수출제한품목 ‘고전압 전력반도체’ 국산화 성공

- DMC 융합연구단, 펄스파워용 고전압 전력반도체 개발
- 고전력 기폭장치, 전기차 배터리 등 군·민수용 전력부품 활용

ETRI 연구진이 MCT 전력반도체 패키지 샘플과 웨이퍼를 들어보이고 있다.[ETRI 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 군수용 고(高)에너지 기폭장치, 전기자동차 등에 활용되는 고전압 스위치용 전력반도체 국산화에 성공했다.

국가과학기술연구회(NST) 융합연구단 사업의 일환으로 설립된 DMC 융합연구단(주관기관 ETRI)은 펄스파워 분야 고전압 스위치용 1400V 및 2500V급 실리콘 MCT 전력반도체 기술을 국내 최초로 개발했다고 밝혔다.

펄스파워는 낮은 전력으로 일정 시간 전기에너지를 저장·압축했다가 매우 짧은 시간 동안 대량의 에너지를 폭발적으로 내뿜는 기술이다.

주로 레일건, 군함, 전투기, 미사일 등 국방 분야와 전자가속기, 가스·수처리, 플라즈마 발생기, 레이저 시스템 등 다양한 산업 분야에 활용되고 있다.

펄스파워의 높은 순간 전류를 제어하는 장치가 고전압 스위치다.

MCT 전력반도체는 고전압 스위치의 핵심부품이지만, 현재 1400V급 MCT 전력반도체는 외국 독점생산에 수출입제한품목으로 지정돼있다.

연구진이 개발한 MCT는 각각 1600V와 3000V 이상의 높은 전압을 견딜 수 있다.

연구진은 개발한 MCT 전력반도체를 활용해 민수용의 800V급 프리차지 릴레이와 정전기방전 시험 발생기 시제품도 함께 개발했다.

프리차지 릴레이는 전기자동차, 에너지저장장치 등 고전압 배터리 시스템이 적용된 모든 전기·전자제품의 전력 방출량을 안정적으로 제어하는 필수 부품이다.

프리차지 릴레이에 MCT 전력반도체를 적용하면 기존 기계식 스위치·릴레이가 갖는 짧은 수명과 잡음 등의 문제를 해결할 것으로 기대된다.

MCT 전력반도체가 적용된 정전지방전 시험보드.[ETRI 제공]

IGBT, SiC MOSFET 등 다른 전력반도체와 비교할 때 시스템 구성이 매우 간단하며 칩 크기도 1/3 수준에 불과해 경제성도 우수하다.

이 기술은 국방용 펄스파워 분야 핵심부품으로 사용될 뿐 아니라 민수용 전력 부품으로도 활용도가 굉장히 높은 셈이다.

MCT 전력반도체 소자의 설계 및 제작과 고전압 반도체 릴레이 시제품을 모두 국내 연구진의 기술로 이뤄내 그 의미는 더 크다.

박건식 DMC 융합연구단 박사는 “실리콘 반도체 개발 노하우를 보유하고 있는 ETRI 반도체실험실과 NST 융합연구단사업을 계기로 국내 연구기관들의 우수 설비 및 연구 역량 융합을 통해 고전압 MCT 전력반도체 기술을 확보했다”고 말했다.

연구진은 이 기술을 응용해 4000V 이상 고전압 스위치, 양방향 고전압 스위치 등과 이를 활용한 응용부품을 개발하는 후속 연구를 진행할 예정이다.

또한 펄스파워용 고전압 스위치 기술을 더욱 높이고, 산업체로의 기술이전, 연구소기업 추진 등을 통해 상용화를 위한 지원에 나설 예정이다.

nbgkoo@heraldcorp.com