2002년 5월, 레스터 F. 이스트먼과 우메시 K. 미슈라는 당시 전력 반도체 분야의 장기 개발 기술에 대해 글을 썼습니다.질화갈륨(GaN).  
해당 논문에서 그들은 당시 초기 단계였던 광대역 무선 네트워크, 레이더 및 전력망용 전력 스위칭 응용 분야에서 질화갈륨의 전망에 대해 낙관적인 견해를 표명했습니다. 또한 그들은 GaN 소자를 다음과 같이 언급했습니다."지금까지 만들어진 트랜지스터 중 가장 견고한 트랜지스터".  
그들의 말이 맞습니다. GaN의 넓은 밴드갭(속박된 전자를 끊고 전도를 가능하게 하는 데 필요한 에너지)과 기타 특성 덕분에 이 소재의 높은 전기장 내성을 활용하여 전례 없는 성능을 가진 소자를 만들 수 있습니다.  
오늘날 GaN은 고체 RF 전력 응용 분야에서 명실상부한 챔피언으로 자리매김했으며, 이미 레이더, 5G 무선 통신 등에 사용되고 있고, 머지않아 전기 자동차에 사용되는 전력 인버터에도 보편화될 것입니다. 이제는 GaN 소자를 기반으로 설계된 USB 충전기까지 구입할 수 있는데, 이 충전기는 컴팩트한 크기에도 불구하고 매우 높은 전력을 제공합니다.  
하지만 설령 그렇다 하더라도, 우리는 여전히 GaN보다 더 나은 것이 있는지, RF 증폭기를 더욱 강력하고 효율적으로 만들 수 있는 방법이 있는지, 전력 전자 장치를 더욱 소형화하여 항공기와 자동차의 부담을 줄일 수 있는 방법이 있는지, 전기 전도성을 유지하면서도 밴드갭이 더 큰 물질을 찾을 수 있는지에 대한 질문을 던지게 됩니다.  
알고 보니 답은 '예'였습니다.  
실제로 시중에는 다양한 밴드갭을 가진 물질들이 많지만, 양자역학의 특성상 대부분은 반도체로 사용하기 어렵습니다. 하지만 주목할 만한 후보가 하나 있는데, 바로 투명 전도성 산화물인 산화갈륨(Ga2O3)입니다.  
거의 5eV에 달하는 넓은 밴드갭을 가진 산화갈륨(Ga₂O₃)은 질화갈륨(GaN, 3.4eV)보다 훨씬 앞서며, 실리콘(1.1eV)과 비교하면 그 격차는 마라톤 거리만큼이나 큽니다. 다이아몬드와 질화알루미늄 또한 넓은 밴드갭을 가지고 있지만, 저렴하면서도 강력한 소자를 만들 수 있는 유리한 특성을 지닌 Ga₂O₃만의 특징은 찾아볼 수 없습니다.  
재료가 넓은 밴드갭을 가진다는 것만으로는 충분하지 않습니다. 만약 그렇다면 모든 유전체와 세라믹이 넓은 밴드갭을 가질 수 있고, 그렇기 때문에 절연체로만 사용될 수 있는 것입니다. 하지만 산화갈륨은 전력 스위치 및 RF 전자 장치에 사용될 수 있는 매우 유용한 재료 후보가 될 수 있는 독특한 특성들을 조합하여 가지고 있습니다.  
   

삽화: IEEE Spectrum 출처: 제75회 연례 소자 연구 학회(DRC)에서 Gregg H. Jessen 외 연구진이 발표한 "전력 전자 응용 분야를 위한 Ga2O3 구현".

반도체에 중요한 다섯 가지 특성 중 베타-갈륨 산화물의 가장 큰 장점은 높은 임계 전기장 강도입니다. 이는 고전압 스위치를 제작하는 데 도움이 될 수 있으며, 이를 기반으로 강력한 RF 장치를 설계할 수 있음을 의미합니다. 그러나 베타-갈륨 산화물의 가장 큰 단점은 열전도율이 낮아 소자 내부에 열이 갇힐 수 있다는 점입니다.  
