파란색 LED 제작이 거의 불가능했던 이유 [비디오]

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  • 빨간색·초록색 LED는 1960년대에 등장했지만, 파란색 LED가 빠져 RGB로 흰색과 모든 색을 만드는 조명 전환이 수십 년 늦어짐
  • 파란빛에는 더 큰 밴드갭이 필요했고, zinc selenide와 gallium nitride는 p형 구현, 결정 결함, 출력 한계 때문에 상용화가 어려웠음
  • Nichia의 Shūji Nakamura는 주류가 zinc selenide에 몰리던 때 gallium nitride를 택해 MOCVD 장비 개조와 two-flow reactor로 결정 품질 문제를 돌파함
  • 이후 magnesium 도핑 gallium nitride의 어닐링, indium gallium nitride 활성층, aluminum gallium nitride 차단층을 결합해 450nm·1,500마이크로와트의 밝은 파란색 LED를 완성함
  • Nichia는 1994년 월 100만 개 생산과 1996년 흰색 LED로 확장했고, LED 조명은 2010년 전 세계 주거용 조명 판매의 1%에서 2022년 절반 이상으로 늘어남

파란색 LED가 조명 혁명의 마지막 조각이었던 이유

  • LED의 색은 플라스틱 덮개가 아니라 전자 구조에서 나옴
    • 투명한 LED도 같은 빨간색으로 빛날 수 있음
    • 케이스는 LED를 구분하는 역할에 가까움
  • 1962년 General Electric의 Holonyak이 첫 가시광 LED를 만들었고, 이 LED는 희미한 빨간색으로 빛났음
  • 이후 Monsanto 엔지니어들이 초록색 LED를 만들었지만, LED는 수십 년 동안 빨강과 초록에 머물렀음
  • 파란색 LED가 가능해지면 빨강·초록·파랑을 섞어 흰색과 모든 색을 만들 수 있었음
    • 전구, 휴대폰, 컴퓨터, TV, 전광판 등 조명 전반으로 LED를 확장할 수 있었음
  • 1960년대부터 IBM, GE, Bell Labs 등 대형 전자 회사들이 파란색 LED 개발에 뛰어들었지만, 수천 명의 연구자도 성공하지 못함
  • Monsanto의 한 디렉터는 LED가 주방 조명을 대체하지 못하고 가전제품, 자동차 대시보드, 스테레오 표시등에만 쓰일 것으로 봄

LED가 빛을 내는 원리

  • 백열전구는 텅스텐 필라멘트에 전류를 흘려 뜨겁게 만들고, 그 결과 빛을 냄
    • 방출되는 전자기 복사의 대부분은 적외선, 즉 열임
    • 가시광은 아주 작은 비율에 그침
  • LED는 light emitting diode라는 이름처럼 빛을 주로 만드는 장치라 훨씬 효율적임
  • 다이오드는 두 전극을 가진 장치이며, 전류가 한 방향으로만 흐르게 함
  • 반도체에서 원자들이 고체를 이루면 전자 에너지 준위가 촘촘한 에너지 밴드를 형성함
    • 전자가 있는 가장 높은 밴드는 valence band임
    • 그 위의 밴드는 conduction band임
    • 두 밴드 사이 에너지 차이가 band gap임
  • 순수 반도체는 그 자체로 유용성이 제한적이어서, 격자에 불순물 원자를 넣는 도핑이 필요함
    • silicon에 phosphorus를 넣으면 여분의 전자가 생겨 n형 반도체가 됨
    • silicon에 boron을 넣으면 hole이 생겨 p형 반도체가 됨
  • p형과 n형을 붙이면 전자와 hole이 서로 확산하면서 depletion region이 생김
    • 배터리를 반대로 연결하면 depletion region이 커져 전류가 흐르지 않음
    • 올바른 극성으로 연결하면 depletion region이 줄어들고 전자가 n형에서 p형으로 흐름
  • 전자가 conduction band에서 valence band의 hole로 떨어질 때 band gap 에너지가 photon으로 방출될 수 있음
    • 이 에너지 변화가 빛으로 나오며, 이것이 LED의 작동 원리임
    • band gap 크기가 방출되는 빛의 색을 결정함
  • silicon의 band gap은 1.1eV라 방출되는 photon은 가시광이 아니라 적외선임
    • 이런 LED는 TV 리모컨에 쓰이고 카메라로 포착할 수 있음
  • 파란빛 photon은 더 높은 에너지를 요구하므로 더 큰 band gap이 필요했고, 이 점이 파란색 LED를 어렵게 만들었음

