(Shown here is a prototype laptop power adapter made by Cambridge Electronics using GaN transistors. At 1.5 cubic inches, this is the smallest laptop power adapter ever made. Credit: Cambridge Electronics)
현대 IT 혁명의 주역으로 실리콘 기반의 반도체의 중요성은 누구도 부인할 수 없을 것입니다. 이제 우리의 생활에 없어서는 안되는 스마트폰이나 컴퓨터 같은 기기들은 실리콘 기반의 반도체 혁신을 통해서 가능했습니다. 그러나 동시에 이제 실리콘 소재의 한계에 도달한 것 역시 사실입니다. 이는 공정 미세화 부분은 물론 저전력화라는 측면에서도 그렇습니다.
그런 만큼 많은 연구자들이 실리콘을 대신할 반도체 재료를 찾고 있는데, 그중 하나가 바로 질화갈륨(GaN)소재 입니다. 질화갈륨 트랜지스터는 실리콘 트랜지스터 대비 10분의 1 수준의 낮은 저항을 가지고 있어 매우 적은 에너지를 소비할 뿐 아니라 스위칭 속도도 훨씬 빠릅니다.
하지만 질화갈륨 트랜지스터를 상용화하는 것은 매우 어려운 일이었습니다. 우선 다른 차세대 소재들과 마찬가지로 제조 비용이 매우 많이 든다는 문제점과 더불어 실리콘 트랜지스터와 달리 기본 상태에서 켜진(on) 상태라는 것이 큰 걸림돌이었다고 합니다.
미국 에너지부(DOE)는 1억 4000만 달러의 자금을 지원해 이 분야에 대한 연구를 지원했습니다. MIT 대학의 연구자들이 질화갈륨 트랜지스터 상용화를 위해 설립한 스핀오프 기업인 Cambridge Electronics Inc. (CEI)에서는 앞서 말한 두 가지 문제를 극복하는 연구를 진행하고 있습니다.
우선 첫 번째 문제였던 기본 상태에서 켜진 문제는 기술적으로 극복이 가능했다고 합니다. 이들이 만든 새로운 질화갈륨 트랜지스터는 실리콘 트랜지스터와 마찬가지 성질을 지니고 있습니다.
사실 이보다 더 극복이 어려운 문제는 오랜 세월 그 가공기술이 많이 발전해서 이제는 가격이 매우 저렴해진 실리콘 기반 반도체의 가격 경쟁력을 따라잡는 것입니다. 아무리 다른 기술적 어려움을 극복했다고 하더라도 이 문제를 해결하지 못한다면 사용화는 불가능할 것입니다.
CEI 에서는 이제 어느 정도 이 문제를 극복한 상태라고 합니다. 다만 이들이 생각하는 질화갈륨 전자기기의 첫 적용 부분은 마이크로프로세서가 아니라 어댑터와 같은 전력 관련 회로라고 합니다. 쉽게 간과하는 부분이지만, 사실 많은 전력이 여기에서 낭비되고 있기 때문입니다. 더 나아가 부피가 큰 어댑터는 들고 다니기 꽤 거추장스러운 물건입니다.
연구팀이 만든 프로토타입 노트북 어댑터 (사진 참조)는 일반적인 어댑터 대비 1/3의 크기를 지니고 있습니다. 이는 노트북 유저들에게 꽤 희소식임이 분명합니다. 하지만 응용범위는 노트북에 국한되지 않습니다. 전기차 같이 대용량의 전력을 소모하는 새로운 카테고리의 제품이 등장하고 있는데, 더 작고 효율적인 전원장치가 개발된다면 그 파급 효과는 적지 않을 것입니다.
얼마나 빠르게 시장에 등장할지는 모르겠지만, 일단 내용은 흥미로워 보입니다. 잘 진행되어 실제 유용하게 사용할 수 있는 제품으로 출시되기를 기대해 봅니다.
참고
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