또한, 산화갈륨의 좋은 특성 중 하나는 도핑이라는 과정을 통해 전하 운반체를 첨가하여 전도성을 높일 수 있다는 것입니다. 도핑은 반도체 결정에 제어된 양의 불순물을 첨가하여 전하 운반체의 농도를 조절하는 과정입니다. 예를 들어, 실리콘의 경우 이온 주입 후 어닐링을 통해 인(자유 전자 첨가) 또는 붕소(자유 전자 제거)를 도핑하여 전하가 자유롭게 이동할 수 있도록 할 수 있습니다. Ga2O3에서도 이와 유사한 방식으로 전자를 첨가할 수 있습니다.  
하지만 이 방법을 다른 넓은 밴드갭 산화물에 적용하려고 하면 결정이 깨지거나 격자 내에 전하가 갇히는 문제가 발생할 수 있습니다.  
산화갈륨은 표준 공정(이온 주입)은 물론 에피택셜 성장(추가 결정 증착) 과정에서도 도핑 물질을 첨가할 수 있는 뛰어난 적응성을 가지고 있어, 기존의 상용 리소그래피 및 공정 기술을 다양하게 활용할 수 있습니다. 이러한 기술들을 통해 트랜지스터의 크기를 수십 나노미터 수준으로 정밀하게 정의하고 다양한 소자 구조를 구현하는 것이 비교적 용이합니다. 그러나 밴드갭이 넓은 다른 반도체 소재들은 이러한 매우 유용한 특징을 가지고 있지 않습니다. 심지어 산화갈륨(GaN)조차도 이러한 특성을 갖지 못합니다.  
산화갈륨의 또 다른 장점은 결정질 Ga2O3 실리콘 웨이퍼를 대형으로 제작하기가 매우 쉽다는 점입니다. Ga2O3 결정에는 여러 종류가 있지만, 가장 안정적인 것은 β형이며, 그 다음으로 ε형과 α형이 있습니다. 그중에서도 β-Ga2O3는 일본 쓰쿠바 국립재료과학연구소와 독일 베를린 라이프니츠 결정학연구소와 같은 기관들의 노력 덕분에 가장 활발하게 연구되고 있습니다.  
β-Ga2O3의 가장 매력적인 측면은 열 안정성으로, 실리콘 웨이퍼 제조에 널리 사용되는 초크랄스키법을 비롯한 여러 기술을 이용하여 제조할 수 있다는 점입니다. 또한, 에지 디파인드 필름 피드(edge-defined, film-fed) 결정 성장 기술도 사용할 수 있습니다. 최근에는 확장성이 뛰어난 수직 브리지먼-스톡바거(Bridgman-Stockbarger) 기술을 이용한 결정 성장도 가능해졌습니다.  
다른 광대역 반도체와 비교했을 때 이 상황이 얼마나 다른지는 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 현재로서는 탄화규소(SiC)를 제외한 대부분의 차세대 광대역 반도체는 대형 결정을 성장시킬 수 있는 대형 기판이 부족합니다. 즉, 다른 재질의 디스크 위에 성장시켜야 하는데, 이는 비용 증가로 이어집니다. 예를 들어, 질화갈륨(GaN)은 일반적으로 복잡한 공정을 통해 실리콘, 탄화규소 또는 사파이어 기판 위에 성장됩니다. 하지만 이러한 기판의 결정 구조는 GaN의 결정 구조와 분명히 다르며, 이 차이로 인해 기판과 GaN 사이에 "격자 불일치"가 발생하여 수많은 결함이 생깁니다. 이러한 결함은 생산된 장비에 많은 문제를 야기했습니다. 반면, Ga2O3는 자체적으로 기판 역할을 하기 때문에 격자 불일치가 발생하지 않아 결함이 생기지 않습니다. 일본의 노벨 크리스탈 테크놀로지(Novel Crystal Technology)는 150mm 크기의 β-Ga2O3를 성공적으로 성장시켰습니다.  
