어하는 트랜지스터를 형성하는 IGZO(인듐 갈륨 아연 산화물) 필름의 일부인 갈륨 산화물로서
갈륨과 그 화합물은 다른 원소들과 비교했을 때 놀라울 정도로 다양한 산업적 용도와 독특하며 흥미로운 특성을 지니고 있음을 알 수 있습니다. 샘 킨(Sam Kean)이 쓴 『사라지는 숟가락 ( The Disappearing Spoon )』(https://www.amazon.com/Disappearing-Spoon-Madness-Periodic-Elements/dp/0316051632) 은 흥미롭고 재미있게 읽을 수 있는 책입니다. 이 책은 주기율표에 등장하는 여러 원소 그룹에 대한 흥미롭고 특이한 이야기들을 담고 있지만, 책 제목은 갈륨과 직접적인 관련이 있습니다. 그리고 ‘사라지는 숟가락’이 실제로 어떻게 작동하는지 보시려면 다음 동영상을 확인해 보세요: https://youtu.be/t3tpj9hVbJU