Nichia와 Nakamura의 도박

  • Shūji Nakamura는 일본의 작은 화학 회사 Nichia에서 일하던 연구자였음
  • Nichia는 빨간색·초록색 LED 제조에 쓰이는 반도체 생산으로 확장했지만, 1980년대 후반 반도체 부문은 어려움을 겪고 있었음
    • 더 자리를 잡은 회사들과 붐비는 시장에서 경쟁하며 밀리고 있었음
    • 젊은 직원들은 Nakamura에게 새 제품을 만들라고 했고, 선임 직원들은 그의 연구를 돈 낭비로 봄
  • Nakamura의 연구실은 주로 그가 직접 모으고 용접해 만든 장비로 구성됨
    • phosphorus 누출로 폭발이 너무 자주 발생해 동료들이 확인하러 오지 않을 정도였음
  • 1988년 상사들이 연구에 실망해 Nakamura에게 그만두라고 했고, 그는 창업자 겸 사장 Nobuo Ogawa에게 파란색 LED 개발을 제안함
  • Ogawa는 5억 엔, 약 300만 달러를 Nakamura의 프로젝트에 배정함
    • 회사 연간 이익의 약 15%로 추정되는 금액임
  • Nakamura는 Florida의 한 연구실에서 MOCVD를 배우기로 함
    • MOCVD는 뜨거운 챔버에 결정 재료의 증기 분자를 주입해 substrate 위에 층을 형성하는 장비임
    • 깨끗한 결정을 대량 생산하는 핵심 기술로 쓰였고, 지금도 쓰임
    • 결정층은 때로 원자 몇 개 두께만큼 얇아야 하며, substrate 격자와 위에 자라는 결정 격자가 잘 맞아야 안정적이고 매끄러운 결정이 만들어짐
  • Florida에서 Nakamura는 작동 중인 MOCVD를 쓰지 못했고, 12개월 중 10개월을 새 시스템 조립에 보냄
  • Nichia가 논문 출판을 허용하지 않아 Nakamura는 박사 학위도 논문도 없었고, PhD 연구자들은 그를 낮은 기술자로 대함
  • 1989년 일본으로 돌아온 Nakamura에게는 Nichia용 새 MOCVD reactor 주문과 박사 학위에 대한 강한 의지가 남아 있었음
    • 당시 일본에서는 대학에 가지 않아도 논문 5편을 출판하면 PhD를 받을 수 있었음
    • 파란색 LED에 실패하더라도 PhD를 얻을 수 있다는 대안이 생김

주류가 외면한 gallium nitride 선택

  • 1980년대까지 파란색 LED 후보는 주로 zinc selenide와 gallium nitride로 좁혀졌음
  • zinc selenide는 더 유망한 선택지로 보였음
    • MOCVD에서 gallium arsenide substrate 위에 자랄 때 격자 불일치가 0.3%에 그쳤음
    • 결정 결함은 제곱센티미터당 약 1,000개로 LED 작동 상한 안에 있었음
    • 그러나 n형 zinc selenide는 여러 방식으로 만들 수 있었지만 p형은 만들지 못했음
  • gallium nitride는 대부분의 연구자가 포기한 물질이었음
    • sapphire substrate와의 격자 불일치가 16%였음
    • 결함은 제곱센티미터당 100억 개를 넘었음
    • silicon으로 n형은 만들 수 있었지만 p형은 여전히 난제였음
    • 상용 파란색 LED는 총 광출력 최소 1,000마이크로와트가 필요했지만, 기존 prototype은 그보다 두 자릿수 낮았음
  • Nakamura는 논문 5편을 혼자 내야 한다면 경쟁이 덜한 gallium nitride가 낫다고 판단함
    • 일본 최대 응용물리학회에서 zinc selenide 발표에는 500명 이상이 참석함
    • gallium nitride 발표에는 5명만 참석했음
  • 그 5명 중에는 gallium nitride 전문가 Akasaki와 그의 전 대학원생 Hiroshi Amano가 있었음
  • Akasaki와 Amano는 sapphire 위에 바로 gallium nitride를 키우지 않고 먼저 aluminum nitride buffer layer를 성장시키는 돌파구를 만들었음
    • aluminum nitride는 sapphire와 gallium nitride 사이의 격자 간격을 가져, 더 깨끗한 gallium nitride 결정을 만들기 쉽게 했음
    • 다만 aluminum은 MOCVD reactor에 문제를 일으켜 공정 확장이 어려웠음