일본 정보통신기술연구소(NICT)에서마사타카 히가시와키히가시와키 교수는 β-Ga2O3가 전력 스위칭 응용 분야에서 잠재력을 갖고 있음을 최초로 인식한 인물입니다. 2012년, 그의 연구팀이 최초의 단결정 β-Ga2O3 트랜지스터를 발표하면서 전력 소자 분야 전체에 큰 파장을 일으켰습니다. 이 제품이 얼마나 뛰어난지 살펴보겠습니다. 예를 들어, 전력 트랜지스터의 핵심 사양 중 하나인 항복 전압은 반도체가 전류 흐름을 차단하는 능력이 한계에 도달하는 중요한 지점입니다. 히가시와키 교수가 개발한 선구적인 트랜지스터의 항복 전압은 250V를 넘습니다. 비교하자면, GaN이 이와 같은 수준에 도달하는 데는 거의 20년이 걸렸습니다.  
히가시와키는 그들의 획기적인 연구에서 임계 전기장 강도가 높은 재료를 사용하여 장치의 전력 손실을 크게 줄였다고 설명했습니다. Ec로 알려진 이 특성이 바로 산화갈륨의 진정한 강점입니다.  
간단히 말해, 두 도체 사이에 물질을 끼우고 전압을 높이면, 임계 전기장(Ec)은 그 물질이 전기를 전도하기 시작하는 전압입니다. 이 전압은 때때로 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 실리콘의 임계 전기장은 일반적으로 수백 킬로볼트/센티미터(kV/cm) 정도이며, 산화갈륨(Ga2O3)의 임계 전기장은 8메가볼트/센티미터(MV/cm)입니다.  
 

이미지: 공군 연구소

고전압의 영웅: 위 사진(위에서 두 가지 확대율(a, b) 및 단면도(c)로 보여짐)에 나타난 산화갈륨 트랜지스터는 단 600나노미터 내에서 200볼트 이상의 전압을 유지합니다.

이상적인 전력 스위칭 트랜지스터를 생각할 때, 매우 높은 E 값을 갖는 것이 가장 큰 매력 중 하나입니다. 이상적으로, 이 소자는 항상 켜짐(저항 없이 전도) 상태와 항상 꺼짐(전혀 전도되지 않음) 상태, 두 가지 상태 사이를 즉각적으로 전환해야 합니다. 이 두 가지 극단적인 상태는 소자 구조가 완전히 다릅니다. 꺼짐 상태의 경우, 전도를 방지하고 높은 전압을 차단하기 위해 트랜지스터의 소스와 드레인 사이에 더 두꺼운 물질 층을 배치해야 합니다. 반면, 켜짐 상태의 경우, 저항이 없도록 매우 얇은 영역이 필요합니다.  
물론 둘 다 가질 수는 없습니다. 재료의 임계 전기장 강도가 실제로 밀폐된 상태를 유지하면서 만들 수 있는 영역의 두께를 결정합니다.  
저주파 전력 스위칭 반도체의 핵심 성능 지표는 IEEE 명예 훈장 수상자인 B. 자얀트 발리가의 이름을 딴 발리가 성능 지수(Baliga figure of merit)입니다. 이 지수는 고전압에서 입력 신호의 세부 사항을 출력이 얼마나 잘 재현하는지를 나타냅니다. 이는 킬로헤르츠(kHz) 대역까지 작동하는 트랜지스터 스위치에 매우 중요한 특성입니다. 이러한 소자는 수 킬로볼트급 변전소 장비, 의료 영상용 고에너지 광자 발생기, 전기 자동차 및 산업용 모터 구동 장치용 전력 인버터 등에 사용됩니다.  
이러한 모든 응용 분야 및 그 외 다양한 분야에서 Ga2O3는 자연적인 이점을 가지고 있습니다. 이러한 주파수 대역에서 품질 계수는 임계 전기장의 세제곱에 비례합니다. 이처럼 높은 Ec 값은 우수한 성능 지표를 의미합니다.  
이 계산의 이면에는 스위치가 대부분의 시간을 완전히 켜지거나 완전히 꺼진 상태로 보내고, 두 상태 사이를 전환하는 시간은 매우 짧다는 사실이 있습니다. 따라서 전력 손실의 대부분은 장치가 켜질 때 저항을 통해 흐르는 전류입니다. Ec가 높을수록 더 얇은 소자를 사용할 수 있으므로 저항이 낮아집니다.  
