갈륨과 게르마늄은 반도체, 2차전지, 방산 분야까지 다양하게 사용됩니다. 갈륨과 게르마늄의 최대 생산국인 중국이 최근 수출통제 작업에 돌입하면서 우리나라를 포함한 반도체 생산국들의 긴장감이 고조되고 있습니다. 갈륨과 게르마늄의 주요 특성과 쓰임새에 대해 알아보겠습니다.
갈륨과 게르먀늄의 특성
갈륨과 게르마늄의 주요 특성에 대해 알아보겠습니다.
갈륨
갈륨(Gallium)은 주기율표에서 원소 기호 Ga로 표시되는 화학 원소입니다. 질량은 약 69.7 g/mol(단위 몰)이며, 유전자 번호는 31번 입니다. 갈륨은 주로 청동과 합금을 형성하는 데 사용되며, 일부 전자 기기에서도 사용되고 있습니다.
<주요 특성>
– 상온에서는 고체상태 이며, 29.76°C (85.57°F) 이상에서는 액체상태로 변합니다.
– 녹는점이 낮아 손으로도 녹일 수 있습니다.
– 전기 및 열 전도성이 높습니다.
– 갈륨은 반도체 산업에서 주요 물질로 사용되며, 적외선 기술, 태양 전지, LED 등에 응용되고 있습니다.
게르마늄
게르마늄(Germanium)의 주기율표 원소 기호는 Ge입니다. 몰 질량은 약 72.6 g/mol이며, 유전자 번호 32를 가지고 있습니다. 게르마늄 역시 반도체 소재로 널리 사용되고 있으며, 일부 전자 기기 및 광학 기기에도 쓰이고 있습니다.
<주요 특성>
– 상온에서는 고체이며, 회색의 금속 무늬를 띄고 있습니다.
– 반도체 소재로 전기 신호의 조절과 증폭에 사용됩니다.
– 광학 분야에서는 적외선 및 레이저 시스템에 응용되고 있습니다.
– 고온에서도 안정성을 유지하는 성질을 이용해 일부 핵 반응기에서 제어 막대로 사용될 수도 있습니다.
갈륨과 게르마늄 쓰임새
공급망 악화시 가장 피해가 클 것으로 우려되는 반도체 및 2차전지 분야에서의 갈륨과 게르마늄의 쓰임새에 대해 알아보겠습니다.
▶ 반도체 산업
<갈륨>
1. LED(발광 다이오드) – 갈륨은 LED 재료에 첨가되어 사용됩니다. 특히 갈륨 비화물(Gallium Arsenide, GaAs)은 고효율, 고속도, 고광량의 LED를 제조하는 데 사용됩니다. LED 화면, 조명, 통신 장비 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
2. 반도체 레이저 – 갈륨은 반도체 레이저 다이오드에 사용됩니다. 갈륨 비화물과 갈륨 질화물(Gallium Nitride)을 포함한 다양한 갈륨 기반 소재는 고출력 및 고효율의 레이저 다이오드 제조에 사용됩니다.
<게르마늄>
1. 전자 부품 – 게르마늄은 과거에는 트랜지스터 등 전자 부품의 핵심 소재로 널리 사용되어 왔습니다. 하지만 최근 반도체 기술에서는 주로 실리콘(Silicon)이 사용되고 있으며, 게르마늄은 주로 실리콘에서 게르마늄 합금 형태로 활용됩니다.
2. 광통신 – 게르마늄은 광통신 분야에서 중요한 역할을 합니다. 게르마늄 기반의 광 검출기는 광 신호를 감지하고 전기 신호로 변환하는 역할을 수행합니다.
3. 태양 전지 – 게르마늄은 일부 태양 전지에도 활용 됩니다. 특히 다결정 게르마늄 태양 전지는 높은 효율과 특정 파장에서의 높은 흡수성을 가지고 있습니다.
▶ 2차전지 산업
<갈륨>
갈륨은 액체 금속으로서, 일부 리튬 이온 전지에서 음극재로 사용될 수 있습니다. 리튬 이온 전지는 주로 휴대전화, 노트북 등 이동성 전자 기기에서 사용되는데, 갈륨을 음극재로 사용하면 전지의 성능과 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 갈륨은 리튬 이온 전지에서 안정적인 금속 음극재로 작용하여 전기 충·방전 과정에서 이온의 이동을 원활하게 도와줍니다.
<게르마늄>
게르마늄은 일부 리튬 이온 전지 및 나트륨 이온 전지에서 음극재로 사용될 수 있습니다. 게르마늄은 리튬 또는 나트륨 이온을 효과적으로 저장하여 전지의 에너지 밀도와 성능을 향상시킵니다. 특히 게르마늄은 에너지 저장 용량이 높은 특성을 가지고 있어, 리튬 이온 전지의 용량과 성능 향상에 기여할 수 있습니다.
갈륨과 게르마늄 주요 생산국
중국은 갈륨과 게르마늄 전세계 생산량의 약 90%을 담당하고 있어 사실상 독점 생산국의 지위를 보유하고 있습니다. 중국은 이러한 점을 이용하여 미국의 대중국 공급망 교란책에 대한 보복성 조치로 갈륨과 게르마늄의 수출통제 작업에 돌입한 것으로 볼 수 있습니다.
▶ 갈륨 – 중국(약 95%), 그외 우크라이나, 러시아, 미국, 독일 등
▶ 게르마늄 – 중국(약 90%), 그외 미국, 러시아, 일본, 우크라이나 등