결정, p형, 밝기를 차례로 넘은 세 번의 돌파

  • Nakamura는 처음에 새 MOCVD reactor에서 gallium nitride를 제대로 성장시키지 못함
  • 6개월 뒤 그는 장비를 분해하고 직접 더 나은 버전을 만들기 시작함
    • 매일 오전 7시에 연구실에 도착함
    • 오전에는 용접, 절단, 배선 변경을 함
    • 오후에는 개조된 reactor로 실험함
    • 오후 7시에 귀가해 식사, 세면, 수면을 반복함
    • 일본의 중요한 휴일인 New Year’s Day를 제외하고 주말과 휴일 없이 일함
  • 1년 반 뒤인 1990년 겨울, Nakamura의 gallium nitride sample은 sapphire 위에 직접 성장한 기존 gallium nitride보다 전자 이동도가 4배 높았음
  • 핵심은 MOCVD reactor에 두 번째 노즐을 추가한 것이었음
    • gallium nitride 반응 가스가 뜨거운 챔버에서 위로 올라가며 공기 중에서 섞여 가루 폐기물이 되던 문제가 있었음
    • 두 번째 노즐은 아래 방향의 inert gas 흐름을 보내 첫 흐름을 substrate에 붙여 균일한 결정을 만들게 함
    • 과학자들은 두 번째 흐름이 turbulence를 늘릴 것으로 보고 피했지만, Nakamura는 특수 노즐로 흐름을 laminar하게 유지함
    • 그는 이를 two-flow reactor라고 불렀음
  • two-flow 설계 덕분에 Nakamura는 aluminum nitride 대신 gallium nitride 자체를 sapphire substrate 위 buffer layer로 사용할 수 있었음
    • 그 위에 더 깨끗한 gallium nitride 결정을 만들었고, aluminum 문제도 피함
  • 회사 내부 압박은 점점 커졌음
    • Nichia 창업자 Nobuo Ogawa가 회장으로 물러나고 사위 Eji Ogawa가 CEO가 됨
    • Matsushita의 한 임원이 Nichia에서 zinc selenide가 앞으로의 길이며 gallium nitride는 미래가 없다고 말함
    • 같은 날 Eji는 Nakamura에게 gallium nitride 작업을 즉시 중단하라는 메모를 보냄
    • Nakamura는 메모와 이어진 지시, 전화들을 무시함
  • Nakamura는 Nichia 몰래 two-flow reactor 연구를 출판했고, 이것이 그의 첫 논문이 됨
  • 두 번째 장벽은 p형 gallium nitride였음
    • Akasaki와 Amano는 magnesium 도핑 gallium nitride를 electron beam에 노출해 세계 최초 p형 gallium nitride를 만들었음
    • 그러나 왜 작동하는지 몰랐고, 각 결정을 electron으로 조사하는 공정은 상업 생산에는 너무 느렸음
  • Nakamura는 electron beam이 과하다고 보고, magnesium 도핑 gallium nitride를 400°C로 가열하는 annealing을 시도함
    • 결과는 완전한 p형 sample이었음
    • electron beam은 sample 표면만 p형으로 만들었지만, 가열은 더 잘 작동했고 빠르게 확장 가능한 공정이었음
  • 이 연구는 p형 gallium nitride가 어려웠던 이유도 드러냄
    • MOCVD에서 nitrogen 공급원으로 쓰는 ammonia에는 hydrogen도 들어 있음
    • hydrogen 원자가 magnesium과 결합해 hole을 막고 있었음
    • 에너지를 추가하면 hydrogen이 재료에서 빠져나가 hole이 다시 자유로워졌음
  • 1992년 St. Louis workshop에서 Nakamura는 파란색 LED prototype을 발표했고 기립박수를 받음
    • 그러나 색은 blue-violet에 가까웠고 광출력은 42마이크로와트에 그쳐 실용 기준인 1,000마이크로와트보다 낮았음
  • 세 번째 장벽은 광출력 향상이었음
    • LED 효율을 높이는 알려진 방법은 p-n junction에 active layer라는 얇은 층을 만들어 band gap을 조금 줄이는 것이었음
    • gallium nitride에 가장 적합한 active layer는 indium gallium nitride로 알려져 있었음
    • 이 층은 band gap을 넘기 쉽게 하고 blue-violet을 true blue로 맞출 수 있었음
  • Amano는 gallium nitride와 indium nitride가 물과 기름처럼 섞이지 않는다고 여겨졌다고 회상함
  • Nakamura는 직접 개조 가능한 MOCVD reactor를 활용해 가능한 많은 indium을 gallium nitride 위에 밀어 넣었고, 깨끗한 indium gallium nitride 결정을 얻음
  • active layer를 LED에 넣자 well이 너무 잘 작동해 electron이 넘쳐 gallium nitride layer로 새어 나감
  • 그는 몇 달 안에 aluminum gallium nitride를 만들어 band gap이 더 큰 차단층으로 사용함
    • 이 층은 electron이 well 안에 들어간 뒤 빠져나가지 못하게 막았음