히가시와키 교수의 연구가 전하는 메시지는 간단합니다. 강력한 고전계 세기를 이용하여 저주파수에서 전력 손실이 거의 없는 고전압 스위칭을 구현할 수 있다는 것입니다. 다른 연구 그룹들도 곧 이 사실을 인지했습니다. 2013년에는 항복 전압이 370V에 달하는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 개발하는 데 성공했습니다. 2016년에는 당시 NICT의 히가시와키 연구팀 소속이었던 만호이웡 연구원이 필드 플레이팅이라는 추가 구조를 사용하여 항복 전압을 750V 이상으로 끌어올렸습니다. 이러한 소자들의 경우, Ga2O3가 비교적 쉽게 더 높은 동작 전압을 달성할 수 있다는 점은 실로 놀라운 발전입니다. GaN 박막 개발에 수십 년이 걸린 반면, Ga2O3 소재 연구는 불과 몇 년 만에 비약적인 발전을 이루었습니다.  
Ga2O3가 고속 스위칭 전원 공급 장치에 유용할까요? 이는 모두가 주목하는 또 다른 질문입니다. 여기서 중요한 것은 E_c 값이 Ga2O3에 큰 이점을 가져다줄 수 있다는 점입니다.  
높은 주파수(예: 100Hz~1MHz)에서는 소자가 켜지고 꺼지는 데 걸리는 시간이 비례적으로 증가합니다. 스위칭 과정에서 발생하는 손실은 소자의 저항과 트랜지스터 게이트에 스위칭에 필요한 전하량의 곱입니다. 계산해 보면, 이는 손실이 저주파수에서처럼 세제곱에 비례하는 것이 아니라, 고주파수에서는 임계 전기장 세기의 제곱에 비례한다는 것을 의미합니다.  
    이미지: 공군 연구소  
위 사진은 산화갈륨을 보여줍니다.RF 응용 가능성,이 초기 산화갈륨 RF 트랜지스터의 작동에 있어 작은 부분(내재적)이 중요했습니다. 소자의 기생 저항을 줄이면 출력과 주파수를 높일 수 있습니다.  
휴대폰 충전기처럼 간단한 기기에서도 전력 스위칭 속도가 빠를수록 더 많은 이점을 얻을 수 있습니다. 스위칭 전원 공급 장치는 벽면 콘센트에서 들어오는 교류 전압을 정류한 후 고주파 신호로 변환합니다. 변압기는 전압을 필요한 수준으로 낮추고, 마지막으로 신호를 정류하고 필터링합니다. 시스템에서 가장 부피가 큰 부품은 변압기와 기타 수동 부품이며, 주파수가 높아질수록 더 작은 부품을 사용할 수 있습니다. 더 높은 주파수를 얻으려면 밴드갭이 넓고 임계 전기장이 높은 반도체를 사용하면 효율적으로 주파수를 얻을 수 있을 뿐 아니라 열 방출도 간소화할 수 있습니다.  
예를 들어, 20kHz로 스위칭하는 1200V 실리콘 인버터는 약 3kW의 전력을 공급할 수 있습니다. 하지만 150kHz로 스위칭하는 탄화규소 인버터는 동일한 전력을 공급하면서도 더 높은 온도에서 작동할 수 있으며, 크기는 3분의 1로 줄어듭니다. 비교하자면, 산화갈륨(Ga2O3) 기반 인버터는 메가헤르츠에 가까운 주파수에서 작동할 수 있으며 크기도 절반으로 줄일 수 있습니다(단, 이를 위해서는 아직 발명되지 않은 자기 부품이 필요합니다).  
요약하자면, Ga2O3와 같은 물질의 진정한 전자적 특성은 임계 전기장 세기를 최대한 활용할 때 나타납니다. 하지만 그 임계 전기장 세기는 정확히 얼마일까요? 2015년까지는 어떤 연구팀도 이 물질이 달성할 수 있는 전기장 세기를 실제로 측정한 적이 없었습니다. 다른 소자들과 마찬가지로, 초기 결과는 이론적 한계치와는 거리가 멉니다.  
