탄화규소(SiC·Silicon Carbide) 전력반도체의 성능과 가격 경쟁력을 크게 높이면서 칩 공급을 더 늘릴 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다. 세계적으로 차량용 반도체 공급난이 심화되는 가운데 이 기술이 앞으로 부족 사태를 해소할 수 있을지 주목을 끌고 있다.

전기연구원(원장 직무대행 유동욱)은 SiC 전력반도체 소자 최첨단 기술인 ‘트렌치 구조 모스펫’을 개발, 최근 전문 제조업체와 20억원 규모 기술이전 계약을 맺었다고 21일 밝혔다.

전기연 전력반도체연구센터(왼쪽부터 나문경, 문정현, 방욱, 강인호, 김형우 박사)./전기연/

전력반도체(또는 파워반도체)는 전력을 제어하는 반도체로, 전기차 배터리의 직류 전기를 교류전기로 바꿔 모터에 공급하는 인버터 핵심부품이다.

전력반도체 산업은 최근 전기차를 비롯해 재생에너지 발전, 에너지 저장장치 등 수요처가 새롭게 등장하면서 빠르게 성장 중이다. 기존 실리콘(Si) 반도체로 전기차 인버터를 만들었을 때보다 에너지 효율이 최대 10% 높고, 인버터 부피와 무게도 줄일 수 있어 e-모빌리티용으로 최적이란 평가다. 현재 전기차용 수요 급증으로 SiC 전력반도체는 공급이 부족한 상태며, 미국 기업의 대중국 금수 품목에 포함되는 등 미·중 기술전쟁의 대상이다.

전기연이 개발에 성공한 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 구조를 차별화했다. 개발된 트렌치 기술은 SiC 전력반도체의 생산량을 증가시켜 공급부족을 완화시킬 수 있을 것으로 전기연 측은 기대하고 있다.

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

전기연이 개발에 성공한 SiC 전력반도체 제조용 웨이퍼.

전기연은 ‘트렌치 구조 SiC 전력반도체 모스펫’ 제조 원천기술을 포함해 제품 상용화를 위한 각종 측정·분석 기술 등 종합적인 기술 패키지를 SiC 전력반도체 전문업체인 ㈜예스파워테크닉스(대표 김도하)에 최근 기술이전했다. 기술이전 금액은 과제수탁 계약 포함 총 20억원에 이른다. 연구팀은 장비 구매부터 양산화 라인 구축까지 그동안 수입에 의존했던 SiC 전력반도체의 국산화 및 대량 생산화를 적극 지원할 예정이다.

전기연 전력반도체연구센터 방욱 센터장은 “트렌치 모스펫 기술은 우리 연구원이 지난 20년간 꾸준히 쌓아온 SiC 소재 및 소자 기술이 집약된 것으로, 무엇보다 국산화된 것이 가장 큰 의미”이라며 “SiC 기술의 고도화와 양산 능력 확보가 국가 경쟁력 향상으로 이어질 것”이라고 말했다.

한편 SiC 전력반도체 시장은 지난해 약 7억달러(약 7800억원) 수준에서 오는 2030년 약 100억달러(약 11조 1400억원) 규모로 높은 성장세를 나타낼 것으로 전망된다.

김정민 기자