차세대 전력반도체 ‘산화갈륨’ 소재·소자 공정기술 개발

전자통신연·세라믹기술원, 국내 첫 3kV급 국산화 성공

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 차세대 전력반도체로 불리는 산화갈륨(Ga₂O₃) 전력반도체의 핵심소재 및 소자 공정기술 개발에 성공했다.

산화갈륨은 최근 들어 전 세계적으로 매우 활발히 연구되고 있는 차세대 전력반도체 핵심 소재다. 관련 분야에서 일본과 미국이 기술적 우위에 있고 이번 기술 개발로 우리나라가 기술 격차를 줄이게 됐다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 한국세라믹기술원(KICET)과 국내 최초로 3kV급 산화갈륨 전력반도체 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 소자 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

전력반도체 소자는 소재·부품·장비 관련 12대 국가전략기술 중 하나다. 또 이동 및 양자통신, 전기차, 태양광 및 풍력발전, 전력전송, 국방, 우주항공, 양자컴퓨터 등 국가 산업 전반에 쓰이는 핵심 부품이다.

하지만 현재 95% 이상 해외 수입에 의존하고 있다.

이에 연구진이 개발한 산화갈륨 에피 재 기술은 단결정 기판 위에 고품질의 전도성을 갖는 여러 층의 박막을 성장시키는 공정이다.

연구진은 세계적으로 대구경 에피소재 양산기술로 기대되는 금속유기화학기상증착법을 활용해 고품질 베타 산화갈륨 에피소재 성장기술 국산화에 성공했다.

산화갈륨 소자공정 기술은 에피소재 기판 위에 미세 패턴 형성, 저손상 식각, 증착 및 열처리 공정 등을 통해 전력반도체 소자를 제작하는 웨이퍼 스케일 집적화 공정기술이다.

이 기술은 에피소재의 두께를 나노미터(㎚: 십억분의 1m) 크기에서 마이크로미터(㎛: 100만분의 1m) 단위까지 자유롭게 만들 수 있다.

또 전자농도를 광범위하게 조절할 수 있어 다양한 크기의 전압과 전류 성능을 갖는 전력반도체 소자 개발이 쉬워졌다.

산화갈륨 전력반도체 소자는 전력변환 효율을 높이면서 동시에 인버터 및 컨버터 시스템의 크기도 10분의 1 이하로 줄일 수 있다고 설명했다.

이에 따라 향후 전력 송배전망, 고속철도, 데이터센터, 양자컴퓨터, 전기자동차 등 전력 사용이 많은 산업분야에 적용하면 에너지 절감효과가 커질 것으로 기대된다.

문재경 ETRI 프로젝트 총괄책임자는 “산화갈륨 전력반도체를 시스템에 적용하는 시기를 한층 더 앞당길 것으로 생각한다"며 "세계 최초로 수 kV급 산화갈륨 전력반도체 MOSFET 소자를 상용화할 계획”이라고 말했다.

memory4444444@news1.kr

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