저와 제 동료들은 오하이오주 라이트-패터슨 공군기지에 있는 공군 연구소에서 근무하면서 이러한 문제에 직면했습니다. 우리가 처음 마주한 문제는 이처럼 높은 전계 강도를 가진 재료를 사용하여 만든 모든 소자가 기존 시험 장비의 한계를 넘어설 가능성이 있다는 것이었습니다. 원칙적으로 2마이크론 두께의 재료는 1.5kV 이상의 전압을 차단할 수 있기 때문입니다! 그래서 우리는 전압을 낮추기 위해 구조를 축소한 간단한 MOSFET을 제작했습니다. 전계가 가장 강한 게이트와 드레인 사이의 간격은 불과 600나노미터입니다. 이는 피크 Ec를 더 쉽게 측정하기 위한 목적도 있지만, 기존의 고전압 설계에서는 불가능한 RF 주파수 대역에서 소자를 테스트할 수 있도록 하기 위한 것이기도 합니다.  
이 초기 실험에서 트랜지스터는 RF 테스트 장비의 한계인 230V를 견딜 수 있었습니다. 생성된 평균 전기장은 최소 3.8MV/cm이며, 시뮬레이션 결과 최대 내부 전기장은 최소 5.3MV/cm인 것으로 나타났습니다. (FET에서 최대 8MV/cm의 전기장을 관찰하는 경우는 없습니다.) 이는 Ga2O3가 GaN(약 3.3MV/cm)보다 더 큰 이론적 전기장(EC) 값을 가진다는 것을 실험적으로 입증한 첫 번째 사례입니다. 다시 말해, 정격 동작 전압이 600V인 GaN 파워 트랜지스터의 게이트-드레인 간격은 일반적으로 약 15~20µm이고, 우리가 사용한 파장은 600nm입니다.  
이러한 결론이 내려진 후, 전력 스위칭 트랜지스터는 놀라운 속도로 발전했습니다. 2017년에는 항복 전압이 600V를 넘는 MOSFET을 생산했고, 2018년 초에는 다양한 구조의 MOSFET을 사용하여 달성한 고주파 손실 값이 실리콘의 이론적 한계를 충족하거나 넘어섰습니다. 더욱이, 향후 몇 년 안에 최신 GaN 값과 동등하거나 이를 능가할 수 있는 확실한 길이 열렸습니다.  
    사진: 노벨 크리스탈 테크놀로지  
많은 광대역 반도체와는 달리, 산화갈륨 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼와 거의 동일한 공정으로 제조할 수 있습니다. 따라서 결함 없는 소자를 비교적 저렴하게 생산할 수 있을 것으로 예상됩니다.  
2015년에 전력 스위치의 E를 측정했을 때, Ga2O3가 더 작은 소자에서 더 높은 전기장을 허용함으로써 RF 회로에서도 비슷한 성공을 거둘 수 있을 것이라고 추측했습니다. 하지만 당시에는 중요한 정보가 부족했습니다. 전기장에 따른 물질 내 전자 속도에 대한 공개된 데이터가 없었던 것입니다.  
전자의 속도는 무선 주파수(RF) 신호를 증폭하는 데 사용되는 트랜지스터에서 특히 중요합니다. RF에서는 높은 출력과 높은 주파수가 목표이며, 존슨의 성능 지표(JFOM)는 이러한 목표를 요약합니다. JFOM에 따르면 RF 트랜지스터의 출력과 주파수의 곱은 반도체 물질 내 전하 운반체의 최대 속도와 Ec의 곱에 비례합니다. 여기서 중요한 점은 RF 트랜지스터에서 증폭이 이루어지려면 RF 파형의 극성이 바뀌기 전에 전하 운반체가 소스에서 드레인까지 완전히 흐를 수 있어야 한다는 것입니다. (이러한 현상이 발생하는 최고 주파수를 단위 전류 이득 주파수(fT)라고 합니다.)
다시 말해, Ga2O3의 높은 임계 전기장이 중요한 역할을 하는데, 이는 임계 거리를 줄이면서도 전자를 최대 속도로 가속시키는 데 필요한 강력한 전기장을 유지할 수 있기 때문입니다.  
AFRL에서는 2017년에 최초의 서브마이크론 산화갈륨 RF MOSFET을 개발하는 데 성공했습니다. 이 소자는 GaN 기반 소자만큼은 아니지만 인상적인 성능을 보여주었습니다. 단위 전류 이득 주파수는 3GHz, 최대 발진 주파수는 13GHz, 출력 전력 밀도는 800MHz에서 230mW/mm²입니다. 이후 AFRL은 펄스 RF 출력 전력 밀도를 1GHz에서 500mW/mm² 이상으로 끌어올렸으며, 최대 발진 주파수는 20GHz에 근접했습니다.  
더욱 고무적인 것은, 거의 같은 시기에 크리슈난두 고쉬와 우탐 싱기세티(버팔로 대학교)의 이론적 계산에 따르면 산화갈륨의 JFOM이 질화갈륨의 JFOM보다 훨씬 우수하다는 사실이 밝혀졌다는 점이다.  
2017년 RF 활용 가능성이 처음으로 시연된 이후, RF Ga2O3 기술은 스리람 크리슈나무르티(Sriram Krishnamoorthy) 연구팀과 오하이오 주립대학교의 시다르트 라잔(Siddharth Rajan) 연구팀의 새로운 도핑 기술 개선을 통해 비약적인 발전을 이루었습니다. 이러한 기술은 실리콘에서 차용한 것으로, 전도가 일어나는 재료 시트의 저항은 평방미터당 약 300옴 정도로 매우 낮습니다. (네, 단위가 맞습니다.) 이는 질화갈륨 소자에서 볼 수 있는 저항과 유사합니다. 이러한 결과를 얻은 직후, 라잔 연구팀과 캘리포니아 대학교 산타바바라 캠퍼스 연구진은 Ga2O3를 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)로 활용하는 데 성공했습니다. D: agHEMT
이러한 유형의 소자는 일반적으로 비소갈륨이나 질화갈륨으로 만들어지며, 무선 주파수는 휴대전화와 위성 TV 수신기 모두에 필수적입니다. 이러한 소자는 밴드갭이 다른 두 반도체의 경계면에서 형성되는 2차원 전자 가스를 통해 신호를 전달합니다. 이 경우, 사용된 반도체는 산화갈륨알루미늄과 산화갈륨으로, 스마트폰에 사용되는 상용 알루미늄갈륨비소/비소갈륨 HEMT 기술과 정확히 동일합니다. 이러한 핵심적인 기술 발전은 무선 주파수 장비의 수직적 및 수평적 확장을 위한 길을 열어줍니다.  
이러한 발전은 고무적이지만, Ga2O3가 모든 RF 응용 분야에서 갈륨비소(GaAs)나 갈륨질소(GaN)를 완전히 대체할 수는 없을 것으로 예상됩니다. 하지만 Ga2O3는 기본적으로 우수한 스위치 소자로서, D, E, F급과 같은 스위치 모드 증폭기에서 강점을 보일 것으로 기대됩니다. 이러한 소자들 중에서 Ga2O3는 온 저항이 매우 낮고, 낮은 전류와 높은 항복 전압 특성을 이용하여 매우 높은 효율을 달성할 수 있습니다. 반면, 낮은 임피던스와 높은 전류를 요구하는 응용 분야에서는 GaN이 더 유리할 것으로 예상되는데, 이는 GaN의 높은 전하 이동도와 전하 밀도 때문입니다.  
         

SoGa2O3어떤 어려움에 직면하게 될까요?

우선 이 소재의 가장 큰 약점은 열전도율이 매우 낮다는 점입니다. 실제로 RF 증폭이나 전력 스위칭에 사용되는 모든 반도체 중에서 열전도율이 가장 떨어집니다. 산화갈륨의 열전도율은 다이아몬드의 6분의 1, SiC(고성능 RF GaN의 기판)의 10분의 1, 실리콘의 5분의 1에 불과합니다. 흥미롭게도 RF용 GaAs와는 비슷한 수준입니다. 열전도율이 낮다는 것은 트랜지스터에서 발생한 열이 오랫동안 내부에 머물러 소자의 수명을 크게 단축시킬 수 있음을 의미합니다.  
