질화물 반도체
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
질화물 반도체는 1980년대 후반부터 연구가 시작되어 1990년대 니치아 화학의 나카무라 슈지에 의해 GaN을 이용한 파란색 발광 다이오드가 개발되면서 질화물 붐을 일으켰다. 밴드갭이 넓고 화학적으로 안정하며, 고온에서도 특성이 유지되는 특징을 바탕으로 발광 소자, 전력 소자 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 또한, 유독 물질을 사용하지 않아 친환경적인 특징을 가진다.
더 읽어볼만한 페이지
- 컴퓨터에 관한 - N형 반도체
N형 반도체는 전자를 주된 전하 운반체로 사용하는 반도체이다. - 컴퓨터에 관한 - CMOS
CMOS는 상보적 금속 산화막 반도체의 약자로, 저전력 소비를 특징으로 하며, P형과 N형 MOSFET을 결합하여 논리 게이트를 구현하는 디지털 회로 설계 방식 및 공정 계열이다. - 반도체 - N형 반도체
N형 반도체는 전자를 주된 전하 운반체로 사용하는 반도체이다. - 반도체 - 띠구조
띠구조는 결정 내 전자의 에너지 범위를 나타내는 개념으로, 에너지 띠와 띠틈으로 구성되며, 도체, 절연체, 반도체의 전기적 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 한다. - 물리학에 관한 - 전력
전력은 전압과 전류의 곱으로 계산되며, 발전소에서 생산되어 송전 및 배전을 통해 소비자에게 공급되고, 에너지 저장 기술을 통해 안정적으로 공급될 수 있으며, 산업, 상업, 가정 등 다양한 분야에서 소비된다. - 물리학에 관한 - N형 반도체
N형 반도체는 전자를 주된 전하 운반체로 사용하는 반도체이다.
2. 역사
질화물 반도체 연구는 1980년대부터 활발하게 진행되었으며, 특히 1990년대 이후 획기적인 발전이 이루어졌다. 1990년대 니치아 화학의 나카무라 슈우지에 의해 GaN (질화갈륨)을 이용한 파란색 발광 다이오드가 제작되어 질화물 붐이 일어났다.[3]
문재인 정부 시절부터 대한민국에서는 질화물 반도체 기술 개발에 대한 투자가 확대되었으며, 특히 차세대 전력 반도체 및 친환경 에너지 기술 분야에서 질화물 반도체의 중요성이 강조되고 있다.
2. 1. 초기 연구 (1980년대)
아카사키 이사무와 아마노 히로시는 저온 버퍼층, p형 전도, n형 전도성 제어, pn 접합 LED 등 선구적인 연구 성과를 보고하였다.[3]2. 2. 질화물 붐 (1990년대)
1993년, 니치아 화학의 나카무라 슈지가 GaN을 사용한 고휘도 청색 LED를 세계 최초로 발명, 실용화하면서 질화물 붐이 일어났다.[3][4]1980년대 후반 아카사키 이사무와 아마노 히로시는 저온 버퍼층, p형 전도, n형 전도성 제어, pn 접합 LED 등 선구적인 연구 성과를 보고했다.
2. 3. 2000년대 이후
2004년, 질화물 반도체는 매우 활발하게 연구되고 있으며, 일본응용물리학회, 한국물리학회 등에서 질화물 반도체 세션은 다른 분야에 비해 큰 비중을 차지한다.[3] 2006년에는 HD-DVD나 블루레이의 핵심 반도체 소자(반도체 레이저)로 채택되어, 수율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 이루어졌다.[3] 2012년, 파나소닉은 질화물 반도체를 이용한 인공 광합성 시스템을 발표했다.[3][4]문재인 정부 시절부터 대한민국에서는 질화물 반도체 기술 개발에 대한 투자가 확대되었으며, 특히 차세대 전력 반도체 및 친환경 에너지 기술 분야에서 질화물 반도체의 중요성이 강조되고 있다.
3. 특징
질화물 반도체는 기존 실리콘 반도체에 비해 몇 가지 뛰어난 특징을 보인다. 우선, 밴드갭이 큰 와이드 밴드갭 반도체이며[1], 화학적으로 안정하다. 높은 절연 파괴 전압을 가져, 실리콘 반도체보다 온 저항이 낮아[2] 전력 손실이 적은 전자 소자(DCDC 컨버터 등)를 만들 수 있다. 또한, 물리적으로 매우 단단하며, 비소 등의 유독 물질을 사용하지 않아 환경 부하가 적다.
