전기연 연구진이 SiC 전력반도체 제조용 웨이퍼를 들어 보이고 있다.[한국전기연구원 제공]

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[헤럴드경제=구본혁 기자] 전 세계적 품귀현상을 겪고 있는 차량용 반도체(전력반도체)의 부족문제를 해소할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국전기연구원은 SiC(탄화규소) 전력반도체 소자 최첨단 기술인 ‘트렌치 구조 모스펫’을 개발, 국내 전문 제조업체에 20억원 규모의 기술이전을 실시했다고 21일 밝혔다.

전력반도체는 전력을 제어하는 반도체로서 가전기기, 에너저 저장장치 비롯한 모든 전기·전자제품의 필수적 부품이다. 대표적으로 전기차 배터리의 직류 전기를 교류 전기로 바꾸어 모터(전동기)에 공급하는 인버터의 핵심부품이 전력반도체다.

SiC 전력반도체 성능은 실리콘 반도체보다 훨씬 뛰어나다. 이는 물질 특성의 차이에서 비롯되는 것으로, SiC 전력반도체는 실리콘 반도체보다 10배 높은 전압을 견디고, 섭씨 수백도 고온에서도 동작하며 전력 소모도 작아 에너지 효율을 높일 수 있다. 이런 까닭에 SiC 전력반도체는 전기차용 수요가 급증하여 최근 1년여 전부터 공급이 부족한 상태다.

SiC 트렌치 모스펫 기술은 SiC 웨이퍼에 좁고 깊은 골(트렌치)을 만들고, 이 골의 벽면을 따라 전류 통로인 채널을 상하 방향으로 배열한 것으로, 지금까지 수평으로 배열했던 채널 구조와 차별화한 것이다. 수평으로 배열된 채널을 수직으로 세운 만큼 채널이 차지하는 면적을 절약할 수 있어서 전력 소자의 면적을 최대 수십 퍼센트 줄일 수 있다.

SiC 전력반도체가 전기차에 적용될 경우 최대 10% 전비 향상을 기대할 수 있을 정도로 효과가 매우 크다. 하지만 폭발적으로 늘어나는 전기차 수요에 비해 SiC 전력반도체는 소수의 선진 국가들만이 독점하고 있어 전 세계적으로 공급 부족에 시달리고 있다. 개발된 트렌치 기술은 SiC 전력반도체의 생산량을 증가시켜 공급부족을 완화시킬 수 있어 주목된다.

문정현 전기연 박사는 “SiC 전력소자에서 가장 난이도가 높은 이 기술이 적용되면 웨이퍼당 더 많은 칩을 만들 수 있어 공급량도 늘리고 소자 가격을 그만큼 낮출 수 있다”고 말했다. 이 기술이 상용화되면 궁극적으로 전기차의 가격을 낮추는 효과로도 이어질 전망이다.

연구팀은 개발한 원천기술을 포함해 제품 상용화를 위한 각종 측정·분석 기술 등 종합적인 기술 패키지를 SiC 전력반도체 전문업체 예스파워테크닉스에 기술이전했다. 기술이전 금액은 과제수탁 계약 포함 총 20억원에 이르는 대형 계약이다. 연구팀은 장비 구매부터 양산화 라인 구축까지의 전 프로세스를 지원하는 등 그동안 수입에 많이 의존했던 SiC 전력반도체의 국산화 및 대량 생산화를 적극 지원할 예정이다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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