자, 다음을 생각해 보세요. 재료의 열전도율과 장치의 열전도율을 정확하게 비교하려면 재료의 전력 처리 능력으로 정규화해야 합니다. 즉, 실제 장치에서 발생하는 열 문제를 정확하게 비교하려면 E를 C로 나누어야 합니다. 이렇게 하면 실리콘보다 밴드갭이 큰 모든 반도체, 심지어 다이아몬드조차도 최대 성능에 도달할 때 열 방출 문제를 겪는다는 것을 알 수 있습니다. 이 사실은 Ga2O3에 그다지 도움이 되지는 않지만, 더 나은 열 방출 방법을 찾아야 할 필요성을 일깨워줍니다.  
예를 들어, 도쿄 NICT 연구소의 연구원들은 약 10마이크론 두께의 Ga2O3 실리콘 웨이퍼 뒷면에 p형 다결정 SiC를 접합하여 소자의 열 저항을 크게 향상시켰습니다. 또한, 특정 소자 구조의 경우 거의 모든 열이 재료의 최상층 1마이크론에서 발생한다는 점에 주목하여, AFRL 연구원들은 전극 접촉의 영향을 시뮬레이션하고 유전체 필러를 사용하여 열을 방열판으로 분산시키는 방법을 통해 고무적인 결과를 얻었습니다. 이것이 오늘날 상용 갈륨비소 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 사용되는 기술입니다. 따라서 Ga2O3의 열적 문제에도 불구하고, 유능한 엔지니어들은 이 문제를 해결하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다.  
또 다른 근본적인 문제는 산화갈륨이 전자만 전도할 수 있고 정공은 전도할 수 없다는 점입니다. Ga2O3로는 우수한 p형 전도체를 만들 수 없습니다. 더욱 안타까운 것은 이 물질의 기본적인 전자적 특성 자체가 그다지 유망하지 않다는 것입니다. 특히, 물질의 밴드 구조에서 가전자대 부분의 정공 전도 형태가 잘못되어 있습니다. 따라서 수용체가 올바른 에너지 준위에 있도록 하는 도핑 물질이 있다고 하더라도, 생성된 정공은 전도에 기여하기 전에 스스로 포획될 것으로 예상됩니다. 이론과 데이터가 이처럼 일치하는 상황에서는 이러한 한계를 극복할 방법이 있다고 단언하기 어렵습니다.  
이러한 취약점이 추가적인 어려움을 야기하는 것은 사실이지만, 모든 것이 순조로운 것은 아닙니다. 소위 '주요 이동통신사 전용' 기기들도 상업적으로 성공을 거둔 사례가 많습니다. 예를 들어, 시중에 나와 있는 수많은 USB-C 벽면 충전기를 살펴보십시오.  
Ga2O3 소자 기술 연구 단계가 이제 막 임계점에 도달하기 시작했으며, 현재 고속 스위칭, 수 킬로볼트급 고출력 트랜지스터 및 RF 소자의 응용 분야를 구상하고 있습니다. 킬로볼트급 장비의 새로운 시연 사례도 정기적으로 발표되고 있습니다. 수십 나노미터 수준의 임계 치수를 갖는 RF 트랜지스터가 곧 상용화될 전망입니다. 이 기술을 발전시켜 나감에 따라, 기존의 어떤 소재로도 구현할 수 없었던 소자 구조를 구현할 수 있을 것으로 기대합니다.  
 

물론, 이 과정에서 몇 가지 문제점(주로 유전체)이 발생할 것입니다. 하지만 그것이 바로 혁신적인 기술의 정의입니다. 우리는 기존의 지식을 희생하면서 잠재적인 성능을 얻는 것입니다. 현재로서는 Ga2O3의 성능 잠재력이 문제점보다 훨씬 큽니다.

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