한국전기연구원(원장 김호용)은 한국에너지기술평가원의 전력산업융합원천기술개발사업으로 진행된 국책과제를 통해 국내 전력반도체 전문기업인 메이플세미컨덕터(주)와 1200V급 실리콘 카바이드 전력소자 MOSFET(SiC Power MOSFET) 2종을 국내 최초로 개발하는데에 성공했다고 23일 밝혔다.

한국전기연구원(이하 ‘KERI’)은 작년 6월 메이플세미컨덕터(대표 정은식)와 차세대 SiC 전력반도체 기술이전 계약을 맺고 SiC 전력반도체 개발에 힘써 왔다. 이번 상용화 기술개발은 KERI가 보유하고 있는 SiC 전력반도체 핵심기술인 고온·고에너지 이온주입 공정기술, 낮은 접촉저항형성 공정기술, 고품질 질화처리 게이트산화막 형성 및 낮은 누설전류를 위한 패시베이션(passivation) 공정기술 등이 적용되었고, 메이플세미컨덕터(주)의 전력반도체 양산 경험과 공정기술이 접목되어 성공하게 됐다.

KERI는 1999년부터 SiC 전력반도체를 개발하기 시작한 이래 현재 국내외 특허 40여건을 보유한 국내 SiC 전력반도체 기술의 선두주자로, 이번 개발의 핵심 공정을 위한 고온/고에너지 이온주입 장비를 도입하여 모든 핵심공정을 국산화하는 등 기술개발에 박차를 가해왔다.

개발 책임자인 KERI 전력반도체센터 김상철 책임연구원은 “이번 개발은 선진국이 기술이전을 꺼리는 전략 분야에서 순수 국내기술로 미국, 일본에 이은 세계 3번째 상용화 기술개발이며, SiC 전력반도체 분야에서 세계적인 기술수준에 도달하였음을 보여 준다“고 말했다.

SiC 전력반도체는 기존의 실리콘 전력반도체보다 효율이 높고 고온에서도 안정적으로 동작해 그린카(xEV)와 신재생에너지용 인버터에 적용 가능한 차세대 전력반도체다. 일부 선진 메이저업체들도 최근에야 기술개발에 성공하여 상품화했을 정도로 설계 및 공정이 매우 어려운 것으로 알려져 있다.

전세계 전력반도체 시장은 현재 170억달러 규모로, 이중 SiC 전력반도체 시장은 현재 8000만달러 수준이지만, 2018년에는 양산업체 증가와 그린카(xEV) 등의 수요에 힘입어 20억달러까지 성장할 것으로 전망된다.

한편, 메이플세미컨덕터(주)는 개발 성공된 1200V 10A, 40A SiC Power MOSFET과 관련, 2014년에 공정 최적화 및 신뢰성검증을 거쳐 2015년에 본격적으로 양산을 개시할 계획이다. 내수시장은 물론 해외시장까지 판로를 개척하여 2015년 80억원, 2016년 200억원의 신규매출을 기대하고 있다.

<용어풀이>

* SiC: 실리콘 카바이드(Silicon Carbide. 탄화 규소). SiC는 기존 실리콘 전력반도체보다 고전압, 고온에서 작동할 수 있고 전력손실도 줄일 수 있어 우주항공, 자동차 전자장비, 발광소자 등에 쓸 수 있으며 차세대 반도체 공정에서는 빼놓을 수 없는 핵심소재다. 현재 SiC를 활용한 제품은 반도체 공정의 수율향상과 공정효율 개선을 위해 사용량이 증가되고 있다.
 
* MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터.
 
* 고온/고에너지 이온주입장비 : SiC 전력반도체의 pn 접합구조를 형성시키기 위해 높은 에너지로 가속된 이온을 SiC 웨이퍼 표면에 주입시키는 장비로 국내에는 한국전기연구원이 유일하게 보유하고 있음.

<청소년기자 황선영 hwangmachine@gmail.com>