상용화, 보상 분쟁, LED 조명의 확산

  • 1992년 Nakamura는 밝은 파란색 LED를 완성함
    • daylight에서도 보일 만큼 밝았음
    • 광출력은 1,500마이크로와트였음
    • 파장은 정확히 450nm였음
    • 당시 시장의 pseudo-blue LED보다 100배 이상 밝았음
  • Nichia는 Tokyo에서 세계 최초 true blue LED를 발표하는 기자회견을 열었고, 전자 업계는 충격을 받음
  • Nichia의 사업 효과는 즉각적이었음
    • 주문이 몰렸고, 1994년 말에는 월 100만 개의 blue LED를 생산함
    • 3년 안에 회사 매출은 거의 두 배가 됨
  • 1996년 Nichia는 파란색 LED 위에 yellow phosphor를 올려 white LED로 확장함
    • 이 화학 물질은 blue photon을 흡수하고 가시광 전반의 넓은 스펙트럼으로 다시 방출함
    • Nichia는 곧 세계 최초의 white LED를 판매함
  • 이후 4년 동안 Nichia의 매출은 다시 두 배가 됨
    • 2001년 매출은 연간 7억 달러에 접근함
    • 60% 이상이 blue LED 제품에서 나옴
    • 오늘날 Nichia는 연매출 수십억 달러 규모의 대형 LED 제조사 중 하나임
  • Nakamura가 받은 보상은 제한적이었음
    • 연봉은 두 배가 된 뒤 6만 달러였음
    • 특허당 보너스는 170달러였음
  • 2000년 Nakamura는 Nichia에서 20년 넘게 일한 뒤 미국으로 떠남
    • 그는 Cree에 컨설팅을 시작함
    • Nichia는 회사 비밀을 유출했다며 그를 고소함
    • Nakamura는 발명에 대한 적절한 보상을 받지 못했다며 2,000만 달러를 요구하는 맞소송을 냄
  • 2001년 일본 법원은 Nakamura의 손을 들어 Nichia에 최초 청구액의 10배를 지급하라고 명령함
    • Nichia는 항소했고, 사건은 최종적으로 800만 달러 지급으로 합의됨
    • 이 금액은 Nakamura의 법률 비용을 충당하는 정도였음
  • 파란색 LED는 현재 800억 달러 산업의 일부가 됨
    • 집 조명, 가로등, 휴대폰, 컴퓨터, TV, 신호등, 디스플레이 등에 쓰임
    • 화면의 blue light가 circadian rhythm을 방해할 수 있다는 경고도 gallium nitride blue LED와 연결됨
  • 조명용 LED bulb는 incandescent나 fluorescent bulb보다 효율적이고, 훨씬 오래가며, 다루기 안전하고, 완전히 맞춤화할 수 있음
    • white LED가 나온 지 30년 뒤 고급 bulb는 50,000가지 white shade를 선택할 수 있음
    • 가격은 다른 전구보다 몇 달러 높은 수준까지 내려옴
    • 평균적인 일일 사용량과 전기요금 기준으로 약 두 달 만에 추가 비용을 회수할 수 있음
  • LED 조명 판매는 빠르게 증가함
    • 2010년 전 세계 주거용 조명 판매에서 LED 비중은 1%였음
    • 2022년에는 절반을 넘음
    • 전문가들은 향후 10년 안에 거의 모든 조명 판매가 LED가 될 것으로 추정함
  • 조명은 전체 탄소 배출의 5%를 차지함
    • LED로 완전히 전환하면 CO2 14억 톤을 절감할 수 있을 것으로 추정됨
    • 이는 전 세계 자동차의 거의 절반을 도로에서 없애는 것과 같음

Nakamura의 이후 연구와 인정

  • Nakamura는 현재 차세대 LED인 micro LED와 UV LED를 연구함
  • 표준 LED 크기는 300×200마이크론이고, 가장 작은 것은 5마이크론이라고 함
    • 사람 머리카락 두께와 비교될 만큼 작음
    • near-eye display, AR, VR에 사용할 수 있음
  • UV LED는 병원이나 주방 표면을 살균하는 데 쓰일 수 있음
    • UV light를 켜면 병원체가 몇 초 안에 죽을 수 있음
    • COVID-19 시기에 UV LED 회사 주가가 급등했는데, 사람들이 COVID-19 살균에 쓰일 것으로 기대했기 때문임
  • 발광 다이오드에는 indium gallium nitride를 쓰고, UV에는 band gap이 더 큰 aluminum gallium nitride를 씀
    • UV LED는 작동하지만 비용이 문제임
    • 효율은 10% 미만이고 비용이 매우 높음
    • 효율이 50%를 넘으면 비용이 mercury lamp와 거의 비슷해질 수 있음
  • Nakamura는 최근 nuclear fusion 회사도 시작했으며, 자신은 물리학에 관심이 있다고 말함
  • 2014년 Nakamura, Akasaki, Amano는 파란색 LED를 만든 공로로 물리학상을 받음
  • Nakamura는 이후 Nichia가 자신의 연구를 지원한 데 공개적으로 감사를 표하고 방문해 화해하겠다고 제안했지만, Nichia는 이를 거절했고 관계는 여전히 차갑게 남아 있음
  • Nakamura는 1994년 blue LED를 발표할 때까지 15편 넘는 논문을 냈고, 마침내 공학 박사 학위를 받음
    • 현재는 900편 넘는 논문을 출판함
  • 그가 좋아하는 색은 파란색이며, 어릴 때 살던 어촌 집 앞의 바다가 늘 파랬다고 말함

