日 연구소, '전력반도체' 2대 차세대 핵심재료 일체화

일본 최대 연구기관 산업기술종합연구소(산종연)가 차세대 전력반도체 재료로 꼽히는 '실리콘카바이드(SiC)'와 '질화갈륨(GaN)'을 일체화한 반도체 시제품 개발에 성공했다.

3일 니혼게이자이신문(닛케이)은 산종연이 SiC 기판에 GaN 트랜지스터를 탑재하는 형태로 두 재료 장점을 모두 구현하는 반도체를 개발했다고 3일 보도했다. 전력반도체 기판에 사용하는 SiC와 GaN은 기존 실리콘 기반 제품과 비교해 전력 변환 효율이 높다. 우수한 신뢰성을 가진 SiC는 철도 차량, 전기자동차, 에어컨, 태양광 인버터 등에 사용된다. 실제 테슬라는 주력 전기자동차 모델 인버터에 SiC 기반 반도체를 사용하고 있다. 고속 동작이 가능하고 소형화에 유리한 GaN은 스마트폰 급속 충전기 등에 주로 적용된다.

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닛케이에 따르면 산종연은 일본 이바라키현에 있는 연구 거점에서 지름 100㎜ 기판을 사용해 SiC-GaN 일체화 전력반도체 시제품 제작 및 동작 실증에 성공했다. 서로 다른 특성을 가진 두 재료를 조합해 높은 변환 효율과 우수한 신뢰성이라는 두 마리 토끼를 잡는 게 핵심이다.

시제품의 허용 전류는 약 20㎃다. 산종연은 해당 제품을 상용화하기 위해 10A 이상에 대응할 수 있는 전력반도체 개발을 추진할 계획이다. 장기적으로 소형 전기차에 탑재하는 인버터, 태양광발전 설비에 필요한 전력변환장치 등에 활용할 수 있는 제품을 만드는 게 목표다.

한편 닛케이는 SiC-GaN 일체화 전력반도체 보급에 다소 시간이 걸릴 것으로 내다봤다. 산업 현장에서 사용할 수 있는 수준으로 성능을 끌어올릴 수 있는 최적의 조합 기술을 찾아야 하기 때문이다.

윤희석기자 pioneer@etnews.com