"軍 전투기 레이더 핵심"..질화갈륨 전력소자 국산화 성공

- ETRI 차세대 반도체 핵심소자 개발, 고주파통신·전기차 전원 활용 가능

ETRI 연구진이 개발한 S대역 300W 질화갈륨(GaN) 전력소자의 출력특성을 분석하는 모습.[ETRI 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 순수 국내기술로 차세대 반도체 핵심 소자로 손꼽히는 질화갈륨(GaN) 전력소자 개발에 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 세계적인 수준의 ‘S-대역 300와트(W) 급 질화갈륨 전력 소자 기술’을 개발했다고 21일 밝혔다.

질화갈륨은 통상적으로 반도체 소자로 쓰이는 실리콘에 비해 3배 이상 높은 항복전압으로 고전압 동작에 유리하며, 스위칭 속도가 매우 빨라 별도의 에너지 저장 공간이 요구되지 않기 때문에 고전압 전력 반도체에 적합하다. 하지만 군사적 활용성이 높은 기술의 특성상 소자의 구매와 활용, 처리 등에 제한이 많았다.

이번에 개발한 기술은 미국과 일본만 보유하고 있는 군용 전투기 핵심기술인 에이사(AESA) 레이더용 질화갈륨 집적회로에도 적용이 가능해 국방 분야 국산화와 경쟁력 강화에도 크게 기여할 것으로 전망하고 있다.

ETRI는 고출력과 고효율을 동시에 만족시키는 질화갈륨 고전자이동도 트랜지스터 구조를 설계해 질화갈륨 전력 소자 기술을 개발했다.

연구진은 개발된 전력 소자 칩을 패키징하여 출력전력 300W, 전력밀도 10W/mm 이상의 질화갈륨 반도체 소자 성능을 검증했다.

개발된 S대역 300W 질화갈륨(GaN) 전력소자 성능검증 모듈.[ETRI 제공]

기존 약 8.4W/mm 수준의 상용 질화갈륨 반도체 소자 성능을 뛰어넘는 세계적인 수준이다.

특히 설계부터 공정과 측정, 패키징까지 모두 순수 국내기술로 개발했다는 점에서 그 의미가 매우 크다.

강동민 ETRI RF/전력부품연구실장은 “국내 기술력으로 세계적인 수준의 고출력 질화갈륨 반도체 전력소자 기술을 확보하는 데 성공했다”며 “이 기술이 반도체 핵심부품 국산화에 기여하여 반도체 산업 경쟁력을 높이고 반도체 소재의 해외 의존도를 줄이는 데 도움이 되길 바란다”고 밝혔다.

한편 시장조사기관 욜 디벨롭먼트에 따르면 질화갈륨 전력소자 시장은 지난해 1억 2천만불 시장에서 연평균 59%씩 성장해 2027년에는 관련 시장 규모가 20억 달러에 달할 것으로 예측된다.

연구진은 향후 질화갈륨 반도체 소자의 출력을 강화하는 한편, 5G 28GHz 대역의 주파수로의 확장을 위한 후속 연구를 추진할 계획이다.

nbgkoo@heraldcorp.com