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Hacker News 의견들

  • 정말 훌륭한 이야기였음. 지금 파란 LED가 있는 건 한 사람이 모든 걸 걸고 밀어붙였기 때문이고, 때로는 정말 많은 것이 한 사람에게 달려 있다는 게 놀라움
    또 그 연구자가 실제 전기기계적 숙련을 익혔기 때문에 가능했음. 이런 기술이 더 널리 퍼져 있었다면 무엇을 더 빠르게 해낼 수 있었을지 상상하게 됨
    박사 학위가 없어서 힘들었던 건 주로 동료들이 다른 종류의 기술을 제대로 가치 있게 보지 않았기 때문임
    아는 화학 교수는 이런 걸 중요하게 봄. 그 교수는 부품과 장비 창고를 갖추고, 싸고 관련 있는 장비를 구할 기회가 있으면 확보함
    학생들은 필요한 장비를 직접 만들곤 함. 과학 등급은 아닐 수 있어도 연구 방향을 검증하거나, 나중에 정식 장비 구매·접근을 정당화하기에는 대개 충분함
    그 학생들은 자신들이 얻는 가치를 잘 알고 있고, 이는 파란 LED를 만든 사람에게서 보인 가치와 같음. 의존성을 훨씬 줄이고 더 직접적인 주도권과 통제권을 갖게 되는 것임
    역사적으로도 우리가 의존하고 공학에 활용하는 과학적 이해의 상당수는 생각하고 관찰할 뿐 아니라 직접 만들 수 있던 사람들에게서 나왔고, 여기에 계산 능력도 더해야 함
    학계, 공공 연구, 민간 연구 모두 이런 방식이 훨씬 더 많아질 필요가 있음

    • 파란 LED만이 아니라 흰색 LED도 이 덕분에 가능해졌음
      백열등뿐 아니라 LED 조명도, 결국 진짜 에디슨식 노력으로 가능해졌다는 게 드러남
      1980년대까지 산업 연구에서는 장비를 다루는 방식이 지금과 달랐음. Exxon이나 Shell 같은 자금이 넉넉한 에너지 기업들은 연구실을 재구성하거나 장비를 교체할 때 중고 장비를 잉여 창고에 쌓아두었고, 평균 5~10년 지나 폐기 대상으로 태그가 붙었음
      예전에는 책임 연구자들이 새 장비를 청구하기 전에 방대한 창고에서 쓸 만한 물건을 먼저 찾는 게 기대됐기 때문에 자원으로 보관하던 것임. 하지만 더 이상 아무도 그렇게 하지 않았고, 에너지 가격이 치솟고 석유 회사들은 돈이 많아서 몇 년째 새 장비만 샀음
      창고는 컸지만 결국 가득 차고, 정기적으로 공간을 비워야 해서 경매로 팔렸음. 판매 당일 현금, 있는 그대로, 현 위치, 어떤 보증도 없음
      나는 그 창고를 거쳐 가던 물건 중 아주 작은 일부만 신중히 골라 가져왔는데도, 보통 박사 한 명이 커리어 동안 다룰 수 있는 장비 톤수의 몇 배였음
      많은 박사들은 장비를 직접 만지려 하지 않고 인턴에게 시킴. 그래서 실험실에서 과학적으로 가장 앞선 사람이 손기술을 활용하는 일도 드물고, 반대로 손으로 다루는 데 가장 능한 사람이 그 능력을 과학적으로 최대한 활용받는 일도 드묾
      당시 내 실험실에 오던 그쪽 사람들, 비연구 고객들과 협업했는데, 원래 소유자의 재고 스티커가 붙은 중고 장비를 쓰는 데 부끄러울 건 없었음. 오히려 그들의 사내 작업과 같거나 더 나은 성능을 계속 검증했음
      그들은 자기 회사의 잉여 장비를 쓰거나, 창고에 얼마나 압도적인 양이 있는지 보러 내려갈 생각조차 하지 않았음. 그냥 그렇게 하지 않는 문화였음

  • 영상이 정말 잘 만들어졌다고 봄. 과학을 대중에게 적절한 수준으로 접근 가능하게 전달하는 건 어려운데, Derek은 훌륭하게 해냈음
    4분쯤의 LED 설명이 특히 좋았음. 반도체 물리에 익숙한 사람이 이 설명이 실제를 얼마나 잘 모델링하는지 말해줄 수 있을까?

    • 공학물리 학사, 응집물질 실험과 전기공학 중 반도체 전공 기준으로 보면 4분부터의 설명은 매우 정확함
      전자가 주변 원자를 “느낀다”고 할 때는, 물질이 결정질, 즉 규칙적이고 질서 있는 구조를 갖는 데서 나오는 결과를 말하는 것임. 이 규칙 구조가 주기 퍼텐셜을 만들고, 이를 슈뢰딩거 방정식에 넣은 뒤 파동함수에 연속 조건과 병진 대칭을 적용함
      그 조건에서 슈뢰딩거 방정식의 해를 계산하면 허용·비허용 에너지 준위가 나오고, 결정 격자 안에서 에너지와 운동량의 관계도 드러남. Kronig-Penney Model 위키백과를 읽으면 과정을 따라갈 수 있음
      이는 주기성에 의존하므로 결정 안의 방향에 따라 달라질 수 있음. 그래도 설명이 부정확한 건 아닌데, 반도체 소자를 성장시킬 때는 전류가 원하는 방향으로 흐르도록 결정 방향을 맞추기 때문에 띠틈을 단일 숫자로 보는 단순 결과가 유효함
      전위나 전압이 걸렸을 때 띠가 아래로 기울어지는 묘사도 반도체 소자 도표에서 전위 변화를 그리는 방식과 잘 맞음. Streetman and Banerjee의 Solid State Electronic Devices를 보면 됨
    • 좋았지만, 사람들이 적외선과 열을 동일시할 때는 조금 거슬림. 적외선은 빛임. 빛이 물체를 데울 수 있고 뜨거운 물체가 빛날 수는 있지만, “적외선은 열”이라는 말은 정확하지 않음
    • 학부 반도체 이론 수업에서 배운 내용과 꽤 잘 맞았음. 더 확인은 필요함
    • 설명이 정말 잘 되어 있고, 파울리 배타 원리의 핵심을 너무 깊게 파고들지 않으면서 잘 잡아냄. 개인적으로 영상에서 가장 좋았던 부분은 6분 10초의 “정공” 준입자 설명임
      반도체 거동에 대한 훌륭한 입문이지만, 다른 이들도 말했듯 직접 띠틈과 간접 띠틈이라는 매우 중요한 세부를 생략함. 영상에서 생략된 부분은 결정이 고도로 질서 있는 반복 구조이지만 모든 방향에서 똑같이 보이지 않는다는 점임. 그래서 하나의 띠틈만 있는 게 아니라, 살펴보는 결정 방향에 따라 여러 띠틈이 있음
      왜 방향이 중요하냐고 물을 수 있는데, 여기서 다시 양자역학 깊은 곳으로 들어감. 반도체에서 단일 광자가 흡수될 때 운동량과 에너지가 모두 보존되어야 함. Silicon 띠틈 정도의 광자 운동량은 매우 작고, 실온의 전도 전자 운동량은 훨씬 큼. 그래서 약간 단순화하면 광자 흡수에 따른 전이는 운동량 변화 없이 일어나며, 특정 결정 방향의 띠 구조와 그에 따른 자유 운반자만 보게 됨
      특히 Silicon은 간접 띠틈을 갖고, 최소 에너지 전도대 전자와 원자가대 정공의 운동량이 다름. 그 결과 검출기를 만들기 위해 광자를 흡수할 수는 있지만, LED처럼 광자를 효율적으로 방출하게 만들 수는 없음. 영상은 이 부분을 틀렸음
      다만 영상의 핵심은 GaN 재료계의 파란 LED이고, GaN은 확실히 직접 띠틈 물질이라 큰 문제는 아님. 누군가 순수 Silicon으로 제조 가능한 발광 소자를 만들면 광컴퓨팅과 포토닉스에 절대적인 혁명이 올 것임. 적어도 20년 이상 성배처럼 시도되어 왔음
      https://en.wikipedia.org/wiki/Quasiparticle
      https://www.chu.berkeley.edu/wp-content/uploads/2020/01/Chen...
      https://www.iue.tuwien.ac.at/phd/wessner/node31.html
    • 5살, 7살 아이들이 나와 함께 끝까지 봤고, 이후에도 질문을 많이 했음

  • “수십억 달러 매출은 고맙지만, 내가 GaN으로 파란 LED 문제를 풀려고 하지 말라고 했던 거 기억하지? 자, 네 특허값 147달러 받고 책상 비워. 해고야” 같은 상황임

