전북대, 수입 의존 반도체 완전 국산화 가능성 열다
GaN(질화갈륨)나 SiC(실리콘카바이드) 등 화합물 기반의 반도체는 기존 실리콘 기반 반도체보다 10배 이상의 큰 전압을 견딜 수 있어 최근 사용이 본격화되고, 관련 시장도 매우 커질 것으로 예상되고 있다.
관련 시장은 매년 21% 성장하고 있고, 2024년 20억 달러의 시장 규모가 예상된다.
특히 최근 IT 디바이스 충전기나 5G, 레이다, 라이다(LiDAR), 전기차, 태양광 등 차세대 산업 전반에 사용되기 시작했고, GaN 파워 트랜지스터는 최근 스마트폰이나 노트북의 충전용 어댑터에 대량 채택되고 있다.
그러나 국내엔 관련 GaN 기술이 없어 미국과 일본에서 전량 수입해 사용하고 있고, 유사한 외국 제품의 가격도 개당 28~42만원으로 매우 고가의 제품이다.
이렇게 높은 부가가치가 기대되는 화합물 기반의 반도체인‘GaN 트랜지스터(Transistor) 소자’를 전북대학교 실험실 창업을 통해 설립된 시지트로닉스(대표 심규환 반도체과학기술학과 교수)가 ETRI 기술이전을 통해국내 최초로 개발했다.
외국 제품에 비해 성능이 우수하고, 비교적 쉬운 공정으로 제작할 수 있어 가격 경쟁력이 충분해 조만간 양산화가 가능할 것으로 기대된다. 수입에 의존했던 GaN 반도체의 국산화 길이 열리게 되는 것이다.
GaN RF(고주파) 트랜지스터는 질화갈륨(GaN)이라는 질화물반도체 기판을 이용해 제작하는 RF 통신용 HEMT(High Electron Mobility Transistor) 소자인데, GaN 반도체는 동작속도가 빠르고 고출력 및 고전압에 강해 RF 및 파워 반도체 소자에 주력으로 최근 널리 이용되고 있다.
시지트로닉스가 이번에 처음 개발한 소자는 출력전력 200W로 고출력인데다, 동작주파수도 DC~6GHz로 타 기술에 비해 RF 동작주파수 및 효율 특성이 매우 우수하다.
특히 레이저를 이용해 반도체 기판에 패턴을 형성하는 ‘광 사진전사’로 비교적 쉽게 제작할 수 있고, 제조공정 또한 안정돼 수율을 70% 이상으로 충분히 높일 수 있어 생산성까지 확보됐다. 웨이퍼나 칩, 패키지 형태의 제품으로도 판매가 가능해 높은 부가가치가 기대된다.
이 개발 소자가 상용화되면 미래 무선 이동통신과 자동차나 위성통신, 군수용 레이더, 무전기, RF 파워 발생기, 고온에서 내환경이 요구되는 자동차용과 산업용 센서 등에 널리 활용될 수 있을 것으로 보인다.
심규환 교수(시지트로닉스 대표)는 "6 GHz 대역의 GaN RF 제품에 대한 라인업(RF 전력 10~200W급)을 완료해 내년에 생산 판매를 개시하고, 2023년에는 500억 원을 투자해 6 GHz 전용 생산라인을 마련할 계획"이라며 "향후 기술 고도화를 통해 5G(28 GHz), 위성통신(35 GHz), 군수레이더(64 GHz), 자율자동차(77 GHz) 등에 활용될 수 있는 제품군으로 확대할 예정"이라고 밝혔다.
한편, 이 반도체 소자를 개발한 ‘시지트로닉스’는 전북대 심규환 교수가 반도체 관련 분야 우수 연구력을 바탕으로 2008년에 설립한 실험실 창업의 성공적 사례로 손꼽히고 있다.
6인치 반도체 FAB을 보유하고 있으며, ESD(정전기) 소자, 센서 소자, 전력 소자, RF(Foundry) 소자를 등을 핵심 사업군으로 특수 반도체 제품을 생산하고 판매하는 기업이다. 매년 성장해 100여 명의 임직원이 근무하고 있으며, 산학협력을 통해 Si과 GaN 반도체의 에피기술과 소자공정기술을 개발하여 사업화 하는 역할을 하고 있다.
최근 스마트-친환경의 사회로 전환을 위해 급속히 발전하는 IBM(IT, BT, MT) 산업에 부합하는 SELF(Small, Efficient, Light, Fast) 반도체에 특화한 제품의 개발 및 사업화를 위해 세계적으로 유일한 형태인 M-FAB의 구조를 구축했다.
[최인 기자(=전주)(chin580@naver.com)]
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