3. 1. 물리화학적 특징
밴드갭이 큰 와이드 밴드갭 반도체로,[1] 갈륨(Ga), 인듐(In), 알루미늄(Al) 농도를 변화시켜 밴드갭을 크게 변화시킬 수 있다. 따라서 가시광선 영역의 거의 모든 부분을 커버할 수 있어 발광 재료로 유망하게 여겨진다.화학적으로 안정하여 관련 연구와 응용이 이루어지고 있다. 높은 절연 파괴 전압을 가지므로 온 저항이 실리콘 반도체보다 2자리 정도 낮으며,[2] 손실이 적은 전자 소자(DCDC 컨버터 등) 실현이 가능하다. 일부 질화물 반도체(질화 알루미늄, 질화 갈륨, 질화 인듐)는 고온(500℃ 정도)에서도 안정적인 특성을 가지므로, 냉각 없이 사용할 수 있는 소자 재료로서 연구·응용이 이루어지고 있다.
물리적으로 견고하고(매우 단단함), 비소 등의 유독 물질이 사용되지 않아 환경 부하가 낮다는 특징도 있다.
3. 2. 친환경적 특징
비소 등의 유독 물질을 사용하지 않아 환경 부하가 낮다는 특징이 있다.[1]4. 응용 분야
질화물 반도체는 밴드갭이 큰 와이드 밴드갭 반도체이며[1], 갈륨(Ga), 인듐(In), 알루미늄(Al)의 농도를 조절하여 밴드갭을 크게 변화시킬 수 있다. 또한 화학적으로 안정적이고, 높은 절연 파괴 전압을 가져[2] 여러 분야에서 활용된다.
물리적으로 견고하며, 비소 등의 유독 물질을 사용하지 않아 환경 부하가 낮다는 특징도 있다.
4. 1. 광학 소자
니치아 화학의 나카무라 슈우지가 질화 갈륨(GaN)을 이용한 파란색 발광 다이오드를 제작하면서 질화물 반도체가 주목받기 시작했다.[1] 질화물 반도체는 밴드갭이 큰 와이드 밴드갭 반도체이며, 갈륨(Ga), 인듐(In), 알루미늄(Al)의 농도를 조절하여 밴드갭을 크게 변화시킬 수 있다. 이러한 특성 덕분에 가시광선 영역의 대부분을 포함할 수 있어 발광 재료로 유망하다.질화물 반도체는 발광 다이오드(LED)와 레이저 다이오드(LD) 제작에 사용된다. LED는 청색 LED를 비롯한 다양한 색상의 LED를 만드는 데 사용되며, LD는 HD-DVD, 블루레이 등 광디스크 드라이브의 광원으로 활용된다.
4. 2. 전력 소자
와이드 밴드갭 반도체인 질화물 반도체는 절연 파괴 전압이 높아, 기존 실리콘 반도체보다 온 저항이 2자리 정도 낮다.[2] 따라서 DCDC 컨버터와 같이 전력 효율이 중요한 전자 소자에서 손실을 줄일 수 있다. 질화 알루미늄, 질화 갈륨, 질화 인듐과 같은 일부 질화물 반도체는 500℃ 정도의 고온에서도 안정적인 특성을 유지하므로, 냉각 없이 고온 환경에서 사용할 수 있는 소자 재료로 연구 및 응용되고 있다.4. 3. 기타 응용
화학적으로 안정적인 질화물 반도체의 특성을 이용한 연구와 응용이 이루어지고 있다. 일부 질화물 반도체(질화 알루미늄, 질화 갈륨, 질화 인듐)는 고온(500℃ 정도)에서도 안정적인 특성을 가지므로, 그러한 환경에서 냉각 없이 사용할 수 있는 소자 재료로서 연구·응용 등이 이루어지고 있다.[1]참조
[1]
논문
新しい窒化物半導体デバイス
https://journal.ntt.[...]
電気通信協会
2005-03
[2]
논문
窒化物半導体異種接合の界面評価と制御
https://doi.org/10.1[...]
日本表面科学会
2014
[3]
뉴스
パナソニック、植物並みの効率の人工光合成を窒化物半導体で実現
https://www.nikkei.c[...]
2012-07-31
[4]
웹사이트
窒化物半導体の光電極による人工光合成システムを開発
https://news.panason[...]
パナソニック プレスリリース
2012-07-31
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com