    • 그가 일본의 최고 인재들이 국내에서는 보상을 받지 못한다는 걸 알고 해외로 나가면서, 일본이 뒤처질 가능성이 높다고 불평했던 기억이 있음
      검색 실력이 부족해서 잘 못 찾겠지만, 이 인터뷰는 찾았음
      https://www.jsap.or.jp/jsapi/Pdf/Number02/Interview.pdf
    • 좋은 리더라면 자신이 틀렸다는 걸 알아차리고 방향을 바꿀 만큼 겸손해야 함. 이 사람은 통제 욕구가 강했고 앙심을 품었던 것처럼 들림. 매우 유치한 행동임

  • 마지막 인터뷰에서 Nakamura가 바다가 보이는 어촌에서 자랐고, 그 때문에 파란색을 좋아하게 됐다고 설명한 부분이 좋았음

  • 1990년대에 파란 LED가 시장에 나온 뒤, 10년도 안 되어 전자상가에서 몇 달러짜리 진열 상품이 됐음
    그 무렵 웹 기반 컴퓨터 기술자 커뮤니티도 크게 성장했음. 웹 포럼 같은 곳들임
    이 우연한 만남은 첫눈에 반한 관계로 이어졌음. 지금 보면 겨우 20년 전인데도, 2000~2005년쯤 몇 년 동안 컴퓨터 너드 문화의 필수 유행은 파란 LED 열풍이었음
    엘리트 같고, 최첨단 같고, 희귀하고, 엄청 기술적으로 느껴졌음. 창 달린 PC 케이스에 LED를 잔뜩 넣고 냉음극관으로 요란하게 밝히며, 마우스와 스피커와 각종 전자기기를 공들여 파란색으로 바꾸던 걸 돌아보면 지금은 웃김
    몇 년 더 지나 2005년 전후부터는 상업 시장이 그 유행을 가져가 지루하고 한물간 것으로 만들었음. 해커와 오버클러커들은 더 이상 관심이 없었고, 오히려 초고휘도 LED가 성가셔지기 시작했음
    약 5년 안에 개조 문화의 파란 LED 유행은 시작되고, 정점을 찍고, 상업화되고, 골칫거리가 되었음. 그 시점에 우리는 눈부신 개조물을 또 다른 파란색 제품, 즉 Blu-Tack으로 급히 가리기 시작했음
    이 짧았던 파란 LED와 해커 문화의 교차는 결국 어디로 갔을까? 상업 시장에서는 불빛 나는 컴퓨터 하드웨어의 “RGB” 흐름으로 변했음. RGB 팬, RGB 케이스, 그래픽카드의 RGB 패널 같은 것들임. 그래도 파란 LED는 여전히 꽤 멋지다고 생각함
    https://en.wikipedia.org/wiki/Blu_Tack

    • 한때 모든 소비자 기기가 “전원 켜짐” 상태 표시용으로 극도로 밝은 파란 LED를 쓰려고 하던 시절이 있었음. DVR이나 TV처럼 평범한 기기까지 그랬음
      너무 짜증나서 여러 종류의 테이프로 가리곤 했음. 그 시절이 끝나서 다행임
    • Toshiba 노트북의 파란 전원 LED가 Apple의 특허 받은 “숨쉬기” 패턴과 완전히 같지는 않지만 꽤 비슷하게 서서히 켜지고 꺼지던 게 아직도 기억남

  • 그래서 예전 사무실의 장식 조명이 늘 이해가 안 됐음
    여러 색의 작은 조명이 흩어진 벽이라 매입형 LED를 쓴 건 괜찮음. 그런데 색상 LED에 중립 확산판을 붙인 게 아니라, 흰빛을 만들려고 빨강+초록+파랑 3중 LED를 쓰고 그 앞에 다시 빨강/초록/파랑 플라스틱을 붙여 색을 다시 입혔음
    조립이나 유지보수가 더 쌀 수 있다는 건 이해하지만, 서로의 작업을 되돌리는 부품들로 구성된 시스템을 보면 언제나 거부감이 듦. 기술에 대한 무례처럼 느껴짐

    • 그렇게 하면 파란색이 더 보기 좋음
      Technology Connections는 지난 5년간 명절 조명에 쓰이는 파란 LED를 싫어하는 내용 중심으로 영상을 3개 만들었음. 나는 2년 전 영상만 본 것 같은데, 이제는 안 보려고 해도 보임
      파란색이 그냥 너무 파람. 전부 파란 조명 세트를 보면 견디기 어려울 정도임. 흰빛에 파란 플라스틱을 씌우는 쪽이 맞음
      https://youtu.be/PBFPJ3_6ZWs?si=sTeRrqQ5umHsNCgz
      https://youtu.be/cQgcTkXacAc?si=CDj0G9Sh7S-wbLjN
      https://youtu.be/va1rzP2xIx4?si=cAp65hnmwtkrXgDc
    • 정말 RGB 3개짜리였고 흰색 LED가 아니었던 게 확실함? 어쨌든 이걸 계속 확장해서, 이렇게 필터를 거친 LED 조명 세 개를 묶어 새 흰색 광원을 만들고, 그걸 다시 반투명 플라스틱으로 필터링하는 상상을 하면 재미있음

