해외 의존 `차세대 전력반도체` 소재·공정 국산화

ETRI가 개발한 산화갈륨 전력반도체 모스펫(MOSFET) 소자 ETRI 제공

한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 한국세라믹기술원과 함께 개발한 산화갈륨 전력반도체 에피소재와 모스펫(MOSFET) 소자 공정기술을 점검하고 있다. ETRI 제공

해외 수입에 의존하고 있는 차세대 전력반도체의 핵심 소재와 소자 공정기술이 개발됐다. 소자가 상용화되면 전력 송배전송망과 고속철도, 데이터센터, 양자컴퓨터 등 전력 사용이 많은 산업 분야에서 에너지가 절감될 것으로 기대된다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 한국세라믹기술원과 함께 3㎸급 산화갈륨 전력반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET·모스펫) 소자 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

전력반도체는 전류 방향을 조절하고, 전력 변환을 제어하는 부품으로, 전기차와 태양광, 양자통신 등 국가 산업 전반에 쓰인다. 하지만 기술 장벽이 높아 미국, 독일, 일본 등 소수 국가의 기업만 생산하고 있으며, 우리나라는 95% 이상을 해외 수입에 의존하고 있다. 연구팀은 단결정 기판 위에 고품질의 전도성을 가진 여러 층의 박막을 성장시키는 공정으로 산화갈륨 전력반도체에 적용할 수 있는 에피 소재를 개발했다. 이 소재는 두께를 나노미터 크기에서 마이크로미터 단위까지 자유롭게 만들 수 있어 다양한 크기의 전압과 전류 성능을 갖는 전력반도체 소자에 적용할 수 있다.

연구팀은 에피소재를 적용해 누설 전류를 피코암페어(pA·1조분의 1A) 수준으로 줄이면서 전압을 3㎸급으로 대폭 향상시킨 모스펫(금속·산화막 반도체 전계효과 트랜지스터) 소자 공정기술도 개발했다. 기존 전력반도체보다 3분의 1 수준으로 제조 비용을 낮출 수 있고, 소자 크기를 절반 이하로 줄여 소형화뿐 아니라 전력변환 효율을 높일 수 있다.

문재경 ETRI 책임연구원은 "4인치 대면적 에피소재와 소자 공정기술을 활용해 수㎸급 산화갈륨 전력반도체 양산기술 확보와 상용화에 주력하겠다"고 말했다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr