[피스앤칩스]삼성이 주목한 차세대 전력 반도체

삼성전자 2025년 차세대 전력 반도체 양산
질화갈륨, 실리콘 소재 공정 호환성 높아
TSMC·UMC·DB하이텍 등 파운드리 경쟁↑

편집자주 - 현대 산업의 쌀로 불리는 반도체. 매일 듣는 용어이지만 막상 설명하려고 하면 도통 입이 떨어지지 않죠. 어렵기만 한 반도체 개념과 산업 전반의 흐름을 피스앤칩스에서 쉽게 떠먹여 드릴게요. 숟가락만 올려두시면 됩니다.

삼성전자가 최근 파운드리(반도체 위탁생산) 신사업 계획을 공개했습니다. 미국 실리콘밸리에서 '삼성 파운드리 2023'을 개최하고 8인치 질화갈륨(GaN) 전력 반도체 파운드리 서비스를 시작하겠다고 처음으로 밝힌 겁니다.

전력 반도체는 스마트폰과 가전제품 등 각종 전자 기기에서 전력을 변환하고 분배, 제어하는 데 쓰입니다. 기기에 알맞은 전력을 공급하는 만큼 불필요한 전력 사용을 줄여주죠. 전력을 아낄 수 있으니 기기 배터리 사용 시간도 늘어납니다. 전기차와 통신, 신재생 에너지 분야에서 쓰임이 두드러질 수 있습니다.

기존 실리콘(Si) 소재 대신 탄화규소(SiC)와 GaN 등 화합물 소재로 만든 전력 반도체 활약이 기대됩니다. 화합물은 실리콘처럼 단일 원소가 아닌 두 개 이상의 원소를 결합한 것을 말합니다. 화합물 소재를 쓰면 고온, 고전압, 고주파 환경에서 전력 반도체 쓰임을 극대화할 수 있죠.

특히 GaN은 갈륨(Ga)과 질소(N)를 합해 만든 화합물로 열에 강한 특징을 갖고 있습니다. 또 신호 변환 및 처리 속도가 빠른 데다 전력 절감 효과를 높이는 데 이점이 크죠. 실리콘 소재와 비교해 소형화가 가능한 점도 장점으로 꼽힙니다. 기존 실리콘 소재 공정과의 호환성도 높다 보니 SiC 대비 기술 접근도 더 쉽습니다.

다만 아직은 기술이 무르익지 않아 화합물 소재의 전력 반도체 생산은 6인치(150㎜), 8인치(200㎜) 웨이퍼에서만 가능합니다. 웨이퍼가 클수록 반도체 칩을 많이 생산할 수 있고 회로 집적도를 높일 수 있습니다. 실리콘 소재 반도체의 경우 현재 12인치(300㎜) 웨이퍼에서 주로 생산되고 있습니다.

파운드리 분야에선 업계 1위인 대만 TSMC가 GaN 소재의 전력 반도체를 양산 중입니다. 대만 UMC와 미국 글로벌파운드리, 국내 DB하이텍 등도 관련 사업을 진행 중이거나 기술 연구 단계라고 합니다. 차세대 먹거리가 될 수 있는 만큼 다수 기업이 눈독을 들이고 있는 모습이죠.

삼성전자의 경우 2025년부터 8인치 GaN 전력 반도체 파운드리 사업에 본격적으로 뛰어듭니다. 소비자용(컨슈머)뿐 아니라 데이터센터, 차량용(오토모티브) 등 다양한 응용처에서 고객 주문을 받아 제품 양산에 돌입한다는 계획입니다.

반도체 업계에선 향후 GaN 전력 반도체 사업 경쟁력을 높이려면 기술 개발과 함께 인력 확보가 과제라는 평가가 나옵니다. 특히 화합물 소재의 경우 반도체 설계보다 생산이 더 어렵다고 하는데요, 그만큼 까다로운 소재를 잘 다룰 전문 엔지니어가 꼭 필요합니다. 시장 경쟁이 활발해질수록 인력 확보가 치열해지겠죠.

시장조사업체 욥디벨롭먼트는 GaN 전력 반도체 시장 규모가 2021년 1억2600만달러에서 2027년 20억달러로 연평균 59% 증가한다고 예상합니다. 빠르게 덩치를 키우는 시장에서 관련 기업들이 내놓을 다양한 사업 소식에 주목해야겠네요.

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김평화 기자 peace@asiae.co.kr