  • 끈기와 포기하지 않음에 대한 놀랍고 영감을 주는 이야기임
    https://images.squarespace-cdn.com/content/v1/595d3fb837c581...
    다만 Nichia Corp가 Nakamura에게 얼마나 감사할 줄 몰랐는지는 정말 답답함. 온갖 장애물을 뚫고 회사 매출의 65% 이상을 가능하게 한 약자였는데 말임
    당시 Nichia CEO처럼, 회사를 족벌식으로 물려받은 조카가 삼촌의 성공적인 방법론을 버리는 식의 사람들은 정말 어리석음. 그런 상상력 없는 숫자놀음과 쪼잔함이 매 순간 발목을 잡았는데도 성공한 건 그들 덕분이 아니라 그들에도 불구하고 이뤄진 것임

    • 그건 자기애였다고 봄. Nakamura는 몇 년 동안 중단하라는 직접 명령을 무시했고, 결국 그 명령들이 거대한 전략적 실수였음을 증명했음
      불복종에 더해 상사를 바보처럼 보이게 만든 셈임. 물론 우리가 듣는 건 Nakamura 쪽 이야기뿐이라는 점도 꽤 분명함

  • 첫 10분은 도체, 절연체, 반도체에 대해 내가 본 최고의 설명임. 나머지는 과학이 곁들여진 흡입력 있는 인간 이야기였음
    메이커와 실험가 정신이 강하게 와닿았고, 끝부분에는 기후변화와 핵융합 쪽 사람들을 위한 문장도 있음
    이 영상은 어른이 된 나에게, 어릴 때의 Back to the Future 같은 존재임. 필요한 게 다 들어 있음

    • Back to the Future를 언급해줘서 좋음. 8~10살 때 첫 영화의 앞 15분 정도 대사를 전부 외울 수 있었음. 정말, 정말 좋아했음

  • 이 영상은 몇 년 전 면접을 떠올리게 했음. 도쿄의 흥미로운 로보틱스 스타트업과 이야기했는데, 나는 석사이고 다른 후보가 박사라는 이유로 탈락했음
    그 일자리는 연봉 6만5천 달러에 지분은 거의 없고 복지도 매우 적었음. 몇 주 뒤 나는 샌프란시스코에서 총보상 25만 달러 이상에 복지도 많은 일을 구했음
    일본의 엔지니어 보상은 꽤 낮고, 노동자를 갈아 넣는다는 고정관념은 여전히 사실임

    • 내가 본 것도 그랬음. 엔지니어들이 게임 회사나 FAANG처럼 주 50~60시간 일하지만, 회사는 Hitachi 같은 곳임
      게다가 이들 중 상당수는 영어도 유창함. 베이 지역이면 절반의 근무시간으로 두 배를 벌 수 있음

  • 여기 여러 표현을 빌리면, “우리가 파란 LED를 갖게 된 건 한 사람이 상당한 반대에 맞서 자기 아이디어에 인생의 여러 해를 걸었기 때문”임
    우리에게는 훌륭한 일이지만, 이 성공의 실제 비용도 봐야 함. 아마 수백 명, 어쩌면 수천 명도 열심히 일하고 인생의 여러 해를 걸었지만 실패했을 것임. Willy Wonka 식으로 말하면, 그들은 졌고 아무것도 얻지 못했음

    • 통계적으로 보면 실험과 발견에 필요한 자연스러운 재능을 가진 사람들 중 더 많은 수는 박사 학위자가 아닐 가능성이 큼
      수천 명이 열심히 일하고 인생의 여러 해를 걸었지만 실패했다면, 그들 대부분이 그렇게 몰두해 일한 곳은 실험실이 아니었을 것임
      일부는 패스트푸드 회사 같은 곳에서 생계를 유지했을 테고, 더 나쁘게는 고장 난 밀크셰이크 기계조차 고치지 못하게 막히는 자리였을 수도 있음
      반면 뛰어난 실험가가 아닌 박사들이 장비와 시설의 몫을 차지하는 비중은 상당함. 그래서 비싼 시설이 엄청나게 많아도 소용이 없고, 실제로 뭔가를 해낼 수 있는 대다수는 그런 일을 전혀 해보지 못한 채 끝나게 됨
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