전북대 최철종 교수, 차세대 산화칼륨 전력반도제 신소자 개발

고전압에서 안정적인 동작이 가능한 소자 구조와 제조공정 기술

[아이뉴스24 박종수 기자] 전북대 최철종 교수와 시지트로닉스(대표 심규환)는 공동 연구를 통해 1.2 kV ~ 2.6 kV의 고전압 환경에서 안정적 동작이 가능한 산화갈륨 전력반도체 신소자 기술 개발에 성공했다.

공동연구팀이 개발한 신소자는 저손상 식각기술(표면을 부식시켜 원하는 모양을 만드는 기술)을 이용해 형성된 도랑(trench) 구조에 P형 반도체 박막을 접합한 구조적 특징을 가지고 있어 기존 평판형 소자와 비교해 항복전압을 2배 이상 높일 수 있었다.

차세대 산화칼륨 전력받도체 신소자를 개발한 전북대 최철종 교수팀. [사진=전북대]

특히 이번에 개발된 신소자의 누설전류(~5x10-6A/cm2)와 온저항(~5 mΩcm2) 특성은 충분히 사업화 수준에 근접했다는 평가를 받고 있다.

최철종 교수는 “후속 기술개발로 더욱 높은 전압까지 견딜 수 있는 소자의 구조와 핵심 제조공정을 개발해 기존의 전력반도체 성능을 능가하는 제품으로 사업화가 가능할 것으로 기대하고 있다”고 설명했다.

이번 기술이 획기적인 또 하나의 이유는 산화갈륨 벌크 기판의 대구경화를 통해 1kW급을 넘어 100kW급으로 대전력 스위칭을 제어하는 성능을 갖추면 질화갈륨(GaN)이나 탄화규소(SiC)와 차별화된 응용분야로의 확장성도 기대되기 때문이다.

차세대 반도체 개발 분야에서 게임 체인저가 될 수 있는 이번 기술은 전북대 반도체물성연구소장으로 10여 년 동안 국가 연구개발(R&D), 인력양성을 주도해 온 최철종 교수가 갖고 있는 연구 경험과 경쟁력이 기반이 됐다.

최 교수는 산화갈륨 반도체의 결정성이 여타 반도체와 다르게 특이한 결정구조이지만 고품질 대구경으로 성장되기 때문에 파워반도체 제작에 매우 유용하다는 점에 주목했다고 설명했다.

최 교수는 “현재 전북대가 보유하고 있는 반도체 시설과 장비가 6인치 중심이므로 질화갈륨(GaN)을 비롯한 WBG 반도체 R&D에 최적”이라며 “이번의 성과를 기반으로 산화갈륨 파워반도체 기술수준을 더욱 높여 동작전압 1kV~10kV 대역에서 대전력 반도체를 최초로 상용화하겠다”고 말했다.

최 교수와 함께 후속 연구에 나서고 있는 전북대 실험실창업기업 시지트로닉스의 장태훈 본부장은 “우리나라가 세계 속에서 반도체 강국으로 입지를 확고히 하기 위해 첨단 선진국형 산업구조로 개편해야 하는 국가적 입지를 고려하면 부가가치가 높은 E-모빌리티, K-방산, K-우주항공 분야에 고주파, 고전압, 고효율의 WBG 반도체 국산화는 시급하고 필수 불가결한 당면 과제라 할 수 있다”고 설명했다.

이어 “앞으로 15년 정도면 질화갈륨(GaN)을 위주로 하여 탄화규소(SiC) 및 산화갈륨(Ga2O3)의 WBG 전력반도체가 전체 시장의 절반 이상을 점유하면서 주축이 될 것이기 때문에 지금이라도 국가차원에서 전략적으로 접근해야 한다”고 강조했다.

한편, 이번 연구 성과는 과학기술정통부(대학나노인프라구축 사업)와 중소벤처기업부(산학연협력 신사업 R&D 바우처 사업) 지원을 받아 수행됐다.

/전북=박종수 기자(bells@inews24.com)