[IR52 장영실상] 초고온접착제로 반도체기판 품질 향상

쎄닉 '전력반도체용 SiC 기판'

왼쪽부터 이채영 매니저, 김정규 연구개발본부장, 박종휘 팀장.

전기차와 신재생에너지 분야가 주목을 받으면서 전력반도체가 뜨고 있다. 전력반도체는 전기에너지를 활용하기 위해 직류·교류 변환, 전압, 주파수 변화 등 제어 처리를 하는 반도체로 주로 가전, 스마트폰, 전기차 등 전기로 작동하는 제품의 작동 여부와 성능을 결정짓는 핵심 부품이다. 전력반도체를 만들기 위한 기판 소재 중 실리콘카바이드(SiC)는 실리콘(규소)과 탄소로 구성된 화합물 재료로 고온, 고전류, 고전압 환경에서 안정적으로 동작하는 전력반도체 소자를 만드는 데 사용된다.

쎄닉이 개발한 전력반도체용 150㎜ SiC 기판이 제31주차 장영실상을 수상했다. 쎄닉은 국내 유일의 SiC 기판 제조·판매사로서 국내 전력반도체 시장 생태계 조성에 기여하고 있다.

SiC 기판을 제조하기 위해서는 2300도 이상의 초고온에서 고체에서 곧바로 기체로 다시 고체로 변환시키는 승화법이라는 공법을 활용해 고온에서 녹인 실리콘으로 만든 실리콘 기둥인 잉곳을 성장시켜야 한다. 이때 잉곳을 재료 전체에 원자들이 규칙적으로 빼곡히 배열된 단결정 상태로 만들어야 하는데, 이를 위해 도가니 뚜껑 안쪽에 종자정이라는 씨앗을 부착해야 된다.

쎄닉은 2300도 이상에서 기포와 접착 계면의 들뜸 없이 접착할 수 있는 초고온용 흑연계 접착제 및 접착 공법을 개발해 잉곳의 결함 감소 및 종자정이 떨어지는 문제를 해결했다.

또한 쎄닉은 열린계 도가니 구조를 활용한 열처리를 통해 기존 대비 저순도의 원료 분말로 고품질 잉곳을 성장시켜 가격 경쟁력을 확보했다.

쎄닉의 제품은 기존 경쟁 제품과 유사한 품질을 자랑한다. 하지만 기존 경쟁 업체 제품들이 염산, 불산 등의 환경에 유해한 강산 세정액을 사용한 데 비해 쎄닉은 친환경 대체 물질을 이용해 세정한다.

올해 기준 전 세계 SiC 기판 시장은 56만장, 6조원 규모로 예상된다. 쎄닉은 현재 매년 1만장을 생산하는 공장을 운영 중이다. 창업한 지 얼마 되지 않아 큰 매출을 기록하고 있지는 않지만 2024년 양산·판매를 목표로 일부 평가용 샘플 기판을 판매해 2022년 기준 1억3000만원의 매출을 기록했다.

현재 해외 선진 SiC 전력반도체 기기 업체 등과 판매를 위한 제품 승인 평가 및 사업 협력을 논의하고 있다. 올해 기준 24억원의 매출이 예상되며 이후에도 지속적인 수출 증대가 이뤄질 것으로 보인다.

쎄닉은 2023년 기술특례상장 및 투자 유치를 진행 중이다. 이를 바탕으로 2024년 양산을 진행해 생산능력을 증대할 계획이다. 전력반도체용 200㎜ SiC 기판 및 RF용 150㎜ SiC 기판 개발을 통한 제품 확장을 노린다. 이와 함께 환경 친화적인 제조 방법을 연구해 산업 발전과 환경보호를 동시에 실현하는 기업을 목표로 하고 있다.

주최 : 과학기술정보통신부

주관 : 매일경제신문사 한국산업기술진흥협회

[강민호 기자]